معرفی گرایش ادوات میکرو و نانو الکترونیک (افزاره – ادوات – دیوایس یا نیمه هادی)

این گرایش یکی از پیشرو ترین دانش های حال حاضر جهان است .

دانشجو در این گرایش به طور کلی با حالت اتمی و مولوکولی مواد نیمه هادی و … آشنا شده و از طرفی به فراگیری مکانیک کوانتومی همچنین الکترونیک نوری می پردازد . هدف از این دروس ایجاد دانش پایه ای در زمینه بیس مواد مختلف و آگاهی از ویژگی های آنها برای ساخت قطعات و ادوات نیمه هادی از جمله انواع دیودها ترانزیستور ها سنسورها ، ادوات نوری یا تولید لیزر ،ابررساناها و … می باشد .

به علت ماهیت فیزیکی دروس ( که گاهی برای تشویق بیشتر ، اساتید این دروس سختگیری نمره هم ندارند و این امتیازی برای معدل هم محسوب می شود مخصوصا برای دانشجویانی که این دروس را به شکل اختیاری از دو گرایش دیگر بر می دارند ) بسیاری افراد رقبت چندانی برای ورود به این گرایش از خود نشان نمی دهند . ما هم توصیه می کنیم در صورت شناخت کافی و عدم علاقه وارد این رشته یا هر رشته ای نشوید .

شاید بتوان گفت این گرایش  مهمترین گرایش رشته الکترونیک در خارج از کشور است . هر چند ما در ایران دستگاه تولید ادوات را داریم ولی راه اندازی آن به علت پاره ای مسائل در هاله ای از ابهام قرار گرفته اما این گرایش شاید به نوعی در کشورهای پیشروی صنعتی حرف اول را در رشته الکترونیک می زند .

از واحد های تحقیقی و تخصصی این گرایش بحث لیزر و الکترونیک نوریست . این شاخه در تولید انواع لیزر ها ، فیبر ها و ادوات نوری مثل LED  ها ، ادوات و سنسور های حساس به مادون قرمز یا هر طیف نوری دیگری ، دتکتورهای باند باریک برای آشکارسازی تک فرکانس (که بسیار گران است) یا باند پهن و … بکار می رود .

بحث ادوات نوری مبحثی وسیع است . به طور مثال می توان به روش های افزایش توان و کاهش تلفات این ادوات و یا لیزرها و فیبر های نوری ، زاویه تابش آنها ، ویژگی های مواد در ساخت فیبر و ادوات نوری و … اشاره کرد .

از دروس مهم این گرایش کوانتوم الکترونیک است . در این درس مکانیک کوانتومی بررسی شده سپس با استفاده از خواص و نتایج این شاخه مدرن فیزیک (که خود عامل تولد مهندسی الکترونیک بوده است) به بررسی قطعات با استفاده از خواص کوانتومی پرداخته می شود .

به فرض مثال ترانزیستور های تک الکترونی و گیت های و در نهایت رایانه های کونتومی و …

در کوانتوم نمی توان موقعیت و سرعت ذره را همزمان با هر دقت دلخواه محاسبه کرد . این پدیده باعث فرض ابر الکترونی دور هسته می شود یعنی الکترون همزمان همه جای مدار گردشی خود به دور هسته با احتمال های مختلف حضور دارد . چنین مفهومی درک دیجیتال را به عنوان صفر یا یک به هم می ریزد . صفر و یک در واقع به معنای بودن یا نبودن است . حضور یا عدم حضور قطعی . اما معمولا در کوانتوم قطعیتی وجود ندارد . این ریاضیات و دانش به تولید گیتها و ترانزیستور های کوانتومی و در نهایت رایانه هایی منتهی می شود که این منطق را در هم می شکند و به جای 0 و 1 مقادیر بین این دو را هم در نظر می گیرد . این کامپیوتر های عجیب و جنجالی فعلا در ابتدای راهند .

نوع دیگری رایانه که مشابه سیستم مغز انسان کار می کند هم در حال ساخت و بررسیست که به موضوع هوش مصنوعی بر می گردد . به طور مثال رایانه با سیستم نرون های عصبی ، تولید اخیر شرکت IBM . 

از دیگر عجایب دنیای کوانتوم بحث در هم تنیدگی است . فرض کنید در یک منبع نوری دو فوتون در هم تنیده شوند . حال اگر یکی از این فوتون ها را به آنسوی کهکشان برده دیگری را در آزمایشگاه نگه داریم و به فرض مثال عملی روی یکی از این دو انجام دهیم بلافاصله فوتون دیگر نیز واکنش مشابه نشان می دهد  !!!!!!!!!!!!!!!

این واکنش خارق العاده آنی است یعنی اگر میلیاردها سال نوری هم فاصله بین این دو باشد آنها به همدیگر پاسخ آنی (بیش از سرعت نور) می دهند . این آزمایش در چند ده کیلومتری پاسخ داده و اگر به حالت صنعتی برسد یکی از عجایب تاریخی به وقوع می پیوندد . به گفته کارشناسان این صنعت جدید در صورت تولید و بهره برداری همپایه سه جهش اساسی بشر (کشف کشاورزی – کشف الکترون – اختراع اینترنت) به عنوان جهش چهارم لقب خواهد گرفت .

تبادل  انی  اطلاعات ین دو فوتون (در حالت کلی دو سیستم ) بدون امکان هیچ نوع شنودی در بین راه . یعنی مخابراتی که سرعت نور را در می نوردد و به هیچ عنوان کشف و شنود نخواهد شد . و یا ابزار های کنترلی از راه دور با چنین ویژگی جنجال برانگیزی .

