Нано- и микросистемная техника
Русский
ЕЖЕМЕСЯЧНЫЙ МЕЖДИСЦИПЛИНАРНЫЙ ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ И ПРИКЛАДНОЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ
English
Содержание
Архив статей с 1999 г.
Поиск аннотаций и статей
О журнале
Рубрики
Ред. коллегия
Учредители
Подписка
Авторам
Странички РФФИ
Обучение по МСТ
Литература по МСТ
Полезные ссылки
Адрес редакции


Сделать стартовой
В избранное

Издательство "Новые технологии"
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный институт радиотехники, электроники и автоматики (технический университет)"
Институт сверхвысокочастотной полупроводниковой электроники РАН
Рекламно-издательский центр «ТЕХНОСФЕРА»
Rambler's Top100
Статья Лучинина В.В. и Таирова Ю.М.

К вопросу об организации подготовки инженерных кадров по специальности "Микросистемная техника"

Страны, определяющие научно-технический прогресс, при установлении своих государственных приоритетов используют термин "критические технологии". За скупым перечнем критических технологий скрыт уровень интеллектуального потенциала нации и способность государства обеспечить его развитие. Известно, что наиболее значимые научно-технические прорывы происходят на стыке наук. Так было в начале шестидесятых годов, когда объединение потенциалов физики, химии и информатики определило развитие микроэлектроники - базиса современных высокоинтеллектуальных систем.

Конец ХХ века подарил нам фактически вторую, вслед за созданием интегральных схем, революцию на микроуровне, и цеховая легенда - "Сказ о тульском Левше и стальной блохе" стали явью на рубеже XXI века [1]. Как уже отмечалось в работах [2 - 4], в основе междисциплинарного научно-технического прорыва, формируемого промышленно развитыми странами, лежит системная интеграция классических принципов электроники, физики твердого тела, механики, оптики, электротехники, химии и биологии, реализуемая в технических решениях на микроуровне с широким использованием материаловедческой и технологической баз электроники и микроэлектроники. Данное направление получило название "микросистемная техника". Позволим повторить определение микросистемной техники, впервые представленное одним из авторов данной статьи в работе [2]. Микросистемная техника (МСТ) - это научно-техническое направление, целью которого является создание в ограниченном объеме твердого тела или на его поверхности микросистем, представляющих собой упорядоченные композиции областей с заданным составом, структурой и геометрией, статическая или динамическая совокупность которых обеспечивает реализацию процессов генерации, преобразования, передачи энергии и движения в интеграции с процессами восприятия, обработки, трансляции и хранения информации при выполнении запрограммированных операций и действий в требуемых условиях эксплуатации с заданными функциональными, энергетическими, временными и надежностными показателями.

В мировой практике для обозначения этого направления наиболее часто используются следующие понятия и термины: США - MEMS и MOEMS (микроэлектромеханические и микрооптоэлектромеханические системы); Япония - MICROMACHINES (микромашины); европейские страны - MST - microsystem technology (дословно технология микросистем). В России с 1996 года в "Перечне критических технологий Федерального уровня" официально используется термин "Микросистемная техника" (Microsistems ingeneering).

Мировой рынок микросистемной техники является наиболее динамичным и ежегодный прирост продукции составляет 20 %, что по данным организации при Европейской комиссии по проблемам развития микросистемной техники в Европе "NEXUS" обеспечит к 2002 году ежегодный объем реализации изделий микросистемной техники до 38 млрд. долл. США [5].

Одним из важнейших элементов обеспечения развития нового научно-технического направления, наряду с материально- технической базой, является кадровый потенциал, который формируется в рамках научных и научно-педагогических школ. Так, еще до открытия транзистора в Ленинградском электротехническом институте (ныне Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет) в 1946 году при поддержке академика А.Ф. Иоффе по инициативе известного отечественного ученого, трижды лауреата государственных премий Н.П. Богородицкого была создана кафедра диэлектриков и полупроводников (с 1995 года кафедра микроэлектроники), которая в 1952 году выпустила первых инженеров по специальности 0604 "Полупроводники и диэлектрики" [6]. С 1961 года кафедра стала выпускающей по специальности 0629 "Полупроводниковые приборы".

