báo cáo thu hoạch nhập môn kỹ thuật vi điện tử và công nghệ nano

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.07 MB, 22 trang )

Trang 1<div class="page_container" data-page="1">

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘITRƯỜNG VẬT LIỆU

KHOA VẬT LIỆU ĐIỆN TỬ VÀ LINH KIỆN

BÁO CÁO THU HOẠCH

NHẬP MÔN KỸ THUẬT VI ĐIỆN TỬ VÀ CÔNG NGHỆ NANO

Sinh viên: Vũ Đăng Dương MSSV: 20237817 Lớp: MS2-02 Nhóm: 6

Giảng viên: Phạm Hùng Vượng

Hà Nội tháng 1 năm 2024

</div>Trang 2<div class="page_container" data-page="2">

Mục lục

I.

Lý thuyết nhập môn kỹ thuật vi điện tử và công nghệ nano

1.1. Giới thiệu về kỹ thuật vi điện tử……….2

1.2. Điốt và phát quang………..2

1.3. Vật liệu từ và siêu dẫn……….5

1.4. Hệ thống cơ điện tử(MEMS)………...7

1.5. Công nghệ phịng sạch……….7

II.

Trồng răng thơng minh1. Giới thiệu và cấu tạo………9

</div>Trang 3<div class="page_container" data-page="3">

BÁO CÁO THU HOẠCH

IV.

Lý thuyết nhập môn kỹ thuật vi điện tử và công nghệ nano1.1 Giới thiệu về kỹ thuật vi điện tử

-Kỹ thuật vi điện tử là một lĩnh vực chuyên biệt dành riêng cho việc thiết kế và phát triển vi mạch.Sự khác biệt chính giữa kỹ thuật Vi điện tử và Điện tử là nó chỉ xử lý các bộ phận ở quy mô nhỏ hơn nhiều. -Công nghệ nano là lĩnh vực nghiên cứu trong đó đối tượng phải có ít nhất một chiều tính bằng nanomet (<100 nm).Trong khi Vật liệu nano là vật liệu có ít nhất một chiều tính bằng nanomet (<100 nm).Như vậy, Công nghệ nano là việc chế tạo các vật liệu nano này ở dạng phù hợp cho ứng dụng mong muốn như:

+ Tạo ra sự khác biệt về Cơ-Lý-Hóa +Tạo ra sự khác biệt của sản phẩm ứng dụng +Tạo ra sự thay đổi trong công nghệ +Tiết kiệm năng lượng và vật tư -Chế tạo Wafer silicon

+Nguyên liệu thô- Cốm silicon tinh khiết từ cát -> Nung và kéo tinh thể

->Phôi pha lê Si->Cắt thành tấm Si bằng cưa kim cương ->Sản phẩm cuối cùng sau khi đánh bóng được làm sạch sẽ và kiểm tra

-Quy trình chế tạo IC:

+Chế tạo wafer silicon-> Thiết kế vi mạch(IC design) -> Chế tạo vi mạch(IC fabrication) -> Sản phẩm vi mạch(IC products)

1.2 Điốt phát quang và ứng dụng

-Lịch sử phát triển của LED:

1927, Oleg Losev người đầu tiên chế tạo ra LED.

1952, Giáo sư Kurt Lechovec là người đầu tiên giải thích nguyên lý

hoạt động của LED.

1958, Rubin Braunstein và Egon Loebner đã chế tạo được LED phát

ánh sáng xanh lá cây.

1962, Nick Holonyak đã chế tạo được LED phát ánh sáng đỏ. 1964, IBM là công ty máy tính sử dụng LED trên máy tính. 1968, HP sử dụng LED trong máy tính tay.

1971, Jacques Pankove & Edward Miller phát minh ra LED phát ánh

sáng xanh da trời

2

</div>Trang 4<div class="page_container" data-page="4">

1972, M. George Crawford phát minh ra LED phát ánh sáng màu

1986, Walden C. Rhines & Herbert Maruska tại đại học Stafford

LED phát ánh sáng xanh da trời, tiền thân của LED ngày nay.

1993, Hiroshi Amano & Isamu Akaski chế tạo nuôi thành công đơn

tinh thể GaN để chế tạo LED phát quang ánh sáng xanh da trời có hiệu suất cao (Noble prize-2014).

2008, LED bắt đầu được sử dụng để chiếu sáng trong dân dụng.

