reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
© AGH Przemysł elektroniczny | 23 maja 2018

Układy scalone z AGH w urządzeniach Rigaku Corporation

Akademia Górniczo-Hutnicza od lat współpracuje z japońską firmą i doskonali swoje umiejętności w zakresie projektowania układów scalonych, które znajdują zastosowanie w urządzeniach sprzedawanych na całym świecie.
Naukowcy z AGH od lat zajmują się projektowaniem układów scalonych dla potrzeb m.in. fizyki wysokich energii, obrazowania z wykorzystaniem promieniowania X oraz neurobiologii. Osiągnięcia w tej dziedzinie otworzyły naukowcom drogę do współpracy z japońską firmą Rigaku Corporation, która jest wiodącym producentem nowoczesnej aparatury do badania składu i struktury materiałów oraz kontroli jakości produktów z wykorzystaniem promieniowania X. W efekcie układy scalone projektowane na AGH znajdują zastosowanie w urządzeniach sprzedawanych na całym świecie, a ten ogromny sukces owocuje na wielu obszarach – czytamy w komunikacie AGH.


Zespół Mikroelektroniki z Wydziału Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Inżynierii Biomedycznej AGH


Mikroelektronika ze względu na zastosowanie wysoko zaawansowanych nanotechnologii, które umożliwiają niespotykaną dotąd miniaturyzację i funkcjonalność urządzeń elektronicznych, jest jedną z najbardziej dynamicznie rozwijających się dziedzin współczesnej nauki oraz zajmuje jedną z najwyższych pozycji w gospodarce światowej. Obszar jej zastosowań obejmuje nie tylko technikę, np. przemysł samochodowy, transport, energetykę, informatykę, telekomunikację, ale jest także obecna w medycynie czy inżynierii biomedycznej. Dyscyplina ta dynamicznie rozwija się również w AGH, gdzie badania nad projektowaniem układów scalonych prowadzi się na trzech wydziałach: Wydziale Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Inżynierii Biomedycznej, Wydziale Fizyki i Informatyki Stosowanej oraz Wydziale Informatyki, Elektroniki i Telekomunikacji. Jak wynika z raportu Europractice, która wspiera projektowanie i produkcję układów scalonych w Europie – AGH jest absolutnym liderem w projektowaniu układów scalonych wśród polskich uczelni.

Liczba projektów układów scalonych wysłanych do produkcji za pośrednictwem EUROPRACTICE:
  • AGH – 125 projektów,
  • Instytut Technologii Elektronowej w Warszawie – 53 projekty,
  • Politechnika Warszawska – 33 projekty,
  • Politechnika Gdańska – 12 projektów,
  • Politechnika Łódzka – 10 projektów.
(źródło: EUROPRACTICE Activity Report 2015)

Prace nad układami scalonymi na Wydziale Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Inżynierii Biomedycznej prowadzone są pod kierunkiem prof. dr. hab. inż. Pawła Grybosia. Zespół Mikroelektroniki z Katedry Metrologii i Elektroniki każdego roku wysyła do produkcji kilka projektów specjalizowanych układów scalonych, co stawia AGH na czołowej pozycji również w skali Europy Środkowo-Wschodniej. Naukowcom udało się opublikować na przestrzeni ostatnich dziesięciu lat ok. 300 artykułów, w tym ponad 90 w czasopismach z tzw. listy filadelfijskiej, zrealizować 15 projektów finansowanych z Narodowego Centrum Nauki oraz Narodowego Centrum Badań i Rozwoju, MNiSW, a także 12 projektów międzynarodowych, w tym 8 z partnerami przemysłowymi.

Jednym z ważnych obszarów działalności zespołu jest ponad 10-letnia współpraca z japońską firmą Rigaku Corporation, jedną z najważniejszych firm w skali światowej, specjalizującą się w produkcji wysokiej klasy sprzętu do potrzeb obrazowania z wykorzystaniem promieniowania X, m.in. w badaniach spektrometrycznych bądź w badaniach, których celem jest poznanie struktury materiałów. Taka aparatura znajduje szerokie zastosowanie m.in. w przemyśle farmaceutycznym, chemicznym, elektronicznym i motoryzacyjnym. Firma Rigaku Corporation działa nieprzerwanie od 1951 r., a jej główna siedziba znajduje się w Tokio. Firma zatrudnia ok. 1400 osób, które pracują w kilkunastu oddziałach na całym świecie m.in. w Japoni, Stanach Zjednoczonych i Europie, w tym również w Polsce we Wrocławiu, gdzie zlokalizowany jest oddział Rigaku Oxford Diffraction.

Naukowcy zaprojektowali dla Rigaku kilka generacji układów scalonych, np. ultra szybki układ scalony RG64 do odczytu paskowych detektorów krzemowych, czy też liczący ponad 25 milionów tranzystorów układ scalony PXD18k do szybkich pikselowych kamer promieniowania X. W oparciu o te układy scalone i ich kolejne generacje powstało kilka produktów o zasięgu światowym, m.in. HyPix-3000 – nowej generacji detektor pikselowy czy HyPix-6000HE – montowany w produktach zlokalizowanej we Wrocławiu firmy Rigaku Oxford Diffraction Poland.
Współpraca polsko-japońska rozpoczęła się od zaprojektowanego w 2007 r. na AGH układu scalonego RG64, który firma Rigaku Corporation montowała w modułach detekcyjnych D/tex Ultra wykorzystywanych w dyfraktometrach rentgenowskich. Układ scalony RG64 potrafił zliczać fotony najszybciej w stosunku do wszystkich układów, jakie były wówczas dostępne na świecie.

