Реферат: Департамент образования города Москвы

Департамент образования города Москвы

Некоммерческая организация «Ассоциация московских вузов»

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего

профессионального образования «Национальный исследовательский университет

«МИЭТ»

Полное название вуза


Научно-информационный материал


Организация и проведение мастер классов по направлению «Применение микроэлекромеханических систем с создании изделий электроники».


Москва 2011 г.

У кафедры микроэлектроники уже имеется богатый опыт работы со школьниками, это и проведение занятий в гимназии №1528, СОШ №1353, и работа кружка «Робототехника» в ДЮЦ «Орленок», и проведение лекций и экскурсий для школьников в настоящий момент и в прошлые годы. Такая форма организации профориентационной работы, как мастер-класс, это возможность в активном режиме, с яркими примерами, с вопросами-ответами рассказать школьникам, чем они будут заниматься, если выберут технический вуз и специальность «Проектирование и технология электронных средств».

Проведение мастер классов – является, как нам кажется, одним из наиболее перспективных путей преодоления кризиса в системе технического направления обучения. К сожалению, в последнее время уровень подготовки в школах по математике и тем более по физике постоянно снижается, все меньше школьников выбирают физику для сдачи ЕГЭ, соответственно все меньше потенциальных абитуриентов в технических вузах. Поэтому очень актуально проведение профориентационных мастер-классов не только в 10-11 классах, где школьники в большинстве своем уже определились с выбором направления обучения, а и в 9 классах, где вопрос выбора еще не решен. Конечно, проведением мастер-классов такая работа не должна завершаться, логичным продолжением ее, является организация занятий для заинтересовавшихся школьников в кружках, посещение ими дополнительных занятий в институте, подготовка к различным конкурсам, олимпиадам.

Целью проведения нашего мастер-класса является выработка у школьников сознательного отношения к выбору сферы деятельности в соответствии со своими возможностями, способностями и с учетом требований рынка труда. На мастер-классе аспиранты и преподаватели познакомят школьников:

- с состоянием рынка электронных средств,

- с перспективами его развития,

- с одним из интереснейших направлений работы кафедры – создание МЭМС, применение их в изделиях электроники,

- с конкурентоспособностью наших разработок,

- с самыми современными технологиями изготовления элементов МЭМС.

Занятие будет проводиться в доступной для школьников терминологии, с акцентом на те разделы дисциплин, которые школьники уже изучили (кристаллические решетки, их свойства, химические процессы, описываемых технологий, измерение различных физических величин, датчики и т.д.).

Молодые и увлеченные сотрудники кафедры «Микроэлектроника» представят свои актуальные разработки в этой области, наглядно продемонстрируют их использование, дадут возможность испытать школьникам эти изделии самостоятельно.

Итак, технологии.

^ Технологии и базовые конструкций микроэлектромеханических систем.

Базовые технологии нано- и микроэлектромеханических систем (НЭМС и МЭМС) развиваются на основе интегральных микроэлектронных технологий, дополненных специальными операциями, позволяющими создавать подвижные микромеханические элементы. Создаваемые некоторые новые технологии, возникшие изначально из процессов, не имеющих прямого отношения к традиционным микроэлектронным операциям производства интегральных схем (например, LIGA – литография и гальванопластика, или акустоэлектроника) в своем развитии трансформируются в базовые технологии, предназначенные для изготовления интегральным способом массовой продукции и дополняемые традиционными микроэлектронными операциями. Освоение базовых технологий, создание специальных технологических операций позволит получать элементы и приборы микроэлектромеханических систем, используемых во многих областях деятельности человека

Разрабатываются новые конструкции чувствительных элементов микросистем давления для использования в газо- и нефтедобывающей промышленности, а также в магистральных трубопроводах. Разрабатываются новые двух- и трехкоординатные микроакселерометры, микромеханические высокоточные датчики угловых скоростей (микрогироскопы), микроактюаторы и исполнительные микросистемы. Разрабатываемые конструкции НЭМС и МЭМС и базовые технологии их создания предназначены для создания приборов и систем, использующихся в транспортных средствах (автомобильный, воздушный транспорт, нефте- и газопроводы, образцах вооружения и военной техники), системах навигации, геологоразведке, мониторинге окружающей среды, медицинской технике, робототехнике (машиностроение и станкостроение), бытовой технике и др.