-Sự khác nhau giữa Điốt và LED

Là một linh kiện bán dẫn cho

dòng điện đi theo một chiều LED là một loại điốt (phát quang) Năng lượng của điện tử trong vật

liệu chuyển hóa dưới dạng nhiệt

Năng lượng của điện tử chuyển

Thế đánh thủng ngược cao Thế đánh thủng ngược thấp Điện áp làm việc thấp < 1 V Điện áp làm việc > 1 V Sử dụng trong các mạch chỉnh

lưu, chuyển mạch, mạch kẹp….

Ứng dụng trong chiếu sáng, hiển thị

-Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của LED:

-Vật liệu chế tạo LED:

3

</div>Trang 5<div class="page_container" data-page="5">

+Vật liệu bán dẫn vô cơ +Vật liệu bán dẫn vô cơ pha tạp +Vật liệu hữu cơ(OLED)

Hiệu suất Cao hơn nguồn sáng truyền thống

Màu sắc Có thể phát ánh sáng có màu sắc theo mong muốn Kích thước Kích thước nhỏ (< 2 mm2)

Thời gian hồi đáp Bật sáng gần như ngay tức thì (< 1 ms) Điều khiển Dễ dàng điều khiển độ sáng, tối Thời gian sống 35,000 đến > 50,000 giờ

Nhiệt Tỏa nhiệt ít, khơng có bức xạ hông ngoại

</div>Trang 6<div class="page_container" data-page="6">

+Nhược điểm:

Quản lý nhiệt độ Phức tạp và tiêu tốn nhiều chi phí

Điện áp u cầu thế và dịng phù hợp, dịng một chiều Kích thước Kích thước nhỏ (< 2 mm )2

Phân bố ánh sáng Phân bố dạng lambertion >< dạng cầu Cường độ ánh sáng Ảnh hưởng tới mắt nếu chiếu hoặc nhìn trực

tiếp vảo LED

Ơ nhiễm ánh sáng Ô nhiễm ánh sáng xanh da trời nếu sử dụng

+Hợp kim:NdFeB, MnBi, Fe-Co, Alnico +Oxit: Hexaferrite (SrFe12O19)

Spinel ferrite (CoFe2O4) - Vật liệu từ tính cho ứng dụng cảm biến

</div>Trang 7<div class="page_container" data-page="7">

+ Thiết bị điện tử spin Fe, Co, Fe-Co, Bán kim loại

- Vật liệu từ tính để chuyển đổi năng lượng + Máy phát điện rung: Hợp kim

Fe-Ga, Terfenol-D + Sạc không dây:

Các tinh thể nano gốc Fe, NP ferrite Zin

- Vật liệu siêu dẫn dùng cho thiết bị và truyền tải điện + Đường truyền siêu dẫn: YBCO (>93K)

+ Hiệu ứng bay lên:

Tàu MagLev siêu dẫn ở Nhật Bản

+ Hệ thống phân phối thuốc nhắm mục tiêu từ tính

Sử dụng nam châm siêu dẫn:SmBaCuO và YBaCuO số lượng lớn - Chế tạo vật liệu

+ Hạt nano và dây điện (Tổng hợp hóa học)

6

</div>Trang 8<div class="page_container" data-page="8">

+ Thiết bị (Phòng sạch sẽ) + Phim mỏng (phun vãi)

+ Hợp kim số lượng lớn (Hồ quang tan chảy) - Thiết bị chuẩn bị mẫu

+ Hệ thống lò nung + Máy ép

+ Máy khuấy quy mô lớn

1.4 Hệ thống cơ điện tử (MEMS)

- MEMS (Micro-electromechanical sytems): là một hệ thống vi cơ điện tử được tích hợp từ các thành phàn cơ khí, cảm biến, bộ chấp hành và các mạch điện tử cùng nằm chung trên một lớp nền silicon thông qua công nghệ vi chế tạo.

-Vật liệu chế tạo: Silicon, polyme, kim loại, gốm sứ. -Vật liệu: Silicon, polyme, kim loại, gốm sứ.

+Bio-MEMS trong các công nghệ y tế và sức khoẻ như cảm biến sinh học, cảm biến hoá học, các thành phần nhúng của thiết bị y tế

1.5 Cơng nghệ phịng sạch

-Phòng sạch (cleanroom) là một phòng được xây dựng và sử dụng để giảm thiểu sự ra vào và lưu giữ các hạt trong khơng khí, đồng thời kiểm sốt các thơng số liên quan khác trong phịng như nhiệt độ, độ ẩm, áp suất khi cần thiết. Khi tất cả các yếu tố trong phòng đều được kiểm soát sẽ giúp hạn chế tối đa việc nhiễm khuẩn hoặc nhiễm chéo của sản phẩm

trong quá trình nghiên cứu, sản xuất đảm bảo vơ trùng. Hiện nay, phịng

sạch đang ngày càng phổ biến và được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực

như công nghiệp dược phẩm, thực phẩm, mỹ phẩm, công nghệ sinh học… các ngành yêu cầu về việc kiểm soát mức độ bụi và các thành phần trong khơng khí.