Особое внимание в то время (исходя из потребностей страны) уделялось курсам "Электротехнические материалы" и "Материалы радиоэлектронной техники". Известно, что одним из решающих этапов, определивших развитие микросистемной техники, являлось создание планарного электростатического двигателя, разработанного в США в конце 80-х годов М. Мехрегани. Фотографии этого двигателя на фоне острия иглы, обошли практически все издания мира [7]. Однако прообраз данного электростатического двигателя был создан на кафедре диэлектриков и полупроводников ЛЭТИ еще в конце 50-х годов в виде так называемого диэлектрического двигателя, не имеющего магнитных элементов [8]. Впервые практически было использовано явление вращения диэлектрика в электрическом поле, которое наблюдал в 1896 году немецкий исследователь Г. Квинке. Эта высокотехнологичная отечественная разработка была удостоена золотой медали в 1958 году на Международной выставке в Брюсселе, где она выставлялась наряду с такими отечественными экспонатами, как модель первого атомного ледокола или станок с числовым программным управлением.

Анализируя современное состояние в области микросистемной техники, можно наблюдать своеобразный материаловедческий электротехнический ренессанс, но уже на микроуровне. Базисом функционирования элементной базы микросистемной техники являются так называемые функционально-активные и адаптивные "умные" материалы, использующие пьезоэлектрические и магнитные эффекты, электростатические явления, эффекты памяти формы.

В основе технологии элементной базы микросистемной техники лежат интегрально-групповые экономически эффективные принципы производства, широко используемые при создании изделий электронной техники. Для эффективного применения элементной базы микросистемной техники необходима ее конструкторская и технологическая интеграция с элементной базой микроэлектроники, основой информационного и энергетического обеспечения систем.

Все это позволило нам определить возможную область профессиональной деятельности будущего дипломированного специалиста в области микросистемной техники следующим образом: исследование, разработка, создание и применение сверхминиатюрных приборов, механизмов и микромашин на основе системной интеграции электроники, электротехники, механики, оптики, теплотехники, химии и биологии, реализуемых в конструкторско-технологических решениях на микроуровне с широким использованием интегрально-групповых экономически эффективных принципов производства.

Учитывая, что микросистемная техника относится к "критическим" направлениям науки и техники, определяющим конкурентоспособность наиболее наукоемких отраслей промышленности, и базируется, в первую очередь, на материаловедческо- технологическом базисе микроэлектроники, представляется возможным дополнить примерный перечень направлений подготовки дипломированных специалистов в рамках Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению 41 "Электроника и микроэлектроника" специальностью "Микросистемная техника". Перечень специальностей, реализуемых в рамках данного направления подготовки специалистов, может быть расширен следующим образом:
  • 180600 - светотехника и источники света;
  • 071400 - физическая электроника;
  • 200100 - микроэлектроника и твердотельная электроника;
  • 200300 - электронные приборы и устройства;
  • 200400 - промышленная электроника;
  • 200500 - электронное машиностроение;
  • 201900- микросистемная техника.

Область профессиональной деятельности инженера по направлению "Электроника и микроэлектроника" включает в себя совокупность средств, способов и методов человеческой деятельности, направленной на исследование, разработку и производство материалов и изделий электроники и микросистемной техники, совершенствование технологий их получения, а также проектирование и применение приборов и устройств. Объектами профессиональной деятельности выпускника в зависимости от содержания основной образовательной программы подготовки (специальности) являются материалы, компоненты, приборы и устройства электроники и микросистемной техники, технологические процессы их изготовления, методы исследования, проектирования и конструирования, диагностическое и технологическое оборудование, математические модели процессов и объектов электроники и микросистемной техники, алгоритмы решения типовых задач, относящихся к профессиональной сфере.