– Wprowadzenie na rynek układu RG64 do modułu D/tex Ultra skróciło czas pomiaru stukrotnie. Ponadto pozwoliło również na redukcję tła, bowiem układ ten ma możliwość wybierania fotonów o ściśle określonej energii. Część fotonów posiada inną energię – pochodzi z odbicia, procesów fluorescencji i stanowi po prostu niechciane tło – tłumaczy prof. Paweł Gryboś. – Tego typu projekty układów scalonych i badania prowadzimy również dla różnego rodzaju eksperymentów na synchrotronach w Europie Zachodniej, Stanach Zjednoczonych czy Japonii.

Kolejnym etapem współpracy było zaprojektowanie dla Rigaku Corporation struktury dwuwymiarowego hybrydowego detektora pikselowego. W założeniu chodziło o zaprojektowanie takiego czujnika, który byłby czuły na promieniowanie X, posiadałby bardzo dobra przestrzenną zdolność rozdzielczą w dwóch wymiarach i przy tym potrafiłby zliczać ile fotonów, np. o określonej energii, uderzyło w dany piksel. Ponadto ważnym kryterium była również szybkość jego pracy. Specyfika działania takiej kamery polega na tym, że pracuje ona w trybie zliczania pojedynczych fotonów, a nie w trybie integracyjnym, dzięki czemu uzyskuje się dokładniejsze zdjęcia. Przykładem mogą być zdjęcia rentgenowskie, na których można zaobserwować dużo wyraźniejszy kontrast bądź istotne detale, co może mieć istotne znaczenie np. w diagnostyce medycznej, prześwietlaniu bagaży na lotniskach, itp. W rezultacie współpracy AGH-Rigaku powstał układ scalony, który posiadał matrycę 18 tys. pikseli, przy rozmiarze pojedynczego piksela 100 x 100 mikrometrów.

Obecnie naukowcy pracują przede wszystkim nad generacjami układów scalonych, które np. mogłyby znaleźć zastosowanie w bardzo wymagających nowych eksperymentach synchrotronowych czy w obrazowaniu medycznym.

– Tego typu układy zaczynamy stosować również na różnego rodzaju synchrotronach. Przykładowo najszybsze stosowane układy na świecie tego typu potrafią robić zdjęcia z szybkością 20 tys. ramek na sekundę. Kiedy wykorzystamy nasze układy, możemy robić zdjęcia z szybkością trzykrotnie większą, a w określonych trybach pracy potrafimy rejestrować nawet 1 mln ramek na sekundę. Wtedy np. fizycy mogą obserwować lepiej różne procesy dynamiczne z wykorzystaniem promieniowania synchrotronowego – mówi prof. Paweł Gryboś. – Do różnego typu realizowanych projektów stosujemy bardzo zaawansowane technologie, np. technologie nanometryczne lub 3D, gdzie kilka warstw układu scalonego o różnej funkcjonalności oraz sensor łączymy wertykalnie. W takich układach piksele w czasie rzeczywistym komunikują się między sobą, a obrazy przed wysłaniem z matrycy pikseli kompresujemy. Obecnie obserwujemy również rozwój nowego kierunku badań, jakim jest kolorowe obrazowanie z wykorzystaniem promieniowania X. Jeżeli się uda, to w przyszłości znajdzie ono zastosowanie w medycynie. W przypadku promieniowania przechodzącego przez pacjenta widzimy nie tylko ile promieniowania przechodzi przez dany obszar, ale również w jaki sposób układają się energie przechodzącego promieniowania, co daje wgląd w środek danego obiektu. Na rynku są już obecne nowe generacje tomografów komputerowych, jednak póki co nie są dostępne w sprzedaży, a znajdują się w dużych instytutach amerykańskich do wstępnych badań klinicznych.

Efektem współpracy AGH-Rigaku Corporation jest kilka wspólnych międzynarodowych patentów, w tym m.in. amerykańskie i japońskie. Na bazie opracowanych i testowanych rozwiązań powstają wspólne artykuły naukowe. Na uwagę zasługuje również fakt, iż w materiałach o swoich produktach Rigaku Corporation umieszcza informację, kto zaprojektował układy scalone – co w przypadku dużych korporacji nie jest często spotykaną praktyką. Ponadto studenci i doktoranci z AGH mają możliwość odbywania praktyk w centrach badawczo-rozwojowych w Japonii.

Co więcej, liczne sukcesy wywołują efekt domina. Intensywny rozwój projektów z obszaru mikroelektroniki sprawił, iż w ostatnich latach pięciu naukowców z „grupy mikroelektroniki” uzyskało stopień doktora habilitowanego, a w 2014 roku udało m.in. uruchomić nowy kierunek studiów: Mikroelektronika w Technice i Medycynie.

– Rozwój branży wymaga, aby projektowane przez nas układy scalone wykorzystywane w różnych systemach pomiarowych były coraz dokładniejsze i coraz szybsze. Jednocześnie musimy mieć świadomość, że na każdym etapie prac poruszamy się w obszarze szalenie kosztownych technologii. Ze współpracy z Rigaku Corporation rodzą się pomysły na nowe projekty badawcze. Firmy znają realia biznesowe, wiedzą co będzie istotne za pięć lat, a w działalności badawczej ważne jest, aby zainwestować w taki obszar badań, który po kilku latach prac przyniesie efekty, nie tylko w formie publikacji, ale również wejścia powstałych na uczelni rozwiązań na rynki światowe – podsumowuje prof. Paweł Gryboś.

Źródło: © AGH

Komentarze

Zauważ proszę, że komentarze krytyczne są jak najbardziej pożądane, zachęcamy do ich zamieszczania i dalszej dyskusji. Jednak komentarze obraźliwe, rasistowskie czy homofobiczne nie są przez nas akceptowane. Tego typu komentarze będą przez nas usuwane.
reklama
reklama
Załaduj więcej newsów
October 15 2018 23:56 V11.6.0-2