Разрабатываются новые технологии объемной и поверхностной микрообработки, на основе интегральной технологии микроэлектроники и LIGA-технологии, для достижения высокого аспектного отношения микроэлементов. Различные технологии (например, на основе объемной микрообработки и поверхностной микрообработки) позволят создавать приборы и устройства существенно отличающиеся по показателям степени интеграции, стоимости и точности измеряемых физических величин. Освоение новых видов НЭМС- и МЭМС-продукции на основе разработанной базовой технологии позволит не только создавать массовый продукт, но и развивать и совершенствовать конструкции чувствительных элементов (ЧЭ) и приборов.

Разработка новых технологий изготовления микроаналитических систем как на основе специальных слоистых структур, чувствительных к газовым, химическим и биологическим компонентам внешней среды, так и на основе соединения кремниевых профилированных подложек со стеклом для обеспечения одновременного анализа (более 20) в автономных микрореакторах необходима для создания серии изделий гражданского и специального назначения. Технологические процессы создания тонкопленочных интегральных кремниевых электронных схем в совокупности с технологией объемной и поверхностной микрообработки кремния должны стать основой для создания ряда базовых технологий серийного производства микроаналитических систем различного назначения. Разработка технологии сборки и монтажа элементов микроаналитических систем, в том числе с использованием технологических операций соединения «кремний-кремний», «кремний-стекло» и «кремний-стекло-кремний» позволит повысить технологичность разрабатываемых изделий, решить вопросы монтажа и упаковки. Например, технология соединения «кремний-стекло» позволит создавать чипы для прецизионного химического анализа в нескольких автономных микрореакторах с возможностью оптического контроля химической реакции сквозь стекло. Конструкции микроаналитических систем востребованы в составе малогабаритной портативной аппаратуры для применений в ЖКХ, в медицинской и биомедицинской технике, для обнаружения опасных токсичных горючих и взрывчатых материалов, для систем регулирования качества воздуха для вентиляции зданий. Например, в разрабатываемых структурах с микроканалами возможно формирование тонкопленочных термоэлементов для построения расходомера для контроля малых расходов газа (менее 50 мл/мин). Такие термоэлементы будут обладать малой потребляемой мощностью и высокой чувствительностью, что позволит использовать их в составе портативных миниатюрных газоанализаторах (хроматографах), позволяющих выявлять малые концентрации опасных газов. Область применения таких газоанализаторов – малопотребляющие портативные миниатюрные системы, в которых необходим оперативный непосредственный контроль скорости расхода газа: добывающая промышленность, горноспасательные и горноразведывательные службы, перерабатывающая промышленность, транспорт, коммунальные службы, научно-исследовательское и технологическое оборудование. Микроаналитические сиcтемы с миниатюрными размерами и с чувствительностью к сверхмалым концентрациям химических и биологических веществ необходимы для осуществления мониторинга окружающей среды, контроля качества пищевых продуктов и контроля утечек опасных веществ в технологических процессах. Основными разрабатываемыми элементами будут являться интегральные термоэлементы (термочувствительные элементы и нагреватель), микромеханические элементы (кремниевые микробалки, тонкие мембраны, микрореакторы, микроканалы и т.п.), газочувствительные и химически чувствительные слои.


^ Микросистемная техника

На кафедре микроэлектроника ведется научная работа по разработке компонентов микросистемной техники, к этим работам широко привлекаются студенты, большинство из которых в дальнейшем становятся аспирантами, защищаются и продолжают работать в этом направлении.

Наступивший XXI век ознаменовал новое направление в развитии кремниевой технологии, основанной на объемных конструкционных свойствах кремниевых элементов. Это позволило создать новое поколение устройств, приборов и механизмов повышенной сложности, применяемых в радиотехнике, оптике, машиностроении, приборостроении, химии и биомедицине на базе технологии микросистем (Microsystems Technology - МSТ). Инициирующим фактором в развитии микросистемной техники стало появление так называемых микроэлектромеханических систем - МЭМС (английская аббревиатура MEMS - microelectromechanical systems).

Микросистемная техника — это новое, быстро развивающееся научно-техническое направление, целью которого является создание систем на основе микрооптикоэлектромеханических устройств с уникальным набором свойств, недоступных при их реализации в виде обычных макросистем. Микросистемная техника и микросенсоры основаны на применении материалов и технологий, совмещающих в себе информационные и энергопреобразующие компоненты, в том числе созданные на базе использования технологии микроэлектроники, оптоэлектроники, волоконно-оптической техники, акустоэлектроники и микромеханики, а также современных методов и технических средств автоматизированного проектирования.

Технологии нано- и микросистемной техники и микросенсорики могут быть использованы для создания сложных интегральных электронно-механических устройств с линейными размерами субмиллиметрового и субмикронного уровня. Сенсоры и микросистемы способны самостоятельно выполнять функции измерений, оценки их результатов, принятия и реализации решений по управлению, они совместимы технологически с современными системами обработки информации.