В рамках разработки требований к обязательному минимуму содержания основных образовательных программ при подготовке дипломированного специалиста по направлению "Электроника и микроэлектроника" для специальности "Микросистемная техника" может быть предложен перечень специальных дисциплин, представленный ниже.

СД. 01. Материалы микросистемной техники (100 ч):

  • классификация материалов микросистемной техники: конструкционные, функционально активные и адаптивные;
  • критерии выбора и совместимости материалов: кристаллохимическая и термохимическая совместимость, механическая, тепловая и электрическая стойкость, механическая и термомеханическая усталость, электрическая деградация;
  • конструкционные материалы: материалы для механических конструкций, электрических и оптических связей; функционально активные материалы для электростатических, электромагнитных, пьезоэлектрических и термоэлектрических преобразователей информации энергии и движения;
  • адаптивные материалы: активные диэлектрики, сплавы с памятью формы, биоорганические материалы, самоорганизующиеся среды.
СД. 02. Микроэлектромеханики (100 ч):
  • механические свойства твердых тел;
  • поле деформации и напряжений;
  • эффекты масштабирования в микромеханике;
  • виды нагрузок: статические, колебания, линейные ускорения, полигармонические и случайные воздействия, удар, температурные воздействия;
  • структура и виды механизмов и деталей машин: мембраны, балки, пружины, зубчатые и фрикционные передачи, муфты;
  • законы классической электромеханики, электромеханические преобразователи, эффекты масштабирования в микроэлектромеханике;
  • электромагнитные и электростатические объемные и планарные микродвигатели;
  • пьезоэлектрические преобразователи;
  • микропьезодвигатели;
  • микропневмопреобразователи.
СД. 03. Микрооптика (100 ч):
  • основные положения геометрической, волновой, квантовой, нелинейной и молекулярной оптики;
  • размерные эффекты; планарная и объемная элементная база микрооптики: твердотельные источники и приемники излучения, интерференционные покрытия, управляемые зеркала и дифракционные решетки, линзы Френеля, Фурье-преобразующие линзы, оптические резонаторы, электро-, акусто-, магнитооптические модуляторы, планарные и объемные волноводы, оптические кабели и разъемы;
  • оптика движущихся тел: эффекты Доплера, Физо, Саньяка;
  • микрооптомеханические и интегрально-оптические схемы.
СД. 04. Микросхемотехника (150 ч):
  • классификация и стандартизация интегральных микросхем;
  • элементная база интегральных микросхем: физическая структура, топология, законы масштабирования;
  • схемотехника цифровых интегральных микросхем: базовые логические элементы, схемотехническая реализация основных логических функций, типовые и функциональные узлы на основе логических элементов, цифровые интегральные схемы на основе динамических логических элементов, постоянные и оперативные запоминающие устройства;
  • схемотехника аналоговых интегральных схем: операционные усилители, схемотехническая реализация математических операций, компараторы, аналоговые переключатели, активные фильтры;
  • цифроаналоговые и аналого-цифровые преобразователи;
  • микропроцессоры;
  • схемотехническая реализация ИМС на основе базовых матричных кристаллов и программируемых логических матриц;
  • логическое схемотехническое и топологическое проектирование ИМС;
  • системы автоматизированного проектирования;
  • перспективные направления традиционной и нетрадиционной микросхемотехники;
  • элементная база для сверхскоростной обработки информации: логические элементы на основе соединений группы А В и сверхпроводников, приборы на поверхностных акустических и магнитостатических волнах;
  • вычислительные среды с нейроподобной архитектурой;
  • ассоциативные принципы обработки информации, самоорганизация.