این بحث موضوع مخابرات مدرن می باشد که در کوانتوم الکترونیک بررسی اجمالی می شود .

از زمینه های دیگر این گرایش می توان به تولید انواع ابررساناها اشاره کرد .

ابرسانایی خاصیتی در هادی هاست که بدون صرف انرژی و یا اتلاف توان ، برق در مسیر ابررسانا جریان می یابد . این ویژگی در دماهای بسیار پایین اتفاق می افتد اما رساندن به دماهای بالاتر و دمای اتاق مورد نظر می باشد .

دنیای جنجالی MEMS (سامانه های میکروالکترومکانیک)

MicroElectroMechanical Systems

این شاخه حاصل تلفیق مکانیک و الکترونیک در ابعاد نانو و میکرو می باشد و مبحث آن پیاده سازی ابزار های الکترونیکی دارای قطعات مکانیکی متحرک و مجهز به هوش مصنوعی ، سنسور ها و محرک ها بر روی تراشه های سیلیکونی با استفاده از فناوری میکرونی می باشد .

در واقع این شاخه جدید که در گرایش ادوات بررسی می شود به ساخت روباتها و سنسور های هوشمند در ابعاد نانو می پردازد .

به زبان دیگر ساخت تراشه هایی که بازو ها و قطعات مکانیکی متحرک در ابعاد نانو دارند .

کشورهای صنعتی پیشرو به این شاخه اهمیت فراوانی می دهند زیرا باعث افزایش سرعت و کاهش حجم در صنعت می شود .

فرض کنید روباتی وجود دارد که به خون تزریق شده و ویروس ایدز یا سلول های سرطانی را از طریق هوش مصنوعی تشخیص و نابود می کند . بدون ایجاد مزاحمت برای سلول های سالم . این باکتری مصنوعی می تواند جایگزین روشهای شیمی درمانی شود .

یا روباتهایی که می توانند فرایند فتوسنتز را شبیه سازی کنند و به شکل گرد در خیابانها و معابر پاشیده شده و باعث تهویه هوا شوند و هزاران کاربرد دیگر .

به عنوان مثالی کاربردی می توان تولید سنسور های شتابسنج را نام برد که در ایربک اتوموبیل استفاده می شود . این سنسور قیمتی بسیار پایینتر در عین حال سرعت واکنشی به مراتب بالاتر نسبت به مدل قدیمی که قطعه ای ماکروست را دارد . این اختراع به سرعت جایگزین روش های قبلی شده است .

این شاخه در صنایع نظامی و موشکی ، پزشکی ، خودروسازی ، لوازم خانگی و … کاربرد دارد .

در حال حاضر MEMS سالانه % 50 رشد اقتصادی دارد .

جمع بندی

گرایش ادوات گرچه در ایران در بین داوطلبان خواهان کمتری دارد ولی در اصل گرایشی پیشرو در جهان است . دروس این گرایش بیشتر مایل به فیزیک حالت جامد با مسائل خاص خودش می باشد .

بازار کار این گرایش در جهان احتمالا حرف اول را در صنعت الکترونیک می زند اما در ایران باید توجه داشت بازار کار اصولا به معلومات لیسانس کفایت می کند مگر در موارد خاص . در این حالت معمولا گرایش های آنالوگ و دیجیتال کمی پر طرفدارتر هستند هرچند با گذراندن تعداد محدودی درس کاربردی آن گرایش ها در این گرایش خاص یا فراگیری خارج درس می توان این نقص را برطرف کرد .

تحصیل در گرایش ادوات به معنای محروم شدن از دروس دیجیتالی نیست . می توان واحد یا واحد هایی از گرایش دیجیتال یا آنالوگ (یا رشته های دیگر) را نیز به عنوان اختیاری گذراند  .

=======================================

دروس گرایش ادوات ارائه شده در دانشگاه صنعتی شریف :

دروس جبرانی ( 3 واحد در صورت نیاز) :

• اصول ادوات حالت جامد یا فیزیک الکترونیک

دروس اجباری (12 واحد) :

• تئوری و تکنولوژی ساخت قطعات الکترونیک
• مکانیک کوانتومی کاربردی
• فیزیک حالت جامد پیشرفته
• ادوات حالت جامد پیشرفته

سمینار (2 واحد)

پایان نامه (6 واحد)

دروس اختیاری (12 واحد) :

• مدار مجتمع نوری
• اصول ابررسانایی
• کوانتوم الکترونیک مهندسی
• مدار مجتمع نوری 2
• الکترونیک نوری
• تکنولوژی و کاربرد لیزر
• ادوات ابررسانا
• مشخصه یابی مواد و ادوات نیمه هادی
• ساخت ادوات نیمه هادی نوری
• بلور های فوتونی
• حداکثر دو درس از سایر گرایش های مهندسی برق به پیشنهاد استاد راهنما

توجه » 

پایان نامه در دوره آموزش محور با دروس اختیاری جایگزین می شود .

برای جزییات بیشتر و دریافت سرفصلهای تصویب شده دروس ارشد و دکترای این گرایش و سایر رشته ها و همچنین ریز سرفصل و توضیحات هر واحد تخصصی به قسمت آبی رنگ دانلودهای این لینک مراجع فرمایید .

معرفی،موقعیت های شغلی،برنامه و سرفصل دروس … – برق ارشد