Detail předmětu

Nedestruktivní diagnostika a fyzika dielektrik

FEKT-MNDDAk. rok: 2011/2012

Předmět podává přehled metod zabývajících se jednak lokalizací a popisem poruch a metodami jejich experimentálního sledování, jednak chováním dielektrik v elektrických polích a jejich aplikacemi. Hlavní pojmy: transportní a stochastické procesy, šumová nedestruktivní spektroskopie, nedestruktivní diagnostika, spolehlivostní testy, fyzikální podstata polarizace dielektrika, mechanismy polarizace na mikroskopické úrovni, matematicko-fyzikální popis dielektrické polarizace, přehled dielektrických systémů, současně používaných v elektrotechnice.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

5

Garant předmětu

doc. Ing. Vladimír Holcman, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav fyziky (UFYZ)

Výsledky učení předmětu

Po absolvování uvedeného kursu by posluchači měli umět rozlišit stacionární a nestacionární proces, rozumět fyzikálním mechanismům šumů a nadbytečného transportu nosičů a stanovit spolehlivostní parametry dané součástky. Dále by měli znát mikrofyzikální podstatu polarizačních procesů včetně jejich matematického popisu a na jejich základě vybírat nejvhodnější dielektrické a izolační materiály pro dané užití.

Prerekvizity

Jsou požadovány znalosti na úrovni bakalářského studia.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování závisejí na způsobu výuky a jsou popsány článkem 7 Studijního a zkušebního řádu VUT.

Způsob a kritéria hodnocení

Podmínky pro úspěšné ukončení předmětu stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.

Učební cíle

Předmět je směrován k popisu a výpočtu transportních, relaxačních a stochastických mechanismů v pevných látkách. Studenti se seznámí ze základními metodami analýzy spolehlivosti a degradace a se šumovou a dielektrickou spektroskopií.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.

Základní literatura

Ambrózy, A.: Electrical Noise, Budapest, Academia, 1982,
Artbauer, J., Šedovic J., Adamec,V.: Izolanty a izolácie, Bratislava, ALFA, 1969,
Böttcher, C. J. F., Bordewijk, P.: Theory of Electric Polarization, 2. ed., Amsterdam, Elsevier, 1978,
Bryknar, Z.: Fyzika dielektrik, Ediční středisko ČVUT, Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská, 1. vyd., Praha, 1983

Doporučená literatura

Havriliak, S. Jr., Havriliak, S. J: Dielectric and Mechanical Relaxation in Materials: Analysis, Interpretation and Application to Polymers, Hanser/Gardner Publications, Inc., Cincinnati & Carl Hanser Verlag, München, 1997
Hedvig, P.: Dielectric Spectroscopy of Polymers, Budapest, Akadmiai Kiadó & Adam Hilger, 1977,

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program EEKR-M magisterský navazující

    obor M-EEN , 1 ročník, letní semestr, teoretická nadstavba
    obor M-EVM , 1 ročník, letní semestr, teoretická nadstavba
    obor M-MEL , 1 ročník, letní semestr, teoretická nadstavba

  • Program EEKR-CZV celoživotní vzdělávání (není studentem)

    obor ET-CZV , 1 ročník, letní semestr, teoretická nadstavba

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Vladimír Holcman, Ph.D.
doc. Ing. Karel Liedermann, CSc.
prof. Ing. Pavel Koktavý, CSc. Ph.D.

Osnova

Typy poruch, povrchové a strukturní poruchy, metody lokalizace, poruchy destruktivní a nedestruktivní a jejich identifikace
Identifikace poruch z transportních charakteristik, V-A charakteristika v přímém a zpětném směru, nadbytečný proud, generačně-rekombinační proces, degradace
Fluktuační procesy, šumová spektrální výkonová hustota a její korelace s typem poruch, nf šum jako indikátor spolehlivosti a kvality, kvantifikace parametru lambda - střední doby do poruchy
Šumová spektrální hustota u polovodičových součástek, šum homogenních struktur, tenkovrstvových a tlustovstvových odporů
Částečné výboje a šum v izolantech a kondenzátorech
Šum polovodičových laserů, slitinových tranzistorů, tranzistorů se strukturou FET
RTS šum polovodičových diod s kvantovými jamkami a tečkami, teorie pro vypracování návrhu nedestruktivního diagnostického testu
Fenomenologický popis polarizace
Druhy relaxačních mechanismů v polymerech, sklech a keramických soustavách
Matematické metody pro vyhodnocování dielektrických dat
Procesy degradace a jejich sledování dielektrickými metodami
Hlavní druhy dielektrických materiálů
Hlavní oblasti použití dielektrických materiálů a kritéria výběru dielektrik pro jednotlivé aplikace

Cvičení odborného základu

13 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Pavel Koktavý, CSc. Ph.D.
Ing. Tomáš Trčka, Ph.D.
doc. Ing. Karel Liedermann, CSc.
doc. Ing. Vladimír Holcman, Ph.D.

Osnova

Základní matematické prostředky pro popis fluktuačních a transportních jevů, stacionarita a ergodicita, momenty v časové a pravděpodobnostní rovině, korelační funkce, šumová spektrální hustota
Výpočty šumů v jednotlivých obvodových prvcích, průchod šumu elektronickou soustavou
Diagnostické nástroje - velikost souborů a věrohodnost výsledků, určení druhu šumu, výpočet nadbytečného proudu, výpočet parametrů spolehlivosti
Dipólové momenty základních strukturních jednotek (vazeb, molekul) a jejich výpočty, polarizovatelnost alfa v případě atomové a dipólové polarizace
Výpočet lokálního pole a přechody do ferroelektrického stavu, výpočtypermitivity materiálů z jejich struktury
Transformace z časové domény do frekvenční a naopak, Debyeův model, výpočet hustoty rozdělení relaxačních dob analyticky i pomocí počítače, Hamonova aproximace, fitování
Iontové polarizace a výpočet iontové polarizovatelnosti

Laboratorní cvičení

13 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Vladimír Holcman, Ph.D.
doc. Ing. Karel Liedermann, CSc.
Ing. Tomáš Trčka, Ph.D.

Osnova

Praktické měření V-A charakteristik polovodičových prvků a zjišťování jejich parametrů a nadbytečného proudu
Měření spektrální hustoty fluktuačního procesu analogovou a číslicovou metodou
Rozbor typů šumů z experimentálně zjištěných průběhů
Experimentální stanovení dipólového momentu nitrobenzénu
Měření nabíjecích a vybíjecích proudů dielektrik a transformace výsledků do frekvenční oblasti pomocí Hamonovy aproximace
Měření frekvenčních a teplotních závislostí komplexní permitivity a analýza výsledků, stanovení aktivační energie a míry kooperativity relaxačního procesu