Давачі на основі напівпровідникових мікро та нанокристалів
Спеціальність: Мікро- та наносистемна техніка (освітньо-наукова програма)
Код дисципліни: 7.176.01.E.016
Кількість кредитів: 5.00
Кафедра: Напівпровідникова електроніка
Лектор: Шуригін Федір Михайлович
Семестр: 2 семестр
Форма навчання: денна
Завдання: Вивчення навчальної дисципліни передбачає формування та розвиток у студентів компетентностей:
інтегральної:
Здатність розв’язувати складні задачі та проблеми під час професійної діяльності у сфері мікро – та наносистемної техніки або у процесі навчання, що передбачає проведення досліджень та/або здійснення інновацій та характеризується комплексністю та невизначеністю умов і вимог;
загальних:
ЗК1. Здатність до абстрактного мислення, аналізу та синтезу;
ЗК2. Здатність спілкуватися державною мовою як усно, так і письмово;
ЗК3. Здатність проводити досліджень на відповідному рівні
ЗК4. Здатність до пошуку, оброблення та критично аналізу інформації;
ЗК5. Здатність генерувати нові ідеї (креативність);
ЗК6. Навички міжособистісної взаємодії;
ЗК7. Здатність спілкуватися з представниками інших професійних груп різного рівня (з експертами з інших галузей знань/видів економічної діяльності);
фахових:
СК1. Здатність ефективно використовувати складне контрольно-вимірювальне, технологічне та дослідницьке обладнання, яке застосовується при дослідженнях та виробництві матеріалів, компонентів, приладів і пристроїв мікро – та наносистемної техніки.
СК2. Здатність здійснювати тестування та діагностику приладів та обладнання, а також оброблення і аналіз отриманих результатів.
СК3. Здатність аналізувати та синтезувати мікро- та наноелектронні системи різного призначення.
СК4. Здатність розробляти, обґрунтовано вибирати і використовувати сучасні методи обробки та аналізу сигналів в мікро- і наноелектронних приладах та системах.
СК5. Здатність аргументувати вибір методів розв’язання складних задач і проблем мікро – та наносистемної техніки, критично оцінювати отримані результати та аргументувати прийняті рішення.
СК6. Здатність планувати і виконувати теоретичні та експериментальні наукові дослідження у сфері мікро – та наносистемної техніки та з дотичних міждисциплінарних наукових напрямів.
СК7. Здатність використовувати професійні знання, практичні навички і системний підхід до дослідження і розроблення матеріалів, технологій та сенсорних приладів і пристроїв на їхній основі для мікро – та наносистемної техніки.
Результати навчання: Р1. Формулювати і розв’язувати складні інженерні, виробничі та/або наукові задачі під час проектування, виготовлення і дослідження мікро – та наносистемної техніки, оцінки можливості доведення отриманих рішень до рівня конкурентоспроможних розробок, створення конкурентоспроможних розробок, втілення результатів у бізнес-проектах.
Р2. Визначати напрями, розробляти і реалізовувати проекти модернізації виробництва мікро – та наносистемної техніки з урахуванням технічних, економічних, правових, соціальних та екологічних аспектів.
Р3. Оптимізувати конструкції систем, пристроїв та компонентів мікро – та наносистемній техніці, а також технології їх виготовлення.
Р4. Застосовувати спеціалізовані концептуальні знання, що включають сучасні наукові здобутки, а також критичне осмислення сучасних проблем у сфері мікро – та наносистемної техніки, для розв’язування складних задач професійної діяльності.
Р5. Вільно спілкуватися державною та іноземною мовами усно і письмово для обговорення професійних проблем і результатів діяльності у сфері мікро – та наносистемної техніки, презентації результатів досліджень та інноваційних проектів.
Р6. Розробляти вироби та компоненти мікро – та наносистемної техніки, враховуючі вимоги до їх характеристик, технологічні та ресурсні обмеження; використовувати сучасні інструменти автоматизації проектування.
Р7. Розв’язувати задачі синтезу та аналізу приладів та пристроїв мікро – та наносистемної техніки.
