Раздел 2. Лабораторные практикумы

ПЛАН ЛЕКЦИОННОГО КУРСА

«Микродатчики» (3 курс, 5 семестр)

Лекций, 18 лабораторных практикумов, самостоятельная работа 63 часа.

Раздел 1. Лекции.

ДЕ 1. Общие понятия о микросистемах.
Лекция 1.	Сенсоры, актюаторы, микросистемы. Основные термины и определения. Классификация. Основные метрологические характеристики сенсоров.
ДЕ 2. Проектирование сенсоров, актюаторов и микросистем.
Лекция 2.	Компьютерное моделирование и проектирование сенсоров и микросистем. Компьютерные модели и аналитические расчёты. ANSYS. Идеология моделирования в ANSYS.
ДЕ 3. Механические сенсоры, актюаторы и микросистемы.
Лекция 3.	Механические напряжения и деформации. Тензорезистивный принцип измерения давления. Ёмкостные сенсоры давления, их сравнение с тензорезистивными сенсорами давления.
Лекция 4.	Акселерометры, концепции их построения и применения. Математическое описание работы акселерометра. Конструкция тензорезистивных и ёмкостных акселерометров.
Лекция 5.	Другие практические реализации механических сенсоров. Микросистемные микрофоны. Тактильные сенсоры. Механические актюаторы, электростатический принцип их работы.
Лекция 6.	Микрофлюидные сенсоры, расходомеры. Пассивные и активные клапаны. Пневматические, пьезоэлектрические, электростатические и другие виды клапанов.
ДЕ 4. Термические сенсоры, актюаторы и микросистемы.
Лекция 7.	Физические основы работы термических сенсоров. Теплопроводность, конвекция, излучение. Электротепловая аналогия.
Лекция 8.	Сенсоры потока газа. Конвективный теплообмен. Критерии подобия. Термоанемометры на основе металла и поликремния. Сенсоры, чувствительные к направлению потока газа. Термические вакуумметры (манометры Пирани).
ДЕ 5. Оптические сенсоры, актюаторы и микросистемы.
Лекция 9.	Оптические сенсоры, как измерительные приборы. Виды оптических сенсоров. Метрологические характеристики излучения. Мощность и спектральный состав излучения.
Лекция 10.	Фотоэлектрические сенсоры прямого действия (фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы, фотоэмиссионные сенсоры, ёмкостные фотоэлектрические сенсоры, солнечные ячейки). Принципы работы фотоэлектрических сенсоров прямого действия.
Лекция 11.	Фотоэлектрические сенсоры непрямого действия (термопары, пирометры, болометры, ячейки Голея). Тепловизоры. Основы промышленного тепловидения.
ДЕ 6. Магнитные сенсоры, актюаторы и микросистемы.
Лекция 12.	Магнитные сенсоры. Эффект Холла в металлах и полупроводниках. Некоторые метрологические характеристики. Магниторезистивный эффект и приборы на его основе.
Лекция 13.	Магнитные диоды и магнитотранзисторы. Двухколлекторные магнитотранзисторы, их виды и конструкция.
ДЕ 7. Химические сенсоры, актюаторы и микросистемы.
Лекция 14.	Химические сенсоры, основные принципы работы. Классификация химических сенсоров. Химические сенсоры прямого действия (каталитические, металлооксидные, электрохимические, эластометрые). Химические полевые транзисторы.
Лекция 15.	Составные химические сенсоры: микрокалориметры, пелисторы, оптические химические сенсоры. Гравиметрические сенсоры и «электронные носы». Энзимные сенсоры.
Лекция 16.	Сенсоры влажности. Основные термины и определения. Конденсационный гигрометр, его характеристики. Сорбционные гигрометры, их метрологические характеристики.
ДЕ 8. Сенсоры ядерного излучения.
Лекция 17.	Ядерное излучение и его характеристики. Альфа-, бета- гамма- и нейтронное излучения. Закон радиоактивного распада. Биологический эффект ядерного излучения.
Лекция 18.	Сцинтилляционные счётчики на основе ФЭУ, их конструкция и характеристики.Счётчики Гейгера – Мюллера, их устройство и электрическая схема. Ионизационная камера. Полупроводниковые детекторы. Другие детекторы ядерного излучения.

Раздел 2. Лабораторные практикумы.

ДЕ 1. Общие понятия о микросистемах.
Лабораторный практикум 1.	Базовая схема технологического процесса изготовления сенсоров и микросистем.
Лабораторный практикум 2.	Специальные технологии изготовления микросистем. Объёмные и поверхностные технологии. Жертвенные технологии.
ДЕ 2. Проектирование сенсоров, актюаторов и микросистем.
Лабораторный практикум 3.	Решение задачи проектирования микросистем при помощи ANSYS Workbench.
Лабораторный практикум 4.	Градуировка сенсоров и микросистем. Измерительные установки и выполнение измерений на них.
ДЕ 3. Механические сенсоры, актюаторы и микросистемы.
Лабораторный практикум 5.	Топология и конструктивная реализация кремниевых тензорезистивных сенсоров давления. Ёмкостные сенсоры уровня и плотности.
Лабораторный практикум 6.	Механические напряжения в кремниевых упругих элементах различной формы, балочного и мембранного типа. Решение задач при помощи моделирования на ANSYS.
ДЕ 4. Термические сенсоры, актюаторы и микросистемы.
Лабораторный практикум 7.	Аналитический расчёт тепловых потоков в микросистемах.
Лабораторный практикум 8.	Расчет тепловых режимов работы микросистем в стационарном случае. Решение задач при помощи моделирования на ANSYS.
ДЕ 5. Оптические сенсоры, актюаторы и микросистемы.
Лабораторный практикум 9.	Энергетические и фотометрические характеристики излучения.
Лабораторный практикум 10.	Аналитический расчет выходного сигнала и чувствительности фотоэлектрических сенсоров прямого действия.
Лабораторный практикум 11.	Конструктивные особенности микросистемных фотосенсоров непрямого действия балочного и мембранного типа.
ДЕ 6. Магнитные сенсоры, актюаторы и микросистемы.
Лабораторный практикум 12.	Аналитический расчет выходного сигнала и чувствительности сенсоров на эффекте Холла и магниторезисторов.
Лабораторный практикум 13.	Расчет магнитных полей в различных микроструктурах. Решение задач при помощи моделирования на ANSYS.
ДЕ 7. Химические сенсоры, актюаторы и микросистемы.
Лабораторный практикум 14.	Химические сенсоры прямого и непрямого действия, расчет электрофизических характеристик.
Лабораторный практикум 15.	Расчет метрологических характеристик гигрометров различного типа.
Лабораторный практикум 16.	Интегральные химические аналитические системы и методы исследований. «Лаборатории на чипе».
ДЕ 8. Сенсоры ядерного излучения.
Лабораторный практикум 17.	Аналитический расчет дозы поглощенного излучения в различных физических условиях.
Лабораторный практикум 18.	Итоговая контрольная работа по курсу.