Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Systemy wytwarzania mikrostruktur
Course of study:
2019/2020
Code:
RIME-2-311-WM-s
Faculty of:
Mechanical Engineering and Robotics
Study level:
Second-cycle studies
Specialty:
Wytwarzanie mechatroniczne
Field of study:
Mechatronic Engineering
Semester:
3
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Full-time studies
Course homepage:
 
Responsible teacher:
dr inż. Mańka Michał (mmanka@agh.edu.pl)
Module summary

W ramach przedmiotu przedstawiane są zagadnienia związane z wytwarzaniem mikroukładów ze szczególnym uwzględnieniem systemów MEMS i NEMS.

Description of learning outcomes for module
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Connections with FLO Method of learning outcomes verification (form of completion)
Skills: he can
M_U001 potrafi zaprojektować i zasymulować działanie wybranych układów MEMS IME2A_U07 Report,
Execution of laboratory classes
Knowledge: he knows and understands
M_W001 ma podstawową wiedzę w zakresie zjawisk związanych ze zmianą skali z makro i mezo na mikro i nano i ich wpływu na zjawiska zachodzące w mikro i nano układach IME2A_W01, IME2A_W07 Activity during classes,
Test,
Execution of laboratory classes
M_W002 zna wymagania dotyczące środowiska w jakim mogą być produkowane układy MEMS i NEMS oraz potrafi określić wymagania dla konkretnego procesu IME2A_W07 Activity during classes,
Test,
Execution of laboratory classes
M_W003 zna metody i techniki nanoszenia materiałów w procesie wytwarzania układów MEMS, potrafi dobrać rodzaj metody nanoszenia oraz parametry procesu dla wybranych materiałów IME2A_W01 Activity during classes,
Test,
Execution of laboratory classes
M_W004 zna metody i techniki usuwania warstw materiałów w procesie wytwarzania układów MEMS, potrafi dobrać rodzaj metody trawienia oraz parametry procesu dla wybranych materiałów IME2A_W07, IME2A_W03 Activity during classes,
Test,
Execution of laboratory classes
M_W005 zna metody i techniki fotolitograficzne, materiały i urządzenia wykorzystywane w procesie fotolitograficznym IME2A_W01, IME2A_W07 Activity during classes,
Test,
Execution of laboratory classes
M_W006 zna metody kontroli jakości oraz testowania właściwości mechanicznych i elektrycznych układów MEMS, IME2A_W07, IME2A_W02 Activity during classes,
Test,
Execution of laboratory classes
M_W007 potrafi pracować w zespole projektowym i przygotować dokumentację projektu oraz przedstawić uzyskane wyniki w postaci prezentacji IME2A_U03, IME2A_U04, IME2A_U02 Presentation,
Report
M_W008 potrafi wykorzystać w procesie projektowania układów MEMS wybrane narzędzia CAE i przy ich zastosowanie przeprowadzić weryfikację symulacyjną opracowanego projektu IME2A_U07 Activity during classes,
Report,
Execution of laboratory classes
Number of hours for each form of classes:
Sum (hours)
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
30 10 0 20 0 0 0 0 0 0 0 0
FLO matrix in relation to forms of classes
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Form of classes
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
Skills
M_U001 potrafi zaprojektować i zasymulować działanie wybranych układów MEMS - - + - - - - - - - -
Knowledge
M_W001 ma podstawową wiedzę w zakresie zjawisk związanych ze zmianą skali z makro i mezo na mikro i nano i ich wpływu na zjawiska zachodzące w mikro i nano układach + - - - - - - - - - -
M_W002 zna wymagania dotyczące środowiska w jakim mogą być produkowane układy MEMS i NEMS oraz potrafi określić wymagania dla konkretnego procesu + - - - - - - - - - -
M_W003 zna metody i techniki nanoszenia materiałów w procesie wytwarzania układów MEMS, potrafi dobrać rodzaj metody nanoszenia oraz parametry procesu dla wybranych materiałów + - - - - - - - - - -
M_W004 zna metody i techniki usuwania warstw materiałów w procesie wytwarzania układów MEMS, potrafi dobrać rodzaj metody trawienia oraz parametry procesu dla wybranych materiałów + - - - - - - - - - -
M_W005 zna metody i techniki fotolitograficzne, materiały i urządzenia wykorzystywane w procesie fotolitograficznym + - - - - - - - - - -
M_W006 zna metody kontroli jakości oraz testowania właściwości mechanicznych i elektrycznych układów MEMS, + - - - - - - - - - -
M_W007 potrafi pracować w zespole projektowym i przygotować dokumentację projektu oraz przedstawić uzyskane wyniki w postaci prezentacji - - + - - - - - - - -
M_W008 potrafi wykorzystać w procesie projektowania układów MEMS wybrane narzędzia CAE i przy ich zastosowanie przeprowadzić weryfikację symulacyjną opracowanego projektu - - + - - - - - - - -
Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 60 h
Module ECTS credits 2 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 30 h
Preparation for classes 20 h
przygotowanie projektu, prezentacji, pracy pisemnej, sprawozdania 5 h
Realization of independently performed tasks 5 h
Module content
Lectures (10h):
  1. Wpływ skali na zjawiska i procesy wytwarzania mikroukładów oraz ich związek z doborem materiałów