Р8. Збирати необхідну інформацію, використовуючи науково-технічну літературу, бази даних та інші джерела, аналізувати і оцінювати її.
Р11. Досліджувати процеси у мікро – та наносистемній техніці, приладах й компонентах з використанням сучасних експериментальних методів та обладнання, здійснювати статистичну обробку та аналіз результатів експериментів.
Р16. Планувати і виконувати наукові і прикладні дослідження у сфері мікро – та наносистемної техніки, обирати ефективні методи досліджень, аргументувати висновки, презентувати результати досліджень фахівцям і нефахівцям.
Р17. Вміти застосувати системний підхід до досліджень і розроблення матеріалів, технології та приладів і пристроїв на їхній основі для мікро – та наносистемної техніки.
Необхідні обов'язкові попередні та супутні навчальні дисципліни: Попередні навчальні диципліни: Фізика напівпровідників і діелектриків; Твердотільна електроніка; Метрологія, стандартизація та сертифікація.
Супутні навчальні дисципліни: Прилади на основі МОН-структур в мікро- і наноелектроніці.
Короткий зміст навчальної програми: Програма навчальної дисципліни «Давачі на основі напівпровідникових мікро- та нанокристалів» укладена для магістрів Інституту телекомунікацій, радіоелектроніки та електронної техніки, які навчаються за спеціальністю 176 «Мікро- та наносистемна техніка» Курс «Давачі на основі напівпровідникових мікро- та нанокристалів» складається з лекцій та практичних занять у IІ семестрі Вивчення дисципліни складається з 30 годин лекцій, 30 годин практичних занять і 90 годин самостійної роботи студентів. При вивченні дисципліни студенти повинні виконати практичні завдання і захистити звіт. Підсумкова атестація за дисципліною відбувається у формі екзамену з використанням тестування та усної компоненти.
Опис: Лекційні заняття:
Вступ. Загальна характеристика предмету. Основні поняття вимірювальних перетворювачів. Класифікація і структура вимірювальних перетворювачів на базі фізичних ефектів в твердих тілах та за ступенем втручання в організм.
Температурна сенсорика. Фізична сутність дії температури на тверде тіло. Фізичні ефекти, покладені в принцип роботи температурної сенсорики на базі напівпровідникових матеріалів. Терморезистори. Термодіоди.Термотранзистори. Термотиристори.
Тензосенсорика. Фізичні ефекти, покладені в принцип роботи тензосенсорів. Тензорезистори їх використання. Тензодіоди. Тензотранзистори, тензотиристори як засіб реєстрації тиску.
Фотоелектричні перетворювачі. Класифікація випромінюючих перетворювачів на базі фізичних ефектів. Фізичні ефекти, покладені в основу роботи фотоприймачів. Основні характеристики фотоприймачів. Фоторезистори, їх принцип роботи і застосування. Спектральні характеристики фотодіодів. Фотодіоди на основі бар’єра Шотткі та на основі гетеропереходів.
Сенсори магнітного поля. Ефекти, покладені в роботу сенсорів магнітного поля. Сенсори на базі ЕРС Холла. Магніторезистори. Сквід-магнітометри. Індуктивні перетворювчі. ЯМР-перетворювачі.
Сенсори іонізуючого випромінювання. Основні характеристики іонізуючого випромінювання. Методи та засоби контролю ?, ?, ? та рентгенівського випромінювання. Детектори іонізуючого випромінювання на основі напівпровідникових матеріалів.
Газові аналізатори. Газові сенсори на основі металів: давачі окислення та редукції газів. Газові давачі на основі напівпровідників. MOН структури для давачів для детектування газів. Сорбційні давачі. Оптичні газові давачі. Каталітичні та калориметричні газові давачі.
Давачі вологості. Основні параметри характеризації вологості повітря. Ємнісні давачі вологості. Резистивні давачі вологості. Давачі вологості теплопровідності. Психрометричні датчики вологості.
