Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Układy MEMS i nanotechnologia
Tok studiów:
2019/2020
Kod:
RIME-2-305-PM-s
Wydział:
Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Poziom studiów:
Studia II stopnia
Specjalność:
Projektowanie mechatroniczne
Kierunek:
Inżynieria Mechatroniczna
Semestr:
3
Profil:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma studiów:
Stacjonarne
Strona www:
 
Prowadzący moduł:
dr inż. Mańka Michał (mmanka@agh.edu.pl)
Treści programowe zapewniające uzyskanie efektów uczenia się dla modułu zajęć

W ramach przedmiotu przedstawiane są zagadnienia związane z projektowaniem, symulacją i wytwarzaniem układów MEMS i NEMS.

Opis efektów uczenia się dla modułu zajęć
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Powiązania z KEU Sposób weryfikacji i oceny efektów uczenia się osiągniętych przez studenta w ramach poszczególnych form zajęć i dla całego modułu zajęć
Wiedza: zna i rozumie
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 Aktywność na zajęciach,
Kolokwium,
Udział w dyskusji,
Wynik testu zaliczeniowego
M_W002 Zna wymagania dotyczące środowiska w jakim mogą być produkowane układy MEMS i NEMS oraz potrafi określić wymagania dla konkretnego procesu IME2A_W07 Aktywność na zajęciach,
Kolokwium,
Udział w dyskusji,
Wynik testu zaliczeniowego
M_W003 Zna metody i techniki nanoszenia i usuwania warstw materiałów w procesie wytwarzania układów MEMS, potrafi dobrać metodę oraz parametry procesu dla wybranych materiałów IME2A_W01, IME2A_W07 Aktywność na zajęciach,
Udział w dyskusji,
Wynik testu zaliczeniowego
M_W004 Zna metody i techniki fotolitograficzne, materiały i urządzenia wykorzystywane w procesie fotolitograficznym IME2A_W01, IME2A_W07 Aktywność na zajęciach,
Udział w dyskusji,
Wynik testu zaliczeniowego
M_W005 Zna metody kontroli jakości oraz testowania właściwości mechanicznych i elektrycznych układów MEMS, IME2A_W01, IME2A_W07, IME2A_W02 Aktywność na zajęciach,
Kolokwium,
Wynik testu zaliczeniowego
Umiejętności: potrafi
M_U001 Potrafi zaprojektować i przeprowadzić symulacje działania wybranych układów MEMS IME2A_U07 Sprawozdanie,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_U002 Potrafi wykorzystać w procesie projektowania układów MEMS wybrane narzędzia CAE i przy ich zastosowanie przeprowadzić weryfikację symulacyjną opracowanego projektu IME2A_U07 Sprawozdanie,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
Liczba godzin zajęć w ramach poszczególnych form zajęć:
SUMA (godz.)
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
20 10 0 10 0 0 0 0 0 0 0 0
Matryca kierunkowych efektów uczenia się w odniesieniu do form zajęć i sposobu zaliczenia, które pozwalają na ich uzyskanie
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Forma zajęć dydaktycznych
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
Wiedza
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 i usuwania warstw materiałów w procesie wytwarzania układów MEMS, potrafi dobrać metodę oraz parametry procesu dla wybranych materiałów + - + - - - - - - - -
M_W004 Zna metody i techniki fotolitograficzne, materiały i urządzenia wykorzystywane w procesie fotolitograficznym + - + - - - - - - - -
M_W005 Zna metody kontroli jakości oraz testowania właściwości mechanicznych i elektrycznych układów MEMS, + - + - - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 Potrafi zaprojektować i przeprowadzić symulacje działania wybranych układów MEMS - - + - - - - - - - -
M_U002 Potrafi wykorzystać w procesie projektowania układów MEMS wybrane narzędzia CAE i przy ich zastosowanie przeprowadzić weryfikację symulacyjną opracowanego projektu - - + - - - - - - - -
Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 50 godz
Punkty ECTS za moduł 2 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 20 godz
Przygotowanie do zajęć 20 godz
przygotowanie projektu, prezentacji, pracy pisemnej, sprawozdania 5 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 5 godz
Szczegółowe treści kształcenia w ramach poszczególnych form zajęć (szczegółowy program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład (10h):
  1. Wpływ skali na zjawiska zachodzące w układach mikro i nano

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

  2. Wymagania środowiskowe procesów wytwarzania układów MEMS/NEMS

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

  3. Metody nanoszenia warstw materiału w procesie wytwarzania układów MEMS

    Mikro-obróbka powierzchniowa.
    Mikro-obróbka objętościowa.
    Metody nanoszenia warstw materiałowych.
    Metody wytwarzania monokryształów.
    Metody osadzania warstw metalicznych.
    Metody wspomagane nanoszenia warstw materiałowych.
    Epitaksja, tworzenie nanorurek.
    Nanoszenie warstw atomowych.

  4. Metody usuwania wartsw materiału w procesie wytwarzania układów MEMS

    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 materiału w procesie wytwarzania układów MEMS

    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. Metody pakowania i testowania układów MEMS

    Wpływ środowiska na gotowe układy MEMS/NEMS.
    Metody zapobiegania negatywnemu wpływowi środowiska na ukałdu MEMS/NEMS.
    Metody i narzędzia do badań mechanicznych.
    Metody i narzędzia do badań elektrycznych.
    Urządzenia do badań w kontrolowanych warunkach klimatycznych.

  7. 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

Ćwiczenia laboratoryjne (10h):
  1. Zapoznanie z narzędziami wirtualnego prototypowania mikrokonstrukcji z uwzględnieniem podejścia wielodziedzinowego oraz wieloskalowego.

    Zapoznanie z narzędziami wirtualnego prototypowania mikrokonstrukcji z uwzględnieniem podejścia wielodziedzinowego oraz wieloskalowego.
    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.

  2. Budowa trójwymiarowych modeli geometrycznych oraz elementów skończonych mikroukładów.

    Budowa trójwymiarowych modeli geometrycznych oraz elementów skończonych mikroukładów. Zapoznanie się z podstawowymi materiałami stosowanymi w wytwarzaniu mikroukładów. Omówienie istotnych parametrów materiałowych.

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

    Omówienie zagadnienia kontaktu w analizach numerycznych.
    Wykonanie przykładowych analiz strukturalnych z uwzględnieniem kontaktu między bryłami.
    Symulacyjne badanie statycznych oraz dynamicznych własności mikroukładów z zastosowaniem podejścia wielodziedzinowego.
    Zapoznanie się z metodami odczytu wyników.
    Analiza poprawności otrzymanych wyników.

Pozostałe informacje
Metody i techniki kształcenia:
  • Wykład: Treści prezentowane na wykładzie są przekazywane w formie prezentacji multimedialnej w połączeniu z klasycznym wykładem tablicowym wzbogaconymi o pokazy odnoszące się do prezentowanych zagadnień.
  • Ćwiczenia laboratoryjne: 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

Zasady udziału w zajęciach:
  • Wykład:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – Zasady udziału w zajęciach: 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.
  • Ćwiczenia laboratoryjne:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – Zasady udziału w zajęciach: 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.
Sposób obliczania oceny końcowej:

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.

Wymagania wstępne i dodatkowe, z uwzględnieniem sekwencyjności modułów :

Nie podano wymagań wstępnych lub dodatkowych.

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

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

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

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.

Informacje dodatkowe:

Brak