Освоение указанных технологий позволит в результате разработать и организовать промышленное производство широкого спектра продукции, в том числе:

- элементной базы наноэлектроники и наносистем, в том числе будут созданы нанотранзисторы на основе углеродных нанотрубок и полимерные нанотранзисторы, сверхчувствительные наносенсоры состава газов и физических величин, металлические нанодиоды и СВЧ-нанотразисторы для новейших систем связи и телекоммуникаций;

- микромеханических датчиков параметров движения;

- МЭМС-гироскопов и акселерометров;

- датчиков давления и расхода газа на базе кремниевых МЭМС-структур;

- МОЭМС кремниевых интегрально-оптических схем для систем оптической связи со спектральным уплотнением (устройства цифровой обработки света, МЭМС-микрозеркала);

- ВЧ МЭМС: МЭМС-частотных фильтров, МЭМС-демультиплексоров, ВЧ-ключей (мобильные телефоны, системы стабилизации изображения, фазированные антенные решётки, автомобильные радары, устройства на основе акустического резонанса в толстых плёнках);

- МЭМС-устройств на объёмных акустических волнах и МЭМС-резонаторов;

- МЭМС-источников питания и топливных элементов для портативных устройств;

- МЭМС-микротурбин и миниатюрных камер сгорания;

- МЭМС-устройств электромеханической памяти;

- МЭМС-головок принтеров;

- МЭМС ИК сенсоров (микроболометры);

- МЭМС-запоминающих устройств;

- МЭМС-микрофонов (в цифровых камерах, мобильных телефонах, МР3-плеерах, ноутбуках и карманных компьютерах);

- интеллектуальных гироскопических систем на базе МЭМС гироскопов и МЭМС акселерометров, совмещенных с космическими навигационными средствами (GPS/ГЛОНАСС);

- автономных систем инерциальной навигации на базе МЭМС-гироскопов и МЭМС-акселерометров, совмещенных с космическими навигационными системами (GPS/ГЛОНАСС) (гироскопические курсовертикали, инерциальные навигационные системы для авиации, флота, наземных подвижных объектов (автотранспорта, железнодорожного транспорта), управляемых боеприпасов, персональные навигационные системы, робототехника, специальные микророботы-разведчики).

Большой объем заказов по нано- и микросистемам относится на системы спецприменения. Заказы характеризуются, как правило, «нестандартными» требованиями к приборам, что в свою очередь требует наличия гибкой и быстрой методики проектирования приборов и постановки их на производство.

Имеется также весьма значительный сектор гражданских применений, в частности:

- автомобилестроение (активная подвеска, автоматическое управление, навигация, системы безопасности, контроль движения);

- авиационные и другие компании, занимающиеся разработкой и изготовлением транспортных средств.

- космос (системы навигации и ориентации для космонавта в открытом космосе, малых спутников, строительство больших пространственных конструкций);

- приборостроительные и машиностроительные предприятия;

- разработчики охранных систем и систем контроля доступа;

- робототехника (датчики и системы контроля кинематических параметров движения манипуляторов, специальные микророботы);

- спорт (контроль параметров движения спортсмена, спортивные тренажеры, виртуальные тренажеры с видео-системами);

- медицина (контроль состояния пациента по параметрам его движения, реабилитационные тренажеры, активные протезы, система навигации и ориентации для слепых, управляемые катетерные медицинские зонды);

- потребительская электроника (микрофоны и системы защиты HDD при падении в ноутбуках, КПК, мобильных телефонах и видеокамерах, системы стабилизации изображения в фото- и видеокамерах, системы контроля вибраций и движений в бытовых приборах, технологии виртуальной реальности (3-х мерные манипуляторы-"мыши", шлемы, перчатки, игровые системы, профессиональные тренажеры и др.), энергосберегающие технологии в быту);

- строительная техника (определение наклона, напряжений и деформаций конструкций и т.д.);

- геологоразведка и добыча полезных ископаемых (системы определения положения и движения бура при бурении скважин, инклинометрия, мониторинг нефте- и газопроводов и т.д.);

- сейсмические исследования;

- определение профиля дорог и магистралей;

- определение вибраций, ударов и других механических воздействий;

- специальные государственные структуры.

Широкий спектр применения изделий электроники, в которых используются наши МЭМС элементы, требование их постоянного совершенствования, обзор рынка производителей позволяют сделать вывод о востребованности специалистов, которые их разрабатывают.