    Wpływ wybranych zjawisk fizycznych w skali mikro na mikroukłady i proces ich wytwarzania.
    Wpływ własności materiałowych na zachowanie mikroukładów.
    Właściwości i zastosowanie wybranych materiałów w układach MEMS i NEMS

  2. Wymagania środowiskowe procesów wytwarzania układów MEMS

    Wymagania stawiane warunkom wytwarzania układów MEMS.
    Wymagania dotyczące poszczególnych procesów.
    Metody osiągana określonych warunków środowiskowych.

  3. Metody nanoszenia warstw materiału w procesie wytwarzania mikrostruktur

    Mikro-obróbka powierzchniowa.
    Mikro-obróbka objętościowa.
    Metody nanoszenia warstw materiałowych.
    Metody wytwarzania monokryształów.
    Metody osadzania warstw metalicznych.
    Metody wspomagane nanoszenia warstw materiałowych.

  4. Metody usuwania wartsw materiału w procesie wytwarzania Mikrostruktur

    Metody izotropowe i anizotropowe usuwania warstw materiałowych.
    Chemiczne usuwanie materiału poprzez trawienie na mokro.
    Chemiczne usuwanie materiału poprzez trawienie na sucho.
    Fizyczne usuwanie warstw materiału.
    Fizyko-chemiczne usuwanie warstw materiału.

  5. Procesy kształtowania powierzchni mikrostruktur

    Metody fotolitografii maskowej.
    Nanoszenie warstwy światłoczułej.
    Metody naświetlania warstwy światłoczułej.
    Metody utwardzania warstwy światłoczułej.
    Usuwanie nadmiaru warstwy światłoczułej.
    Metody litografii bezmaskowej
    Metody uzyskiwania struktur o wysokim profilu

  6. Budowa i materiały wykorzystywane przy produkcji układów NEMS

    Budowa oraz typy nanomateriałów w układach MEMS/NEMS
    Charakterystyka nanomateriałów pod kątem sensorycznym
    Metody wytwarzania oraz nanoszenia nanomateriałów
    Metody identyfikacji nanomateriałów węglowych (spektroskopia Ramana, mikroskopia skaningowa, transmisijna, atomowa etc.)
    Metody modelowania nanomateriałów węglowych

Laboratory classes (20h):
  1. Zapoznanie z narzędziami wirtualnego prototypowania mikrokonstrukcji z uwzględnieniem podejścia wielodziedzinowego oraz wieloskalowego. Zapoznanie z narzędziami wirtualnego prototypowania mikrokonstrukcji

    z uwzględnieniem podejścia wielodziedzinowego i wieloskalowego oraz metod wytwarzania.

  2. Zapoznanie ze środowiskiem projektowania oraz symulacji wytwarzania mikroukładów Zapoznanie ze środowiskiem projektowania oraz symulacji własności

    mikroukładów. Zapoznanie się z procesem tworzenia analizy MES w
    środowisku projektowym; definiowanie: geometrii, siatki elementów
    skończonych, własności materiałowych, warunków brzegowych. Wykonanie
    przykładowych strukturalnych analiz statycznych oraz dynamicznych z uwzględnieniem procesów wytwórczych.