7

</div>Trang 9<div class="page_container" data-page="9">

(Phòng sạch tại ĐH Bách Khoa Hà Nội)

-Tiêu chuẩn phòng sạch là một trong những yêu cầu cần đáp ứng

đối với bất kỳ phòng sạch nào. Để được đánh giá là phòng sạch, cần đảm bảo thơng số về các yếu tố sau:

+Phịng sạch ngồi nhiệt độ và áp suất được điều chỉnh như các phịng điều hịa thơng thường thì cịn cần u cầu khắt khe hơn về áp suất, độ sạch và nhiễm chéo.

+Do khơng khí di chuyển từ nơi có áp suất cao về nơi có áp suất thấp nên việc kiểm sốt áp suất giúp ngăn ngừa khơng cho khơng khí, bụi, sinh vật… từ khu vực khác sang khu vực phòng sạch.

+Độ sạch của phòng được quyết định bởi số lần trao đổi gió và phin lọc. Số lần trao đổi gió càng lớn thì nồng độ hạt bụi càng giảm, giảm chất ô nhiễm sinh ra trong phịng. Do đó với mỗi cấp độ sạch khác nhau thì số lần trao đổi gió và phin lọc cũng khác nhau.

8

</div>Trang 10<div class="page_container" data-page="10">

+Đối với phịng sạch, nhiễm chéo là tiêu chí khá phức tạp và khó kiểm sốt bởi nó có thể do rất nhiều nguyên nhân gây ra cả từ bên trong và bên ngoài. Việc đặt ra tiêu chuẩn về nhiễm chéo giúp hạn chế tối đa các tạp chất, thành phần lạ xuất hiện sẽ phá hủy hoặc làm giảm chất lượng sản phẩm.

V.

Trồng răng thông minh1. Giới thiệu và cấu tạo1.1 Giới thiệu

-Bệnh quanh implant là tình trạng viêm ảnh hưởng đến các mô mềm và cứng xung quanh trụ implant. Tuy nhiên, các phương pháp phòng ngừa hiện tại là chưa đủ do hoạt tính sinh học trên implant nha khoa cịn hạn chế và sự tuân thủ của bệnh nhân kém. Gần đây, liệu pháp điều biến sinh học bằng quang học (PBM) có thể phục hồi và tái tạo mơ mềm quanh implant đã thu hút được sự chú ý đáng kể trong nha khoa. Trong bài báo này, một hệ thống cấy ghép nha khoa hỗ trợ chuyển động bằng miệng liền mạch của con người (được gọi là Cấy ghép Nha khoa Thơng minh hoặc SDI) được trình bày như một phương thức trị liệu PBM cấp cứu. SDI cho phép phân phối ánh sáng tại chỗ, được kích hoạt bằng cách thu năng lượng từ chuyển động miệng năng động của con người (nhai và đánh răng) thông qua mão răng áp điện được thiết kế, một mạch liên quan và điốt phát sáng vi mô (đèn LED). SDI cũng cung cấp đủ độ bền cơ học theo tiêu chuẩn lâm sàng. Sử dụng tế bào sừng nướu nguyên phát ở người (HGK) làm sinh vật chủ mẫu và Pseudomonas aeruginosa lipopolysacarit (LPS) làm chất kích thích viêm mơ hình, liệu pháp PBM qua trung gian SDI hiệu quả đã được chứng minh. Một loại cấy ghép nha khoa mới có thể là nền tảng trị liệu PBM cấp cứu để ngăn ngừa bệnh quanh implant mà không phụ thuộc vào bệnh nhân, đảm bảo cấy ghép nha khoa lâu dài.