Біосенсори. Основні параметри біологічних величин. Класифікація та особливості будови давачів біологічних речовин. Електрохімічні біосенсори. Сенсори на основі напівпровідникових матеріалів для детекції біомолекул.
Практичні заняття:
Вступне заняття. Організація навчального процесу і
самостійної роботи. Знайомство з апаратною платформою для реалізації зчитування сигналів давачів фізичних величин
Організація системи обміну даними між апаратною платформою та комп’ютером. Формування системи команд для управління апаратною платформою.
Вивчення механізму зчитування аналогового сигналу з давача, його оцифровування. Перевірка на практиці ефективності застосування статистичної обробки даних.
Реалізація формування функції перетворення для давачів фізичних величин з використанням лінійної та поліноміальної регресії.
Калібрування та приклади практичного використання давачів температури.
Калібрування та приклади практичного використання давачів магнітного поля.
Калібрування та приклади практичного використання давачів освітлення (фоторезистори та фотодіоди).
Калібрування та приклади практичного використання інфрачервоних діодів та фотоприймачів. Вимірювання відстані до об’єкту.
Калібрування та приклади практичного використання імпедансних давачів для вимірювання рівня води, освітлення.
Захист практичної роботи.
Методи та критерії оцінювання: Діагностика засвоєння знань студентом та досягнення програмних результатів навчання за дисципліною «Давачі на основі напівпровідникових мікро- та нанокристалів» здійснюється у формі поточного контролю за 100-бальною шкалою і семестрового контролю у формі екзамену.
Оцінки поточного контролю виставляються під час аудиторних (практичних) занять шляхом захисту студентом звіту за виконання практичних завдань (до 40 балів максимально).
Контрольна робота оцінюється як за письмову компоненту у вигляді тестових завдань, так і за усну відповідь на запитання екзаменатора. Тести для контрольної роботи складаються із завдань трьох рівнів складності. Три завдання першого рівня (по 4 бали максимально) є тестами закритого типу на розпізнавання, розрізнення та класифікацію, правильна відповідь на які передбачає вибір альтернативних відповідей, відповіді з множини варіантів. Два завдань другого рівня складності (по 9 балів максимально) складаються із тестів закритого типу і включають завдання-доповнення та завдання вільного викладу. Одне завдання третього рівня (30 балів максимально) є конструктивними тестами відкритого типу і включає завдання-доповнення та завдання вільного викладу з усною компонентом. Максимальна кількість балів за тести кожного рівня складає 12, 18 та 30 балів, тобто за відповідь студент може отримати 60 балів. Усна компонента при індивідуальному опитуванні дозволяє додатково виявити глибину знань студента, його здатність використовувати набуті знання, а також здібності до аналізу, синтезу, комунікації. При усному опитуванні кількість балів за письмову відповідь не може бути зменшена.
Робота в умовах дистанційного навчання може передбачатися згідно з Наказом Ректора у разі неможливості очного навчання в аудиторіях. При цьому, лекції та окремі види практичних занять можуть проводитися на платформі MS Teams або Google Meet. Виконання контрольних заходів може здійснюватися засобами ВНС одночасно для усієї групи з однією спробою, а звіти про виконання практичних робіт у цьому разі надсилаються у відповідну теку ВНС або на електронну скриньку викладача у домені @lpnu.ua.
Критерії оцінювання результатів навчання: Поточний контроль: практичні заняття: 40 балів. Екзаменаційний контроль: письмова компонента: 40 балів; усна компонента: 20 балів. Разом: 100 блів
Порядок та критерії виставляння балів та оцінок: 100–88 балів – («відмінно») виставляється за високий рівень знань (допускаються деякі неточності) навчального матеріалу компонента, що міститься в основних і додаткових рекомендованих літературних джерелах, вміння аналізувати явища, які вивчаються, у їхньому взаємозв’язку і роз витку, чітко, лаконічно, логічно, послідовно відповідати на поставлені запитання, вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 87–71 бал – («добре») виставляється за загалом правильне розуміння навчального матеріалу компонента, включаючи розрахунки , аргументовані відповіді на поставлені запитання, які, однак, містять певні (неістотні) недоліки, за вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 70 – 50 балів – («задовільно») виставляється за слабкі знання навчального матеріалу компонента, неточні або мало аргументовані відповіді, з порушенням послідовності викладення, за слабке застосування теоретичних положень під час розв’язання практичних задач; 49–26 балів – («не атестований» з можливістю повторного складання семестрового контролю) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння застосувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 25–00 балів – («незадовільно» з обов’язковим повторним вивченням) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння орієнтуватися під час розв’язання практичних задач, незнання основних фундаментальних положень.
