In the present era, the renewable sources of energy, e.g., piezoelectric materials are in great demand. They play a vital role in the field of micro-electromechanical systems, e.g., sensors and actuators. The cantilever-based piezoelectric energy harvesters are very popular because of their high performance and utilization. In this research-work, an energy harvester model based on a cantilever beam with bimorph PZT-5A, having a substrate layer of structural steel, was presented. The proposed energy scavenging system, designed in COMSOL Multiphysics, was applied to analyze the electrical output as a function of excitation frequencies, load resistances and accelerations. Analytical modeling was employed to measure the output voltage and power under pre-defined conditions of acceleration and load resistance. Experimentation was also performed to determine the relationship between independent and output parameters. Energy harvester is capable of producing the maximum power of 1.16 mW at a resonant frequency of 71 Hz under 1g acceleration, having load resistance of 12 kΩ. It was observed that acceleration and output power are directly proportional to each other. Moreover, the investigation conveys that the experimental results are in good agreement with the numerical results. The maximum error obtained between the experimental and numerical investigation was found to equal 4.3%.
W pracy przedstawiono istniejące rozwiązania metodologiczno-techniczne wykorzystujące technikę mikrosystemów, a także zaproponowano nowatorską koncepcję rozwiązania własnego, służącego do badania właściwości mechanicznych oocytów zwierzęcych w celu powiązania ich z potencjałem rozrodczym komórek. Stwierdzono, że istnieje zapotrzebowanie badawcze na nowe rozwiązania techniczne i metodologiczne pozwalające na określanie cech mechanicystycznych komórek o wymiarach od kilku do kilkunastu mikrometrów z uwagi na możliwe powiązanie tych właściwości z potencjałem biologicznym komórek.
EN
The paper presents the existing methodological and technical solutions using microsystems technology, along with our own proposition of innovative solution concept to study the mechanical properties of animal oocytes in order to link them with reproductive potential of cells. There is a need for new research of technical and methodological solutions allowing the determination of the mechanical properties of cells with dimensions of a few to several micrometers due to the possible connection between these properties with the biological potential of cells.
Meaningful progress in the fields of MEMS is associated with the continuous development of the micromachining technologies. One of the most promising devices in MEMS is thermal sensors. When the first microbolometer appeared on the market, a huge interest in thermal detectors was observed. This paper is a short overview study on microbolometer geometry, different solutions and possibilities to implement them as electrical models.
Artykuł przedstawia wyniki laserowej obróbki materiałów, takich jak: Si, Al2O3 oraz ZrO2, stosowanych do budowy mikrosystemów. Konieczność wiernego odtwarzania geometrii i wymiarów w skali mikro stawia szczególne wymagania dotyczące procesu obróbki laserowej. Laserowe mikrotechnologie muszą być prowadzone w warunkach, które zapewnią doskonałe prowadzenie zogniskowanej wiązki laserowej, np.: skanowanie z odpowiednią szybkością, prawidłowy dobór czasu trwania impulsu oraz repetycji. Na jakość odwzorowania w procesach laserowej mikroobróbki ma również wpływ ilość zaabsorbowanej energii. Warunki, w których prowadzona jest mikroobróbka, powinny uwzględniać konieczność utrzymania małej strefy oddziaływania ciepła. Niniejszy artykuł potwierdza możliwość wykorzystania technologii laserowej do takich zastosowań.
EN
This article presents some results of laser processing of Si, Al2O3, ZrO2, used for the construction of microsystems and microsensors. The necessity of exact reproducing the geometry and dimensions in the microscale puts specific requirements for laser machining process: operating it under conditions which ensure the perfect guidance of a well-focused laser beam, scanning at a suitable speed, and the adequate selection of laser pulse duration with proper repetition frequency. Influence on this process have: the amount of absorbed energy depended on wavelength of laser radiation and kind of material, and the need to maintain a small heat affected zone (HAZ). This guarantees keeping the exact reproduction of microshapes and cutting edges with a different angle of lines even in microscale details. The present work confirms the possibility of using laser technology for such applications.
Praca prezentuje nowy sposób projektowania mikrourządzeń lab on a chip (LOC) do zastosowań w biotechnologii i medycynie. Umożliwia on odwzorowanie dowolnie wybranej struktury naczyniowej, niezależnie od narządu, nowotworu, czy nawet organizmu. W ramach badań opracowano projekt i metodę fabrykacji mikrosystemu symulującego sieć naczyń włosowatych powstających podczas angiogenezy nowotworowej. Opracowano pełną metodykę fabrykacji i łączenia elementów urządzenia.
