Obiettivi Formativi

Il Corso di MEMs si propone di fornire agli studenti le conoscenze di base relative allo sviluppo, caratterizzazione e impiego di microattuatori e microsensori. Vengono inoltre sviluppate competenze per l’interfacciamento di sensori nella realizzazione di sistemi di misura.

Learning Goals

The course deals with microelectromechanical systems as microactuators and microsensors. The final goal of the course, after acquiring the basic knowledge about MEMs development, characterization and employment, is to focus student skills on the development of sensor based measurement systems.

Metodi didattici

Congruentemente con gli obiettivi formativi, il corso è articolato in 36 ore di didattica frontale dedicata agli aspetti fondamentali dei MEMS e 24 ore di esercitazioni.

Teaching Methods

In line with the learning objectives, the course is divided into two main parts. The first part (36 hours) is dedicated to the fundamental aspects of MEMs, the second one (24 hours) is focused on exercises.

Prerequisiti

Conoscenze di base dei corsi di Elettronica 1 e Sistemi Elettronici.

Prerequisites

Basic knowledge of Electronics and microcontrollers.

Verifiche dell'apprendimento

L'esame finale consiste in una relazione riguardante un argomento a scelta del corso, concordato con il docente, e nella discussione orale su vari argomenti trattati durante il corso.

Assessment

The final examination consists in a talk on a topic, decided with the professor, and an oral discussion on different arguments focused on the course.

Programma del Corso

Tecnologie di fabbricazione basate sulla micro-lavorazione del silicio (micromachining): Bulk micromachining; surface micromachining; metodi epitassiali; electroplating; taglio wafer (dicing); wafer/wafer bonding, etching: attacchi wet e dry, isotropi e anisotropi. Microattuatori, microsensori, MEMS: Principi di attuazione meccanica e termica; strutture di attuazione e rivelazione; esempi applicativi di sensori inerziali, accelerometri, giroscopi, sensori di pressione, Risonatori SAW. Materiali sensibili: Ossidi metallici semiconduttivi nanostrutturati, nanotubi di carbonio Multi-walled e Single-walled, grafene, funzionalizzazione e meccanismi di risposta. Sensori: Parametri caratterizzanti: tempi di risposta e di recupero, sensibilità, selettività, ripetibilità, curva di calibrazione. Metodologie di caratterizzazione elettrica di sensori di gas, sensori chimici a risposta resistiva, Sensori QCM e SAW, cenni su dispositivi CHEMFET, Packaging: Tipi di package, die attach, saldatura dei fili, materiali, test di affidabilità del package. Circuiti di interfacciamento: Circuiti di interfaccia per sensori capacitivi e resistivi; esempi applicativi con sistemi embedded.

Course Syllabus

Micromachining Technologies: Bulk micromachining; surface micromachining, epitaxial process, electroplating, dicing, wafer/wafer bonding, etching: wet and dry, isotropic and anisotropic process. Microactuators, microsensors, MEMS: Mechanical and thermic actuation mechanisms, actuation and revelation structures, application examples of inertial sensors, accelerometers, gyroscopes, pressure sensors, SAW resonators. Sensing materials: Nanostructured metal oxides semiconductors, Multi-walled and Single-walled carbon nanotubes, graphene, functionalization and response mechanism. Sensors: Sensing parameters: response and recovery time, sensitivity, selectivity, repeatability, calibration curve. Techniques of electrical characterization of gas sensors. Resistive chemical sensor, Quartz Crystal Microbalance and Surface Acoustic Wave sensors, CHEMFETs. Packaging: Package standards and properties, die attach, wire bonding, package reliability tests. Circuit interfaces: Circuit interfaces for capacitive and resistive sensors, application examples with embedded systems.