Рекомендована література: Базова: John Turner. Introduction to Sensors for Engineering and Science. 2021; Klaus H. R. Sattler. Semiconductor Sensors. 2022; S. P. Beeby, M. J. Tudor, N. M. White. Physical Principles of Sensors. 2021; Patrik J. L. Handbook of Modern Sensors: Physics, Designs, and Applications. 2023; H. S. Nalwa. Micro and Nanosensors for Nanoparticle Detection. 2023; А.О. Дружинін, І.П. Островький, Ю.Р. Когут Ниткоподібні кристали кремнію та їхніх твердих розчинів у сенсорній електроніці Львів, Видавництво НУ “Львівська політехніка”, –2010. – 199 c; І.Большакова, М. Гладун, P. Готра, Р. Голяка, І. Лопатинський, Є. Потенцкі, Л. Сопільник Мікроелектронні сенсорні пристрої магнітного поля /За ред.З.Ю.Готри/ Львів, Видавництво НУ “Львівська політехніка”, –2001. – 412 c; Р.І. Байцар, С.С. Варшава. Напівпровідникові мікросенсори. Навчальний посібник з курсу “Технологія та конструювання засобів вимірювання”. – Львів: В-во ЛвЦНТЕІ, – 2001. – C.288; Смердов А., Сторчун Є. Біомедичні вимірювальні перетворювачі. // Львів, “Кольварія”, 1997. – 112 с.
Допоміжна: John P. Bentley. Principles of Measurement Systems. 2022; Muhammad Usman, Muhammad Sher. Smart Sensors and Sensing Technology. 2023; Brian E. R. Chemical Sensors and Biosensors: Fundamentals and Applications. 2023; Bharat Rawal. Introduction to Nanoelectronic Sensors and MEMS. 2023; Губа С.К., Курило І.В. Розрахунок і проектування сенсорів та фотоелектричних перетворювачів. Методичні вказівки до виконання курсового проекту з курсу “Сенсори та фотоелектричні перетворювачі в біоелектроніці” для студентів спеціальності 8.0908.04 “Фізична та біомедична електроніка”. // Укл. Губа С.К., Курило І.В. – Львів: Видавництво НУ “Львівська політехніка”. – 2006, – 28 с.
Уніфікований додаток: Національний університет «Львівська політехніка» забезпечує реалізацію права осіб з інвалідністю на здобуття вищої освіти. Інклюзивні освітні послуги надає Служба доступності до можливостей навчання «Без обмежень», метою діяльності якої є забезпечення постійного індивідуального супроводу навчального процесу студентів з інвалідністю та хронічними захворюваннями. Важливим інструментом імплементації інклюзивної освітньої політики в Університеті є Програма підвищення кваліфікації науково-педагогічних працівників та навчально-допоміжного персоналу у сфері соціальної інклюзії та інклюзивної освіти. Звертатися за адресою:
вул. Карпінського, 2/4, І-й н.к., кімн. 112
E-mail: nolimits@lpnu.ua
Websites: https://lpnu.ua/nolimits https://lpnu.ua/integration
Академічна доброчесність: Політика щодо академічної доброчесності учасників освітнього процесу формується на основі дотримання принципів академічної доброчесності з урахуванням норм «Положення про академічну доброчесність у Національному університеті «Львівська політехніка» (затверджене вченою радою університету від 20.06.2017 р., протокол № 35).