EN
The paper presents a new method for the designing of lab-on-a-chip (LOC) microdevices for biotechnology and medicine applications. It makes possible to reproduce the vascular structure, regardless of the organ, tumor or even the body. Methods for designing and fabrication of microsystems for microflow investigations in the network of capillary vessels of cancer tumor were developed. The complete methodology for fabrication and joining of the system is presented.
W artykule omówiono wybrane prace zaprezentowane na konferencji ELTE 2013, prezentujące dorobek polskich zespołów badawczych z ostatnich kilku lat. Konferencje z serii „Technologia Elektronowa” organizowane są od ponad 30 lat, cyklicznie przez różne ośrodki badawcze. Tegoroczna, XI Konferencja ELTE 2013, odbyła się w XIV wiecznym zamku krzyżackim w Rynie w dniach 16-20 kwietnia. Zgromadziła 257 naukowców-teoretyków, technologów i inżynierów – z najważniejszych obszarów badawczych współczesnej elektroniki. Obrady merytoryczne toczyły się w czterech sesjach tematycznych: mikroelektronika i nanoelektronika, fotonika, mikrosystemy oraz materiały elektroniczne i fotoniczne, a także w sesjach plakatowych. W sesjach plenarnych przedstawiono najnowsze osiągnięcia światowe w obszarach zaawansowanych technologii elektronicznych i fotonicznych z licznymi odniesieniami do prac polskich zespołów badawczych. Specjalną sesję poświęcono omówieniu kluczowych projektów badawczych i inwestycyjnych.
EN
The paper presents a digest of chosen research and technical work results shown by researchers from technical universities, governmental institutes and research firms during the XI th Scientific Conference on Electron Technology ELTE 2013. ELTE Conference has been held every three years since more than three decades. In 2013 the conference was held in Ryn Castle (Poland) on 16-20 April and gathered around 257 scientists, theoreticians, technologists and engineers from such areas as material engineering, chemistry, sensors, integrated circuits, electronics engineering, laser industry, photonics, etc. The conference featured the following four major topical sessions – Micro and Nano, Photonics, Materials and Technologies, and Microsystems; two dedicated sessions – a keynote plenary session on hot topics in electron technology, as well as a session on large research projects and grants realized by the relevant community. Oral topical sessions were accompanied by poster sessions.
Od ponad 40 lat tomografia komputerowa jest z powodzeniem stosowana w medycynie jako technika diagnostyczna. Nieustanny rozwój konstrukcji tomografów i algorytmów rekonstukcyjnych umożliwił zastosowanie tomografów komputerowych w dziedzinie nauk technicznych, między innymi elektroniki. W artykule zostanie zaprezentowany zarys historyczny tomografii, systematyka metod tomograficznych, zasada działania i konstrukcje tomografów oraz przykłady zastosowań tomografu do diagnostyki wybranych mikrostruktur elektronicznych.
EN
Since 40 years computed tomography has been successfully applied in medicine as diagnostic method. Continuous design development of computed tomography (CT) equipment and progress in image reconstruction algorithms enabled application of CT in technical sciences, including electronics. Within the frame of this paper historical outline of computed tomography, systematics of tomographic methods, basic principles and designs of CT equipment, and examples of application of computed tomography in diagnostics of selected electronic microstructures.
8
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule został przedstawiony higrometr punktu rosy z półprzewodnikowym mikrosystemem detekcji punktu rosy. Przedstawiona została również budowa zintegrowanego mikrosystemu. Znaczna część pracy jest poświęcona algorytmowi detekcji temperatury punktu rosy. System został sprawdzony na laboratoryjnym stanowisku testowym a otrzymane wyniki prezentują się bardzo obiecująco.
EN
A system of dew point temperature measurement, based on semiconductor microsystem detector is presented. Many details of semiconductor microsystem are described in the report. More attention is devoted to algorithm for dew point temperature detection. Experimental results obtained from laboratory test stand are very promising and are described in the report.
The paper describes a method of automating a medical study of cervical spine condition with use of MEMS inertial sensors and a magnetometer. The examination procedure aims to detect and assess the dysfunction of the cervical spine. The same exercise may be also used for rehabilitation.