  3. Sposoby budowy modeli geometrycznych oraz elementów skończonych mikroukładów oraz wpływu kontaktu pomiędzy bryłami

    Generowanie trójwymiarowych modeli geometrycznych oraz elementów
    skończonych mikroukładów. Zapoznanie się z podstawowymi materiałami
    stosowanymi w wytwarzaniu mikroukładów. Omówienie istotnych parametrów
    materiałowych.
    Omówienie zagadnienia kontaktu w analizach numerycznych. Wykonanie
    przykładowych analiz strukturalnych z uwzględnieniem kontaktu między
    bryłami. Omówienie metod symulacji otoczenia mikroukładu w środowiskach
    do obliczeń numerycznych.

  4. Symulacyjne badanie statycznych oraz dynamicznych własności mikroukładów z zastosowaniem podejścia wielodziedzinowego Symulacyjne badanie statycznych oraz dynamicznych własności

    mikroukładów z zastosowaniem podejścia wielodziedzinowego. Zapoznanie
    się z metodami odczytu wyników. Analiza poprawności otrzymanych wyników.
    Analiza wpływu parametrów geometrycznych i materiałowych konstrukcji na
    uzyskane wyniki. Omówienie metod parametryzacji parametrów materiałowych
    i geometrycznych.

Additional information
Teaching methods and techniques:
  • Lectures: Treści prezentowane na wykładzie są przekazywane w formie prezentacji multimedialnej w połączeniu z klasycznym wykładem tablicowym wzbogaconymi o pokazy odnoszące się do prezentowanych zagadnień.
  • Laboratory classes: W trakcie zajęć laboratoryjnych studenci samodzielnie rozwiązują zadany problem praktyczny, dobierając odpowiednie narzędzia. Prowadzący stymuluje grupę do refleksji nad problemem, tak by otrzymane wyniki miały wysoką wartość merytoryczną.
Warunki i sposób zaliczenia poszczególnych form zajęć, w tym zasady zaliczeń poprawkowych, a także warunki dopuszczenia do egzaminu:

Zaliczenie ćwiczeń.
Wykonanie wszystkich modeli i przesłanie sprawozdań prowadzącemu
Uzyskanie pozytywnej ocen ze sprawozdań, powyżej 51% punktów

Zaliczenie przedmiotu
Zaliczenie ćwiczeń laboratoryjnych
Zaliczenie kolokwium zaliczeniowego na co najmniej 51% punktów

Participation rules in classes:
  • Lectures:
    – Attendance is mandatory: No
    – Participation rules in classes: Studenci uczestniczą w zajęciach poznając kolejne treści nauczania zgodnie z syllabusem przedmiotu. Studenci winni na bieżąco zadawać pytania i wyjaśniać wątpliwości. Rejestracja audiowizualna wykładu wymaga zgody prowadzącego.
  • Laboratory classes:
    – Attendance is mandatory: Yes
    – Participation rules in classes: Studenci wykonują ćwiczenia laboratoryjne zgodnie z materiałami udostępnionymi przez prowadzącego. Student jest zobowiązany do przygotowania się w przedmiocie wykonywanego ćwiczenia, co może zostać zweryfikowane kolokwium w formie ustnej lub pisemnej. Zaliczenie zajęć odbywa się na podstawie zaprezentowania rozwiązania postawionego problemu. Zaliczenie modułu jest możliwe po zaliczeniu wszystkich zajęć laboratoryjnych.
Method of calculating the final grade:

60% ocena z laboratoriów, 40% ocena z kolokwium zaliczeniowego i testu z wykładów, w celu uzyskania zaliczenia wymagane są pozytywne oceny z obu elementów.

Sposób i tryb wyrównywania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na zajęciach:

Wykonanie zadań z ćwiczeń.
Opracowanie dodatkowego tematu związanego z przedmiotem wybranego przez prowadzącego.

Prerequisites and additional requirements:

Prerequisites and additional requirements not specified

Recommended literature and teaching resources:

Gad-el-Hak I.:The MEMS Handbook,CRC Press,2001
Bhushan: Handbook of Nanotechnology, Springer, 2003
Gianchandani, Y.B, Tabata O., Zappe H, Comprehensive Microsystems,Elsevier, 2007

Scientific publications of module course instructors related to the topic of the module:

Martowicz A., Uhl T.: Reliability- and performance-based robust design optimization of MEMS structures considering technological uncertainties. Mechanical Systems and Signal Processing, Vol. 32, 2012, pp. 44-58.