- Cấy ghép implant là phương pháp phục hồi răng duy nhất có thể bảo tồn và kích thích sự phát triển xương tự nhiên. Phục hồi chức năng răng miệng bằng cấy ghép nha khoa cũng giúp phục hồi chức năng răng miệng và hình dạng khn mặt của bệnh nhân. Mặc dù cấy ghép nha khoa đã trở thành một thành phần đáng tin cậy và thường xuyên trong thực hành nha khoa hàng ngày, nhưng vẫn xảy ra thất bại. , dẫn đến cảm giác khó chịu, các cuộc phẫu thuật đau đớn và tốn kém cũng như nguy

9

</div>Trang 11<div class="page_container" data-page="11">

cơ suy giảm sức khỏe răng miệng nói chung. Đặc biệt, những người hút thuốc và bệnh nhân có tiền sử viêm nha chu mãn tính hoặc tiểu đường sẽ dễ bị tổn thương sớm hơn. thất bại. Thất bại trong cấy ghép nha khoa chủ yếu là do tính nhạy cảm của cấy ghép và bề mặt phục

hình được hỗ trợ bởi cấy ghép đối với sự xâm nhập của vi khuẩn (mảng bám răng) và tình trạng viêm mơ nướu (nướu) sau đó (bệnh quanh cấy ghép) (Hình 1a). Trong tình trạng răng miệng khỏe mạnh, các mơ nha chu bảo vệ môi trường xung quanh răng cấy ghép chống lại sự xâm nhập của vi khuẩn. Tuy nhiên, bề mặt xung quanh implant (biểu mô nối hoặc mô liền kề với trụ implant) đã được chứng minh là kém hiệu quả hơn răng tự nhiên trong việc chống lại sự xâm nhập của vi khuẩn. Sự liên kết sợi nướu bất thường và giảm nguồn cung cấp mạch máu ở mặt tiếp xúc làm cho mô quanh implant dễ bị tổn thương hơn trước bệnh lý quanh implant sau đó, dẫn đến mất implant nghiêm trọng . Ngoài ra, các vật liệu nha khoa hiện tại có hoạt tính sinh học hạn chế để ngăn ngừa bệnh quanh implant và phương pháp điều trị hiện tại, chẳng hạn như kiểm sốt mảng bám hoặc dụng cụ cơ học thơng thường, là không đủ do sự tuân thủ của bệnh nhân kém. Đã có nhiều nỗ lực nhằm ngăn ngừa hiệu quả bệnh quanh implant bằng cách kết hợp các phân tử kháng khuẩn trong thân răng phục hồi để giảm hoạt động của vi khuẩn. Tuy nhiên, sự mất dần dần thụ động của các yếu tố hoạt tính sinh học từ bề mặt vào môi trường xung quanh đã hạn chế việc áp dụng nó vào phịng khám. Do đó, cần phải có một cách tiếp cận chủ động có thể phục hồi và tái tạo mô mềm quanh vật chủ cấy ghép một cách hiệu quả chống lại sự xâm nhập của vi khuẩn. Trong số nhiều liệu pháp tái tạo mô, điều chế sinh học bằng ảnh (PBM)

1.2 Cấu tạo

a) liệu pháp điều chế quang học cấp cứu được kích hoạt bởi SDI duy trì sức khỏe răng miệng tổng thể, trong khi cấy ghép nha khoa thơng thường khơng có chức năng điều trị có thể gây ra các bệnh

răng miệng nghiêm trọng Ghi chú:-Smart Dental implant:trồng răng thông minh -Per Implant Diseases:viêm quanh vùng cấy ghép -Dental resin: nhựa nha khoa

10

</div>Trang 12<div class="page_container" data-page="12">

-BTNPs: hạt nano cảm ứng

-Micro LED/w circuitry: đèn cảm ứng

-Mix mode dental crown composite: chế độ trộn mão răng tổng hợp

-Peri implant mucositits: viêm niêm mạc quanh vùng cấy ghép

- Peri implant mucositits: viêm quanh vùng cấy ghép b) Sơ đồ lắp ráp SDI dựa trên thiết kế cấy ghép nha khoa được giữ

d,e) Ảnh SEM của vật liệu nha khoa được thiết kế: quá trình thiêu kết tạo ra vật liệu áp điện khối (tỷ lệ là 30 µm cho cả hai). Khoảng cách làm việc SEM lần lượt là 9,64 µm đối với (d) và 9,77 µm đối với (e). Độ phóng đại là 2500× cho (d) và 5000× cho (e). Chiều cao × chiều rộng ca trng l 82,9 ì 55,3 àm vi phõn giải (1536 × 1024 pixel2)

11

</div>Trang 13<div class="page_container" data-page="13">

f) Đặc tính Raman của BTNP cho thấy vật liệu nha khoa được thiết kế thực sự có tính áp điện: đỉnh nhọn ở 306 cm1 là dấu hiệu đặc trưng của mạng tứ giác, tức là áp điện.