Burzliwy rozwój techniki Mikrosystemów oraz miniaturowych urządzeń Mikro- i Nanoelektroniki Próżniowej spowodował potrzebę opracowania nowych metod wytwarzania wysokiej i ultrawysokiej próżni w objętości mniejszej niż 1 cm³. Obecnie niską próżnię wytwarza się wykorzystując próżniowe procesy łączenia podłoży krzemowych i szklanych lub zintegrowany proces fabrykacji mikrourządzeń. Mikrosystemy próżniowe wytwarzane dla elektroniki, przemysłu samochodowego, lotniczego, kosmicznego muszą poprawnie pracować dłużej niż 10 lat. Dlatego zamknięte w hermetycznych obudowach w ostatnim etapie produkcji są sprawdzane na szczelność. Stosowane są różne metody, które mają jednak ograniczenia, gdy testowana objętość jest mniejsza niż 0,1 cm³. W pracy opisano stan wiedzy dotyczący metod badania nieszczelności, pomiaru próżni i wytwarzania próżni w mikroskali. Wydaje się, że dalszy rozwój techniki próżni jest ściśle związany z rozwojem technik mikroinżynieryjnych, które umożliwią budowę zintegrowanych miniaturowych urządzeń próżniowych. Mikrourządzenia te będą pracować jako czujniki, aktuatory, układy elektroniczne i jednocześnie posiadać elementy do wytwarzania i pomiaru wysokiej próżni.
EN
Rapid development of the microsystem technology and the miniature Micro- and Nanoelectronics devices resulted in the need to develop new methods of high and ultrahigh vacuum generation in a volume of less than 1 cm³. Currently, a low vacuum is produced using vacuum bonding processes for silicon and glass substrates or integrated fabrication process. Vacuum Microsystems manufactured for microelectronics, automotive, aviation, and space must work properly for more than 10 years. Therefore, enclosed in hermetic cases, in the final stage of production are tested for leaks. There are different methods that have limitations, when the test volume is less than 0.1 cm³. The paper describes the state of knowledge concerning the methods of leak testing, measurement of vacuum and vacuum generation in the microscale. It seems that the further development of vacuum technology is closely linked with the development microengineering techniques that will enable the construction of integrated miniature vacuum devices. These microdevices will operate as sensors, actuators, electronic circuits, and also have additional elements to generate and measure high vacuum.
W artykule przedstawiono problem wytwarzania wysokiej próżni w mikrourządzeniach o objętości roboczej mniejszej niż 1 cm³ oraz propozycję jego rozwiązania. Brak odpowiednich technik hamuje rozwój mikrosystemów próżniowych typu MEMS/MOEMS (Mikro-Elektro-Mechaniczne Systemy/ Mikro-Opto-Elektro-Mechaniczne Systemy) oraz uniemożliwia wytwarzanie złożonych urządzeń Mikro- i Nanoelektroniki Próżniowej. Wydaje się, że optymalnym rozwiązaniem byłoby wytworzenie mikropompy próżniowej, która mogłaby być w pełni zintegrowana z mikrourządzeniem próżniowym. Przedstawiono opisane w literaturze miniaturowe pompy próżniowe, które zostały wykonane z zastosowaniem technologii mikroelektronicznych i mikroinżynieryjnych. Żadne z opublikowanych rozwiązań nie pozwala na uzyskanie wysokiej i ultrawysokiej próżni Przedyskutowano możliwości miniaturyzacji różnych typów pomp, ze szczególnym uwzględnieniem pomp sorpcyjnych oraz związane z tym ograniczenia technologiczne. W pracy przedstawiono koncepcję konstrukcji krzemowo-szklanej mikropompy orbitronowej, która powinna umożliwić wytworzenie wysokiej próżni w mikroobjętości. Prace technologiczne rozpoczęto od opracowania głównego elementu mikropompy orbitronowej, czyli źródła elektronów. Wykonano polowe, planarne źródło elektronów oraz zmierzono jego właściwości emisyjne. Uzyskano napięcie progowe emisji poniżej 30 V oraz prąd elektronowy przekraczający 100 µA (przy ok. 100 V). Wydaje się, że opracowane źródło umożliwi wykonanie demonstratora orbitronowej mikropompy próżniowej. Rozpoczęto badania nad technologią mikropompy.
EN
In this article a problem of high vacuum generation in microdevices (with volume less then 1 cm³) has been introduced. The inability to obtain and maintain high vacuum level within a microcavities inhibits further development of complex vacuum microsystems and nanoelectronics devices. It is assumed that the optimal solution would be to fabricate a micropump fully integrated with other microdevices. MEMS-type micropumps presented in the literature are only able to generate low vacuum (pressure above 1 kPa). Possibilities of miniaturization of different kind of pumps (especially sorption pumps) and associated with it limitations have been described. In this article a novel concept of a silicon-glass orbitron micropump has been presented. In our opinion, it could be integrated with other microsystems and be able to generate high vacuum. The experimental work started with elaboration of a thin-film planar electron source, which is the most important element of a micropump. Obtained data: high current (over 100 µA) and low threshold voltage (less then 30 V) give a chance for future implementation in a complete micropump's structure.