СД. 05. Компоненты микросистемной техники (175 ч):
  • классификация объектов микросистемной техники: сенсоры, управляемые электрорадио- и оптоэлектромеханические компоненты, микроустройства для хранения информации, микромашины, аналитико-технические микросистемы, микро- и наноинструмент, миниатюрные транспортные средства, минироботы;
  • сенсоры: для контроля основных физических и химических параметров сред, сенсоры ориентации, навигации и управления;
  • биосенсоры для медико-биологических целей;
  • миниатюрные управляемые электрорадиомеханические и оптоэлектромеханические компоненты: конденсаторы, катушки индуктивности, резисторы, реле, резонаторы, зеркала, линзы, модуляторы, затворы, фильтры, фотопереключатели, микродиски, оптомеханические и интегрально-оптические схемы;
  • микромашины: микродвигатели, микрогенераторы, микротурбины, приводы движения, системы микроперемещения;
  • микроманипуляторы;
  • аналитические микросистемы, матричные и микрофлюидные чипы, микрохроматографы, миниатюрные масс-спектрометры;
  • технические микросистемы: микрореакторы, микроклапаны, микродозаторы,кластерные технологические микросистемы, микро- и наноинструмент, миниатюрные транспортные средства и мини-роботы.
СД. 06. Проектирование микросистем (150 ч):
  • математические модели элементной базы микросистемной техники;
  • теория подобия и эффекты масштабирования;
  • механические модели в электромеханике: механическое равновесие, уравнение баланса динамических величин, уравнение движения, термомеханические, статические и динамические модели мембран, балок, струн;
  • физико-топологические модели базовых элементов поверхностной и объемной микромеханики;
  • модели микросистем с электрическими и магнитными полями: полевые уравнения, краевые задачи, общие уравнения для электромагнитного и пьезоэлектрического преобразователя;
  • модели течения жидкости и газа в микрообъемах и микрокапиллярах;
  • имитационное динамическое моделирование микросистем;
  • программные средства обеспечения САПР компонентов микросистемной техники;
  • интеграция элементной базы микроэлектромеханики, микрооптики и микроэлектроники при проектировании микросистем.
СД. 07. Технология микросистем (175 ч):
  • организационно-технологические основы производства элементной базы микроэлектроники, микроэлектромеханики, микрооптики;
  • базовые технологические операции нанесения, удаления и модифицирования материалов, литографические процессы;
  • специальные технологические операции поверхностной микромеханики: "жертвенные" слои, избирательное травление;
  • специальные технологические операции объемной микромеханики: ориентационно-чувствительное жидкостное и высокопроизводительное сухое ионноплазменное травление, стоп-слои;
  • LIGA-технология: синхротронное излучение, гальванопластика, микропрессование;
  • корпускулярно-лучевое формообразование: микростереолитография, лазерное осаждение и полимеризация;
  • процессы сборки микросистем;
  • производственная гигиена: чистота материалов и помещений;
  • ЕСТД и ее применение;
  • системный подход к управлению качеством продукции.
СД. 08. Испытания микросистем (100 ч):
  • номенклатура показателей качества материалов и компонентов микросистемной техники;
  • выбор модели для определения качества продукции;
  • классификация методов испытаний: испытания на воздействие температуры, влажности, механические и радиационные испытания;
  • ускоренные испытания;
  • базовое контрольно-измерительное и испытательное оборудование;
  • методики проведения испытаний и обработки результатов;
  • стандартизация и сертификация компонентов микросистемной техники;
  • гармонизация национальных стандартов испытаний и качества продукции с международными.
ДС. Дисциплины специализаций (760 ч).