Martowicz A., Stanciu I., Uhl T.: Uncertainty analysis for dynamic properties of MEMS resonator supported by fuzzy arithmetics. The International Journal of Multiphysics, Vol. 3, No. 3, 2009, pp. 201-219.

Martowicz A., Stanciu I., Uhl T.: Uncertainty analysis for dynamic properties of MEMS resonator supported by fuzzy arithmetics. The International Journal of Multiphysics, Vol. 3, No. 3, 2009, pp. 201-219.

Martowicz A., Klepka A., Uhl T.: Application of Response Surface Method to model static and dynamic properties of MEMS structure. Proceedings of the Conference Multiphysics 2009, Lille, France, 9-11 December 2009, abstr. p. 31.

Martowicz A., Klepka A., Uhl T.: Modelowanie własności mikrolustra z zastosowaniem metody powierzchni odpowiedzi (eng.: Modeling of the properties of micromirror with the application of response surface method). In: II Krajowa Konferencja Nano- i Mikromechaniki, Komitet Mechaniki Polskiej Akademii Nauk, Politechnika Rzeszowska im. Ignacego Łukasiewicza, Instytut Podstawowych Problemów Techniki Polskiej Akademii Nauk; Krasiczyn, Poland, 6–8 July 2010, Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów, Poland, 2010, pp. 59–60.

Martowicz A., Uhl T., Klepka A.: Application of multiphysics approach to study variation of dynamic properties of MEMS structure. In: Sas P., Bergen B. [eds.]: Proceedings of ISMA 2010: International Conference on Noise and Vibration Engineering, including USD 2010, Katholieke Universiteit Leuven; Leuven, Belgium, 20–22 September 2010, pp. 4811–4824 (abstr. p.84).

Martowicz A., Manka M., Uhl T.: Multiphysics approach applied to model properties of capacitive micromachined ultrasonic transducer. Proceedings of the Conference Multiphysics 2010, Kumamoto, Japan, 8-10 December 2010, abstr. p. 28.

Martowicz A., Mańka M., Uhl T.: Multi-criteria design optimization of micromirror considering technological uncertainties. In: Proceedings of the 7th International Conference Mechatronic Systems and Materials MSM 2011, Kaunas, Lithuania, 7–9 July 2011, 13pp. (abstr. In: Skiedraitė I., Baskutienė J., Dragašius E. [eds.]: 7th International Conference Mechatronic Systems and Materials MSM 2011, Technologija; Kaunas, Lithuania, 7–9 July 2011, pp. 12–13).

Martowicz A., Uhl T., Klepka A.: Performance-based design optimization of MEMS device in presence of technological uncertainties. In: De Roeck G. et al. [eds.]: Proceedings of the 8th International Conference on Structural Dynamics EURODYN2011, EASD European Association of Structural Dynamics, Katholieke Universiteit Leuven; Leuven, Belgium, 4–6 July 2011, pp. 2933–2938.

Martowicz A., Mańka M., Rosiek M., Uhl T.: Reliability based robust design optimization of MEMS resonator. In Uhl T. [ed.]: Projektowanie mechatroniczne, zagadnienia wybrane. Akademia Górniczo-Hutnicza, Katedra Robotyki i Mechatroniki, Kraków, 2011, pp. 137–146.

Martowicz A., Rosiek M., Mańka M., Uhl T.: Improving the design of capacitive micromachined ultrasonic transducers aided with sensitivity analysis. The International Journal of Multiphysics, Vol. 5, No. 2, 2011, pp. 157–172.

Martowicz A., Klepka A., Uhl T.: Analysis of static and dynamic properties of micromirror with the application of response surface method. The International Journal of Multiphysics, Vol. 6, No. 2, 2012, pp. 115–127.

Martowicz A., Uhl T.: Uncertainty treatment in numerical simulations utilised for design of MEMS devices. In: Sas P., Moens D., Jonckheere S. [eds.]: Proceedings of ISMA 2012 – International Conference on Noise and Vibration Engineering & USD 2012 – International Conference on Uncertainty in Structural Dynamics, Katholieke Universiteit Leuven; Leuven, Belgium, 17–19 September 2012, pp. 4827–4841 (abstr. p. 37).