Celem wystąpienia będzie podzielenie się doświadczeniem przemysłowym zdobytym w przedsiębiorstwie Schlumberger (Slb). Zostaną przedstawione urządzenia półprzewodnikowe (Mikrosystemy – MEMS), które były opracowane do integracji w systemach produkowanych przez Slb do zastosowań geofizycznych, aeronautycznych oraz w miernictwie. Praca w zakresie R&D chrakteryzowała sie szeroką współpracą z Ośrodkami Akademickimi i Instytutami Badawczymi. Parametry decydujące o niezawodności produktu musiały byc chronione w przebiegu współpracy. Problemem dla wprowadzania nowych technologii jest niewielki wolumen niszowych zastosowań.
EN
The aim of the presentation is to share my industrial experience resulting from working with Schlumberger Company (Slb). A number of Microsystems (MEMS) devices were developed for integrating them in systems/tools produced by Slb to address geophysics, aeronautics and metering markets, respectively. R&D activities were carried out in close collaborations with leading Academic and Research Institutes. While co-operating key parameters of device specifications remained exclusive propriety of the Company. Low niche market volumes were and are problems for a massive introduction of MEMS to harsh environment applications.
13
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W niniejszym artykule omówiono zastosowanie mikroobróbki laserowej impulsami nanosekundowymi do wykonywania metalowych elementów urządzeń MEMS (microelectromechanical systems). Omówiono ogólnie nanosekundową mikroobróbkę laserową materiałów metalowych oraz przedstawiono przykłady elementów urządzeń MEMS wykonanych tą techniką. Przedstawiono także problem degradacji obrabianego materiału podczas nanosekundowej mikroobróbki laserowej. Rozwiązaniem tego problemu może być zastosowanie do mikroobróbki laserowych impulsów femtosekundowych.
EN
In this article we present the possible application of nanosecond laser micromachining in fabrication of metal MEMS element. We describe the process of laser micromachining of materials and present few examples of metal MEMS elements. We also focus on the problem of thermal degeneration of material during process of nanosecond laser micromachining. This problem is to be avoided when femtosecond laser pulses are used in MEMS laser manufacturing.
14
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono i omówiono zastosowanie warstw diamentowych osadzanych metodą CVD w systemach typu MEMS i MOEMS. Porównano fizyczne właściwości warstw diamentowych z właściwościami krzemu. Jako przykład przedstawiono założenia i wyniki symulacji typowej struktury mikromechanicznej wytworzonej z warstwy diamentowej i warstwy krzemowej. Wszystkie symulacje zostały wykonane dedykowanym oprogramowaniem do symulacji systemów typu MEMS - CoventorWare ™.
EN
of CVD diamond layers have been compared with silicon layer properties. As an example of diamond-based and silicon-based devices, modeling issues and results of simulations performed for typical MEMS structure have been presented and discussed. All simulations have been carried out within the specialized simulation environment - CoventorWare™.
15
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono procesy technologiczne mikroinżynierii krzemowej wykorzystane do wytwarzania przyrządów opracowywanych w ramach projektu MNS-DIAG. Kluczowymi procesami dla wytwarzania opracowywanych w ramach tego projektu demonstratorów są: głębokie plazmowe trawienie podłoża krzemowego, procesy łączenia płytek podłożowych z innymi płytkami krzemowymi, ceramicznymi lub szklanymi, procesy elektrochemicznego osadzania metali szlachetnych oraz procesy nakładania i kształtowania warstw polimerowych.
EN
The development of silicon technology over the last few decades has enabled production of complex integrated circuits and has also contributed to the development of microsystems containing sensors, actuators, and signal processing circuits. Currently, microsystems based on silicon technology, complemented by processes specific to MEMS technology, are widely used in both automotive as well as in chemistry, biology or medicine. The paper presents processes used to manufacture silicon microsystems developed in the fame of the project “Microsystems for biology, chemistry and medical applications”. The project goal is to develop a range of biomedical devices and chemical sensors: lab on a chip for determination of psychotropic drugs in saliva samples, diagnostic instruments for analysis of body secretion for fertility and pathological states monitoring, diagnostic instruments for evaluation of bovine embryos, microreactors for cell culture, arrays of chemical sensors for detection of Gramnegative bacteria and MEMS for medical diagnostic equipment. Key manufacturing processes used for fabrication of these devices are: deep plasma etching of silicon substrate, bonding of silicon, ceramic or glass substrates, electrochemical deposition and patterning of noble metals and coating and patterning of polymer layers on silicon and glass substrates.
