Analóg és digitális IC-k tervezése
A specializáció egyik jelentős területe az integrált áramkörök és mikrorendszerek tervezése, vagyis az áramkörtervezés közvetlenül a félvezetőre. Ide tartozik a legyártott áramkörök bemérése, különböző alkalmazásokban való tesztelése is.
A specializáció hallgatói a tanszék és a Mentor Graphics cég által közösen létrehozott VLSI CAD laborban sajátítják el az integrált áramkör tervezés gyakorlatát. A labor a Mentor Graphics és a SoftMEMS cégek az iparban elterjedten használt tervezőrendszereivel is rendelkeznek.
A szakirányú képzés során a hallgatók két tárgy keretein belül heti négy órában ismerik meg az IC tervezés teljes spektrumát: az analóg áramkörök ASIC layout tervezésétől a cellás tervezésen át a hardver leíró nyelvi kódból automatikusan generált layoutig, valamint MEMS-ekig. A legsikeresebb terveket a tanszék legyártatja és a hallgatónak lehetősége van az általa tervezett áramkör bemérésére!
A tanszékünkön különböző analóg és digitális rádiófrekvenciás áramkörök tervezése és fejlesztése zajlik főleg WLAN, ZigBee, BlueTooth, 3G területeken való felhasználásra. Ezekbe a fejlesztésekbe szakdolgozat, illetve TDK útján is be lehet kapcsolódni.
Tervezés programozható eszközökkel
Tanszékünk az Ericssonnal közösen hozta létre a Komplex hardverfejlesző laboratóriumot. Itt elsősorban programozható mikroáramkörökkel, pl. FPGA-kkal, DSP-kkel, mikrokontrollerekkel foglalkozunk, komplex rendszerek megvalósítása céljából. A hallgatók itt az iparból érkező feladatokkal, kihívásokkal szembesülhetnek, és a tanszék tudományos hátterére támaszkodva piacképes tudást és gyakorlatot szerezhetnek.
Monolit integrált áramkörök
A tanszék további kutatási területe a monolit integrált áramkörök megvalósítása, mérése, fizikai és technológiai vizsgálata. A laboratóriumban alapvető integrált áramkörök, napelemek, valamint kémiai érzékelők elkészítése, gyártásellenőrzése és elektromos minősítése történik. A hallgatók a chip gyártásban használt technológiák alapvető lépéseit élményszerűen sajátíthatják el.
A hallgatók itt néhány fős csoportban dolgozhatnak. Egyrészt, mert a technológiai folyamatok tisztaszobában történnek, és ide nem fér be sok hallgató egyszerre. Másrészt így biztosítható, hogy mindenki saját kezűleg tudjon működő áramköröket készíteni.
Specializációnk hallgatói kicsi, kb. 4 fős csoportokban vehetnek részt monolit integrált áramkörök készítésében, melynek során elsajátítják az egyes technológiai lépéseket, valamint a az anyagparaméterek vizsgálati módszereit és az elektromos paraméterek mérését is. Ezáltal komplett képet kapnak a gyártás és ellenőrzés teljes folyamatáról.
Önálló laboros hallgatóink részt vesznek az egyes kutatási területek munkáiban. Lehetőségük nyílik a szenzorok (gáz, pára, hőmérséklet, nyomás és ionérzékelők) fejlesztésében részt venni és a tananyagon túlmutató tudásra szert tenni.
Napelemek
Tanszékünk Félvezető Technológiai laboratóriumában napelem-cellák kialakításával kapcsolatos kutatási-fejlesztési munkákat is végzünk. Főbb területeink:
- c-Si cellák előállítási technológiájának optimalizálása: alapanyag minősítő vizsgálatok, adalékolási beállítások, ARC anyagok, cellakészítés.
- c-Si cellák minősítése, összehasonlítása: U-I karakterisztikák felvétele saját fejlesztésű automata berendezéssel, spektrális válaszfüggvény felvétele, felületi inhomogenitások kimutatása érintésmentes SPV vizsgálattal.
- CIGS (Copper indium gallium selenide) cellák minősítése: SPV (Surface Photovoltage) felvétel, felületi potenciálok meghatározása rezgőkondenzátorral, felületi hibák kimutatása, fotofeszültség vizsgálata kontaktus nélküli rétegszerkezeteken.
- nanoszerkezetek és a c-Si napelem-cellák kapcsolatának vizsgálata, porózus Si felület előállítása.
- energiatermelés maximalizálásának kérdései: kéttengelyes forgató mechanizmus építése folyamatos kültéri vizsgálatok számára, optimális munkaponti terhelés folyamatos állítás, mérési adatgyűjtés folyamatos üzemmódban
- egyes demonstrációs berendezések építése a napenergia jelentőségének bemutatás céljából, pl. napelemes vízbontó és üzemanyagcella interaktív együttes bemutatása, forgatás szerepét bemutató modell.