Codreanu I., Martowicz A., Gallina A., Pieczonka L., Uhl T.: Study of the effect of process induced uncertainties on the performance of a micro-comb resonator. Diffusion and Defect Data – Solid State Data. Part B, Solid State Phenomena, Vols.147-149, 2009, pp. 716-725.

Uhl T., Martowicz A., Codreanu I., Klepka A.: Analysis of uncertainties in MEMS and their influence on dynamic properties. Archives of Mechanics, Vol. 61, No. 5, 2009, pp. 349-370.

Application of carbon nanotubes (CNT) to design of the strain sensor — Zastosowanie nanorurek węglowych do konstrukcji czujnika odkształceń / Krzysztof GRABOWSKI, Tadeusz UHL, Paulina ZBYRAD // Pomiary, Automatyka, Kontrola / Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich. Sekcja Metrologii, Polskie Stowarzyszenie Pomiarów Automatyki i Robotyki POLSPAR ; ISSN 0032-4140. — 2012 vol. 58 no. 11, s. 984–986

Development of the strain sensors based on CNT/epoxy using screen printing / Krzysztof GRABOWSKI, Paulina ZBYRAD, Tadeusz UHL // Key Engineering Materials ; ISSN 1013-9826. — 2014 vol. 588, s. 84–90. — Bibliogr. s. 90, Abstr.. — 5th international congress on technical diagnostics 2012

RFID sensing platform in structure deformation monitoring / Mateusz LISOWSKI, Przemysław GONEK, Krzysztof GRABOWSKI, Tadeusz UHL, Wiesław STASZEWSKI // W: Structural health monitoring 2015 : system reliability for verification and implementation : proceedings of the tenth international workshop on structural health monitoring : September 1–3, 2015 : [Stanford, USA] / ed. by Fu-Kuo Chang, Fotis Kopsaftopoulos. — [USA : DEStech Publications], 2015. — ISBN: 978-1-60595-275-8. — S. 1030–1037.

Electrical conductivity of nanocomposites based on carbon nanotubes – a 3D multiscale modeling approach / Krzysztof GRABOWSKI, Paulina ZBYRAD, Wiesław J. STASZEWSKI, Tadeusz UHL, Kazimierz WIATR, Paweł PAĆKO // W: Sensors and smart structures technologies for civil, mechanical, and aerospace systems 2016 : Las Vegas, United States, March 20, 2016 / Jerome P. Lynch. — [USA : SPIE], 2016. — (Proceedings of SPIE / The International Society for Optical Engineering ; ISSN 0277-786X ; vol. 9803)

Multiscale electro-mechanical modeling of carbon nanotube composites / Krzysztof GRABOWSKI, Paulina ZBYRAD, Tadeusz UHL, Wiesław J. STASZEWSKI, Paweł PAĆKO // Computational Materials Science ; ISSN 0927-0256. — 2017vol. 135, s. 169–180. — Bibliogr. s. 179–180,

Uncertainty quantification for the properties of a structure made of SMA utilising numerical model / A. MARTOWICZ, J. BRYŁA, T. UHL // W: ISMA2016 & USD2016 conferences [Dokument elektroniczny] : 27th Leuven conference on Noise and vibration engineering & 5th edition of the international conference on Uncertainly in Structural Dynamics USD2016 : Leuven, Belgium, 19–21 September 2016.

Modeling aspects and simulations for properties of shape memory alloys / Jakub BRYŁA, Piotr Palenica, Adam MARTOWICZ // W: Projektowanie mechatroniczne : zagadnienia wybrane : praca zbiorowa / pod red. Michała Mańka. — Kraków : Katedra Robotyki i Mechatroniki. Akademia Górniczo-Hutnicza, 2017

Experimental and numerical assessment of the characteristics describing superelasticity in shape memory alloys – influence of boundary conditions / Jakub BRYŁA, Adam MARTOWICZ // W: CMES [Dokument elektroniczny] : II international Conference of Computational Methods in Engineering Science : Lublin, 23–25 November 2017 : book of abstracts.

Additional information:

None