16
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Intensywny rozwój technologii w przemyśle półprzewodnikowym wymusza adekwatne tempo rozwoju narzędzi wykorzystywanych do projektowania układów i mikrosystemów scalonych. Jednocześnie do procesu projektowania wprowadzane są dedykowane metody projektowania i współpracy skracające czas projektowania i poprawiające końcową niezawodność układów. Przyczynia się to do redukcji kosztów projektowania oraz czyni bardziej wiarygodnymi symulacje służące weryfikacji poprawności projektu. W ostatecznym rozrachunku ograniczony zostaje również ostateczny koszt produkcji przedmiotowych układów i mikrosystemów scalonych.
EN
Intensive development of semiconductor fabrication technologies simultaneously stimulates evolution of applied methods and tools. Novel methods applied to keep abreast of progress in IC, and microsystems technology shorten time to market and improve final device reliability. It contributes to reduction of design expenses, and makes simulations of the design used for verification more reliable and accurate. Finally, the ICdevice/ MEMS-microsystem fabrication cost is also reduced.
Rozwój czujników, czujników półprzewodnikowych a następnie mikrosystemów następował nieprzerwanie od lat 70 ubiegłego wieku. Postęp w dziedzinie mikroczujników i mikrosystemów przyczynił się również do znacznego postępu w rozwoju komputerowych systemów pomiarowych, dla których te pierwsze były źródłami informacji on-line. W Instytucie Systemów Elektronicznych (ISE) Politechniki Warszawskiej (PW) rozwój ten następował również, chociaż jego skala i tempo była znacznie mniejsza niż w krajach o wysokim poziomie technologii. Artykuł przedstawia krótką informację nt. ewolucyjnych zmian zakresu prac badawczych w omawianej tematyce w Zakładzie Mikrosystemów i Systemów Pomiarowych ISE PW.
EN
The fast development of sensors, semiconductor sensors and microsystems has been noticed since beginning of 70 of last century. That process had also contribution to very intensive progress in computer based measurement systems because sensors and microsystems were on-line Information sources. These two types of development took place also in the Institute of Electronic Systems, Warsaw University of Technology although with smaller scale and with some time delay than In other countries of high technology. A short review of evolution changes of scientific topics in Microsystems and Measurement Systems Division, ISE PW are discussed in the paper.
18
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono cechy charakterystyczne systemów nanotribologicznych (w odróżnieniu od systemów makrotribologicznych). Omówiono techniki badawcze i urządzenia do badań nanotribologicznych. Zaprezentowano też podstawowe testy nanotribologiczne wraz z przykładami wyników badań. Przedstawiono także obszary badań nanotribologicznych i aktualne tendencje rozwojowe. Podane przykłady wykorzystania wyników badań nanotribologicznych.
EN
This paper presents the characteristic features of nanotribological systems (as a contrast to macrotribological systems). Experimental techniques and test devices for nanotribological studies are described. The principal nanotribological tests, together with the examples of results are discussed. The areas of nanotribological research are reviewed showing the actual trends. Some examples of the application of the results of nanotribological studies are given.
Tematem artykułu są nowoczesne metody projektowania mikrosystemów opartych na przepływach elektrokinetycznych, które coraz powszechniej stosowane są w medycynie, biotechnologiach czy chemii analitycznej. Autorzy koncentrują się nad przedstawieniem aspektów praktycznych metod projektowania, ułatwiajacych przewidzenie właściwości projektowanych mikrosystemów; rozważania poparte są rezultatami badań nad przykładowymi mikrosystemami. Artykuł ten jest podsumowaniem prac badawczych zawartych w rozprawie doktorskiej.
W artykule zwrócono uwagę na znaczenie krzemu i technologii krzemowej zarówno w rozwoju mikroelektroniki – a co za tym idzie – także informatyki, a także w rozwoju mikrosystemów (ang.: MEMS – Micro- Electromechanical System), gdzie łączy się elektronikę z mikromechaniką, oraz w rozwoju zminiaturyzowanych systemów do całkowitych analiz chemicznych (ang.: μTas – Micro Total Analysis System).
EN
In this paper, the role of silicon for development of computer technology is emphasized. It is noticed that Micro-System Technology (MST) as well as Technology of Micro Total Analysis System (μTAS) are also derived from silicon technology. Hence, the importance of silicon in many modern human activities is concluded.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.