Ở đây, chúng tơi trình bày một hệ thống cấy ghép nha khoa thông minh (gọi là SDI) để điều trị PBM cấp cứu tại chỗ, tăng cường khả năng miễn dịch của tế bào nướu chống lại các bệnh tiềm ẩn quanh implant mà không phụ thuộc vào bệnh nhân (Hình 1a). Hệ thống SDI của chúng tơi về cơ bản là một đối trọng của cấy ghép nha khoa thơng thường hiện có nhưng cho phép thu năng lượng và phân phối ánh sáng bằng cách sử dụng áp điện giữa độ mờ và độ trong suốt của SDI để hòa hợp với răng hiện có.

Một thành phần quan trọng khác của SDI là mạch quản lí năng lượng cho phép thu năng lượng(hình 1h). Chúng tơi đã thiết kế hai mạch khác nhau để hoạt động liên tục sóng (CW) và sóng xung (PW) vì các dạng sóng này có thể cho phép hiệu quả PBM duy nhất Đối với CW, chúng tôi

12

</div>Trang 14<div class="page_container" data-page="14">

đã sử dụng một bộ chỉnh lưu cầu tồn sóng tổn hao thấp và tụ điện lưu trữ (ví dụ: siêu tụ điện) chuyển đổi năng lượng điện AC thành DC đầu ra điện. PW được tạo ra bằng cách sử dụng một diode Schot-tky và một tụ điện. Một mạch thu nhỏ đã được chế tạo và được đặt giữa mão răng và trụ cầu (xem Vật liệu và Phương pháp thiết kế và chế tạo thiết bị điện tử). Ghi chú rằng phần dưới của mão răng được thiết kế để có khoảng trống cho mạch, cũng cho phép kết nối đáng kể với vi mô Đèn LED được đặt xung quanh các góc của mão răng.

2. Kết quả và nguyên lý

2.1. Nguyên lý nha khoa thông minh hỗ trợ chuyển động bằng miệng của con người Bộ cấy ghép (SDI)

Để hiện thực hóa hệ thống SDI của chúng tơi và đáp ứng tính khả thi về mặt lâm sàng, chúng tôi sử dụng thiết kế vương miện được giữ bằng vít, một trong những tiêu chuẩn lâm sàng. Nó bao gồm một trụ cấy ghép, một mão răng, mạch điện liên quan, đèn LED siêu nhỏ và vít bảo dưỡng (Hình 1b, c). Đáng chú ý, một thành phần quan trọng của SDI là một mão răng được chức năng hóa (tức là áp điện) cho thu hoạch năng lượng từ chuyển động miệng năng động của con người, chẳng hạn như nhai hoặc đánh răng. Trong nghiên cứu này, chúng tôi sử dụng bari titanate các hạt nano (BTNP) được sử dụng làm vật liệu áp điện, là một hạt nano sắt điện khơng chì và thích hợp cho y sinh ứng dụng.Vương miện được cấu tạo từ vật liệu tổng hợp hai pha (Hình 1c): sự phân tán của các hạt nano áp điện (0–3 tổng hợp; tức là BTNP 0 chiều được nhúng trong 3 chiều ma trận) và các thuộc tính vật liệu nha khoa truyền thống (1–3 composite; tức là trụ nhựa nha khoa 1 chiều được nhúng trong 3 chiều Hỗn hợp dựa trên BTNP). Chúng tôi chọn hỗn hợp hai pha bởi vì hỗn hợp 0–1 cung cấp các hạt nano áp điện chịu ảnh hưởng trực tiếp hơn với cơ chế sinh học miệng để có hiệu quả thu hoạch năng lượng, và hỗn hợp 1–3 theo phương pháp truyền thống vật liệu nha khoa cung cấp đủ độ bền cơ học dưới ứng suất cơ học do những chuyển động bằng miệng này (Hình 1c). Ngồi ra, Chúng tơi cịn tạo ra mão răng áp điện bằng cách thực hiện kỹ thuật in 3D ép đùn cho phép tùy chỉnh Sản xuất một thiết kế dành riêng cho bệnh nhân, phù hợp với giải phẫu đặc biệt của bệnh nhân (xem Vật liệu và Phươ ng pháp cho quá trình chế tạo chi tiết) (Hình 1d) hiển thị hình ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM) Của huyền phù keo BTNP và (Hình 1e) cho thấy hình thái bề mặt Của mão răng được hợp nhất bằng BTNP được in 3D Sau xử lý. Như đã thấy, quá trình hậu xử lý (tức là thiêu kết) đã biến đổi hiếm khi kết nối các BTNP thành một

13

</div>