MEMS érzékelők, beavatkozók tervezése és vizsgálata
A tanszék egy újabb kutatási területe a szilárdtest érzékelők, mikro-elektromechanikus rendszerek (MEMS), optoelektronikai eszközök tervezése és tesztelése. Ide tartoznak a modern gyorsulásérzékelők, giroszkópok, mikrolencsék, infravörös sugárzás és hőmérsékletmérők. Ezek a mikrorendszerek a napjaink legmodernebb szenzorrendszereinek alapjait képezik, melyek nélkül ma már elképzelhetetlen az autóipar, a repüléstechnika és a szórakoztató elektronikai eszközök működése. Segítségükkel megvalósítható a környezetünkben lejátszódó fizikai folyamatok pontos megfigyelése. Egyik főbb R&D irányzatunk a MEMS-ek és analóg CMOS áramkörök közös szilícium hordozón történő megvalósítása, mely által megalkotható egy olyan komplex rendszer ahol egyetlen chip-ben valósul meg a kiértékelő és feldolgozó elektronika, valamint az érzékelő.
Az ilyen multifizikai rendszerek tervezése nem csupán egy összetettebb, magasabb szintű szemléletet követel meg, hanem tisztában kell lenni a különböző fizikai területek közötti kapcsolattal, vagyis az elektromechanikus, termoelektromos csatolásokkal is. Továbbá az analitikus számítások mellett előzetes szimulációkat is végre kell hajtani, melyhez az ANSYS szimulációs környezetét használjuk, amellyel lehetőség van a csatolt fizikai folyamatok mellett áramlástani, elektromágneses és dinamikai analíziseket is végezni.
Félvezető és MEMS eszközök termikus vizsgálata
A tanszék 1996-ban hozta létre a Termikus laboratóriumot. Az itt indult kutatás-fejlesztési munkák számos eredménye mára beépült a professzionális termikus méréstechnika műszereibe. Az elmúlt tizenöt évben kifejlesztett és tökéletesített mérési módszerek eredményeit a félvezetőipar nagyvállalatai az eszközök termikus tervezése során rutinszerűen hasznosítják, ami a nemzetközi projektek révén a tanszéket folyamatosan a félvezetőipar vérkeringésében tartja.
Az eszközök termikus gerjesztésre adott válaszának vizsgálata a mikroelektronika számos területén hasznosnak bizonyul. Az így nyert információkból roncsolásmentes úton kaphatunk képet az eszköz belső szerkezetéről, annak hibáiról, az eszközben kialakuló mechanikus feszültségekről stb. A kapott adatok egy adott integrált áramkör termikus tervezésénél is közvetlenül hasznosulnak. Utóbbi fontosságát szemlélteti, hogy a modern digitális rendszerek meghibásodásának fő oka termikus problémákra vezethető vissza (egy mai modern processzor alig 2 cm2 felületéről 300 W hőteljesítményt kell elvezetni!).
A lehetőségek köre azonban túlmutat az integrált áramkörök vizsgálatán: a laborban nagyteljesítményű LED-ek, organikus LED-ek, MEMS és mikrofluidikai eszközök vizsgálata és tervezése és tesztelése is zajlik.
Lab-on-a-Chip eszközök és mikrohűtőrendszerek
A tanszék mikrofluidikai kutatásai a termikus területen meglévő tudásanyagot különböző multidiszciplináris ismeretekkel (orvosbiológia, mikroszenzorika, áramlástan) egyesíti. A laboratóriumunkban PhD és MSc hallgatók által tervezett mikrofluidikai chipeket részben a Tanszéken, részben a Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Kutatóintézetben (MFA) gyártják.
Az utóbbi évben a tanszéki laboratóriumban például mikrofluidikai áramlásmérő szenzort, mikrohűtőbordát, illetve úgynevezett hidrodinamikai fókuszáló chipet fejlesztettünk ki. Utóbbi felhasználásával hallgatóink vörösvértest-számláló automatát készítettek. A pályamunkát a National Instruments első díjjal jutalmazta országos fejlesztő versenyén. Új kutatási irányunk a droplet mikroreaktor alapú eszközök fejlesztése. Az ilyen eszközök pár száz nanoliter mintából képesek pl. kórokozók kimutatására. A mikrofluidikai fejlesztésekben több, mint egy tucat villamosmérnök és egészségügyi mérnök hallgató dolgozik. Munkájukat diplomadíjjal, TDK illetve országos versenyek első helyeivel ismerték el.
A fejlesztések másik fő irányvonala az integrált áramkörök és System-on-Package eszközök hűtési hatásfokát növelő mikrométerű hűtőrendszer fejlesztése, melynek során csatornákat alakítunk ki az integrált áramköri hordozón hátoldalában. A kialakított csatornákon keresztül áramoltatott közeg (levegő, folyadék,…), növeli a hővezetést a környezet felé, így javítva a félvezető eszközök hőátadását. Az eljárás alkalmazásával lehetővé válik az integrált áramkörök integrált termikus menedzsmentje is. A kutató-fejlesztő munkába folyamatosan kapcsolódnak be MSc és PhD hallgatóink is.