Mikrosysteemit ja anturitLaajuus (6 op)

Osaamistavoitteet

Mikrosysteemit ovat piitekniikan toinen vallankumous, jonka vaikutukset näkyvät kaikilla elämän aloilla ja joka vielä jatkuu voimallisena. Pii on ainutlaatuinen materiaali sähköisesti, mekaanisesti, optisesti sekä termisesti. Mikrosysteemitekniikoilla piipalaan voidaan integroida mikropiirin lisäksi erilaisia fysikaalisia ja kemiallisia toimintoja. Yleisimpiä toimintoja ovat sähkömekaaniset ja -optiset toiminnot. Mikrosysteemitekniikan osa-alueita ovat mikropiiritekniikat, mikromekaniikka, mikro-optiikka ja mikrofluidistiikka. Mikromekaniikkaa voidaan valmistaa pintaliitostekniikoilla ja ns. 3D- bulk tekniikoilla. Sovellusesimerkkejä ovat miniatyrisoidut optiset kaasuanalysaattorit, mikropumput, integroidut anturit ja suurtaajuiset mekaaniset resonaattorit sekä suotimet.

Opintojakson tavoitteena on perehtyminen mikrosysteemitekniikoihin siinä laajuudessa, että pystyy soveltamaan mikrosysteemeitä erilaisiin tehtäviin ja etsimään niille sopivia sovelluksia. Sähköinen kytkeytyminen mikromekaniikka-anturien ulostuloon käydään läpi.

Mikrosysteemitekniikan sovellusten toiminnallinen hallinta ja ymmärtäminen.
Mekaanis-sähköisen vuorovaikutuksen syntymekanismit.
Mikrosysteemitekniikan sovellusten mallinnuksen ja simuloinnin perustoiminnot esimerkkitapauksissa APLAC-, Multiphysics(FEMLAB) ja Simulink- työkaluilla.
Mikrosysteemitekniikan materiaalien erityisominaisuudet ja uudet materiaalit.
Valmistustekniikoiden erityisominaisuudet ja tulevaisuuden suuntaviivat.

Sisältö

0. Sovellukset, markkinat ja uudet tekniikat
1. Mikromekaniikka, materiaalit, mikroanturit ja anturi-ilmiöt
2. Mikrokoneet, mikrojärjestelmät, mikro-optiikka ja fotoniikan sovellukset
3. Mikrofluidistiikka
4. Mikroanturit; kiihtyvyysanturi, kaltevuusanturi, paineanturi, …
5. Mikroaktuaattorit
6. Adaptiiviset materiaalit
7. Mikrosysteemiteknologian valmistustekniikat ja paketointi

- Mikroanturisovelluksien kuten kiihtyvyysanturi ja paineanturi toiminnalliset piirteet
- Mikromekaniikan mallinnus ja simulointi APLAC- , Multiphysics(FEMLAB)- sekä MatLab Simulink- työkaluilla
- Mikromekaniikkamateriaalin piin erityisominaisuudet
- Mikrofluidistiikan ja mikroaktuaattorien laskennallinen parametrisointi
- Mikromekaniikka-anturien toiminnan matemaattinen parametrisointi
- Valmistustekniikat 3D, pintamekaniikka, ohutkalvot, litografiat, plasma, kuivaetsaus (DRIE) - ja
syrjäytymässä oleva märkäetsaus; nystybondaus anturivalmistuksessa
- Hermeettinen mikrosysteemitekniikan sovellusten paketointi, NanoLCP- materiaali
- Puhdastilatyöskentely ja ESD- työympäristö

Esitietovaatimukset

Puolijohdefysiikka, Fysiikan lisäopetus, Fysiikan peruskursi 1, Fysiikan peruskurssi 2

Lisätiedot

luokkaopetus 42 h
mallinnus- ja simulaatiolaboratoriot 21 h
kokeellinen anturiharjoitustyö 31 h
tentit 6 h
itseopiskelu 60 h
YHTEENSÄ 160h