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

• 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.

• 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.

• 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.

• 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;
• ассоциативные принципы обработки информации, самоорганизация.

• 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.

• 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.

• 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.

• 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.

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.