Course detail

Electrotechnical Materials and Production Processes I

FEKT-BKC-EMV1Acad. year: 2024/2025

Materials for electrotechnology - composition, structure, manufacturing and application. Dielectric materials - polarization, loss and breakdown. Plastics, glass, ceramic and glass ceramic - types, properties, processing technology. Composites materials. Metals and resistive materials - classification, properties and manufacturing.
Semiconductors materials - classification, properties, physics and behaviour at equilibrium and non-equilibrium conditions. Manufacturing of semiconductors materials and basic semiconductor structures. Technological steps for manufacturing of integrated components.

Language of instruction

Czech

Number of ECTS credits

4

Mode of study

Not applicable.

Guarantor

Ing. Ladislav Chladil, Ph.D.

Department

Department of Electrical and Electronic Technology (UETE)

Entry knowledge

Knowledge from subject BPC-MPE - "Materials for electrotechnics are supposed.

Rules for evaluation and completion of the course

Attendance of the laboratory practice is obligatory. Students can obtain up to 30 points for completion of five laboratory hands-on tasks. The final exam takes place during the standard examination period and the students can earn up to 70 points. The exam is written.
Attendance of the laboratory practice is obligatory.

Aims

The aim of the course is to acquaint the students with the fundamental functional materials that are used in manufacturing of electric and electronic devices.
The student after completion of the course:
- Can explain the basic phenomena and understand the physical fundamentals in relation to the area of dielectric, conductive, resistive, magnetic and semiconductor materials.
- Can choose an appropriate material for a specific application
- Is familiar with classification, internal structure, composition and properties of semiconductor materials
- Is able to measure basic material properties and operate appropriate measurement devices
- Can describe manufacturing processes of dielectric materials, plastics, metals, semiconductors and can describe the process steps of basic semiconductor structures

Study aids

Not applicable.

Prerequisites and corequisites

Not applicable.

Basic literature

Jirák J., Rozsívalová Z.: Elektrotechnické materiály a výrobní procesy - laboratorní cvičení. Elektronická skripta 2003 (CS)
Kazelle J. a kol.: Elektrotechnické materiály a výrobní procesy. Elektronická skripta 2015 (CS)

Recommended literature

Šavel J.: Materiály a technologie v elektronice a elektrotechnice. BEN - technická literatura Praha 1999 (CS)
Bouda, V., Hampl. J., Lipták,J.: Materials for electrotechnics. Vydavatelství ČVUT, Praha, 2000, 207 s. ISBN 80-01-02233-1. (CS)

Classification of course in study plans

  • Programme BKC-MET Bachelor's 2 year of study, winter semester, compulsory

Type of course unit

 

Lecture

26 hod., optionally

Teacher / Lecturer

Ing. Ladislav Chladil, Ph.D.

Syllabus

1. Úvod do elektrotechnických materiálů: stavba molekul, typy vazeb. Skupiny elektrotechnicky význačných materiálů. Dielektrika a izolanty: fyzikální podstata a rozdělení dielektrik.
2. Polarizace a permitivita, komplexní permitivita. Elektrická vodivost a konduktivita dielektrických materiálů. Dielektrické ztráty a ztrátový činitel. Dielektrika v silných elektrických polích.
3. Anorganická dielektrika: struktura a rozdělení. Azbest, slída a slídové výrobky. Sklo v elektrotechnice. Pravidla tvorby skel. Elektrické vlastnosti skel. Druhy skel.
4. Výroba a zpracování skla. Speciální skla. Elektrotechnická keramika. Silikátová keramika. Výroba a zpracování keramiky. Oxidová a bezkyslíkatá keramika.
5. Makromolekulární látky – vnitřní struktura, morfologie. Klasifikace plastů. Plasty pro elektrotechniku. Termoplasty. Reaktoplasty.
6. Plasty se zvýšenou tepelnou odolností. Elastomery. Výroba plastů. Úpravy plastů a plastikářské technologie.
7. Vodivé a odporové materiály. Kovové a oxidové supravodiče. Kovové materiály pro speciální aplikace. Konstrukční materiály. Tváření kovů. Výroba drátů a fólií.
8. Magnetické materiály – fyzikální podstata magnetismu, struktura a magnetické ztráty. Ferro- a ferri- magnetické materiály, Výroba magnetických materiálů.
9. Polovodičové materiály: fyzikální popis, klasifikace. Termodynamická rovnováha. Termodynamická nerovnováha. Rovnice kontinuity.
10. Kinetika rekombinačního procesu. Generace, rekombinace a doba života nosičů. Elektrostatické řešení PN přechodu.
11. Ideální V-A charakteristika PN přechodu. C-V charakteristika MOS struktury. Kontakt kov-polovodič.
12. Výroba základních polovodičových materiálů. Příprava waferu. Epitaxní růst. Metody dotování polovodičových materiálů.
13. Technologické kroky výroby polovodičových struktur: oxidace, litografie, leptání, metalizace.

Laboratory exercise

21 hod., compulsory

Teacher / Lecturer

Ing. Ladislav Chladil, Ph.D.

Syllabus

1. Modelování složek komplexní permitivity
2. Havriliakův - Negamiho diagram
3. a) Měření dielektrických vlastností keramického titaničitanu barnatého
b) Určení součinitele nelinearity keramického titaničitanu barnatého
4. Měření teplotní závislosti rezistivity polovodičového materiálu
5. Měření driftové pohyblivosti minoritních nosičů proudu impulsní metodou
6. Počítačové vytváření pásových modelů polovodičových materiálů