Суммарный объем учебных часов по специальным дисциплинам соответствует проекту разработанного стандарта подготовки дипломированных специалистов по направлению "Электроника и микроэлектроника".

В качестве возможных специализаций при подготовке инженеров по специальности "Микросистемная техника" могут быть "Микротехника" и "Нанотехника".

В рамках единых европейских образовательных программ в настоящее время также принято решение об унификации образовательного процесса в области микросистемной техники с ориентацией на подготовку магистров: "Master of Science in Microsystems Engineering".

Представляется, что микросистемная техника для научно-технического прогресса может иметь такое же значение, какое оказало появление микроэлектроники на становление и современное состояние ведущих областей науки и техники.

Имеющиеся в России научно-технический и кадровый потенциалы позволяют приступить в 2000 году к подготовке дипломированных специалистов по специальности "Микросистемная техника" в рамках направления "Электроника и микроэлектроника". Организация образовательного процесса по данной специальности будет также способствовать структурной перестройке экономики России с учетом мирового опыта и приоритетов ее социально-экономического развития.

В.В. Лучинин, д-р техн. наук, Ю.М. Таиров, д-р техн. наук, проф., Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет.

Литература

  1. Лучинин В.В. Быль о механической блохе // Газета "Поиск", 1997, № 19-20. С. 6.
  2. Лучинин В.В. Микросистемная техника. Направления и тенденции развития // Научное приборостроение РАН. 1999. Т. 9, № 1. С. 3-18.
  3. Климов Д.М., Васильев А.А., Лучинин В.В., Мальцев П.П. Перспективы развития микросистемной техники в XXI веке // Микросистемная техника. 1999. № 1. С. 3 - 6.
  4. Лучинин В.В., Таиров Ю.М., Васильев А.А. Особенности материаловедческого и технологического базиса микросистем // Микросистемная техника, 1999. № 1. С. 7-11.
  5. NEXUS. Market analysis for rnicrosysterns, 1996-2002//MST News, 1998, № 3. Р. 38-41.
  6. Пасынков В.В., Таиров Ю.М. Кафедре микроэлектроники 50 лет// Петербургский журнал электроники. Вып. 3, 1996. С. 3-9.
  7. Стикс Г. Микронные механизмы // В мире науки, 1993. № 1. С. 68.
  8. Карпов Ю.С., Красиоперов В.А., Окунев Ю.Т., Пасынков В.В. 0 движении диэлектриков в электрическом поле // Физика диэлектриков // Тр. 2-й Всесоюзной конф., ноябрь, 1958, М.: Изд-во РАН. 1960. С. 124-131.
Новости
Журнал НМСТ включен в Web of Science
МОКЕРОВСКИЕ ЧТЕНИЯ 2017
Московский технологический университет МИРЭА продолжает обучение по Программе профессиональной переподготовки "Фотоника и радиофотоника в радиоэлектронных системах сверхвысокочастотного диапазона"
К читателям
Проводится набор на дополнительное обучение в МГТУ МИРЭА на курс "Современная радиофотоника"
Журнал НМСТ и база данных Scopus
«ВакуумТехЭкспо 2015» - Юбилейная международная выставка вакуумной техники, материалов и технологий!
ЭкспоЭлектроника 2015: вся радиоэлектроника в Крокус Экспо
Журнал НМСТ занял 411 место в общем рейтинге научных журналов SCIENCE INDEX за 2012 год.
4-я Международная научно-техническая конференция «ТЕХНОЛОГИИ МИКРО- И НАНОЭЛЕКТРОНИКИ В МИКРО- И НАНОСИСТЕМНОЙ ТЕХНИКЕ»
MEMS and Semiconductor Equipment Brokerage Sell, Buy or Lease
Грант $175000 для исследователей и разработчиков микроэлектромеханических систем (МЭМС)
КОНЦЕПЦИЯ по развитию производства МЭМС-изделий в России на период до 2017г.
Журнал НМСТ включен в справочник российской академии наук 2012
Книга "Успехи наноинженерии: электроника, материалы, структуры."
Открыто обучение по новому направлению 222900 - "Нанотехнологии и микросистемная техника" бакалавры и магистры - дневная и вечерняя (очно-заочная форма) обучения в МИРЭА.
ПОИСК ПОЛНОГО ТЕКСТА СТАТЕЙ ДЛЯ УЧАСТИЯ В КОНКУРСАХ
<-- Архив новостей -->

Конференции
Международный форум «Микроэлектроника-2017» начал прием заявок на участие
VII Всероссийская научно-техническая конференция "Проблемы разработки перспективных микро- и наноэлектронных систем" МЭС-2016
<-- Архив конференций -->

Российская академия наук


14-я Международная выставка компонентов и систем силовой электроники

Международного Форума Микроэлектроника 2017

  © 1999-2017 "Нано - и микросистемная техника".