Detail předmětu

Diagnostické metody v elektrotechnice

FEKT-MDMEAk. rok: 2015/2016

Organizace zkušebnictví v ČR a v EU. Diagnostické metody pro stanovení vlastností a parametrů elektroizolačních materiálů a systémů. Diagnostické metody pro stanovení vlastností polovodičových desek a struktur, kontaminace a poruch polovodičových materiálů. Diagnostické metody založené na využití elektronových svazků pro stanovení struktury a složení materiálů. Zpracování a vyhodnocení naměřených údajů.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

6

Garant předmětu

doc. Ing. Josef Jirák, CSc.

Zajišťuje ústav

Ústav elektrotechnologie (UETE)

Výsledky učení předmětu

Po absolvování předmětu je student schopen:
- popsat teoretické základy elektrických a fyzikálních diagnostických metod používaných pro stanovení vlastností, parametrů, struktur a složení elektrotechnických materiálů,
- vysvětlit obecné základy postupů zpracování a vyhodnocení naměřených údajů,
- popsat organizaci zkušebnictví a certifikace v České republice a v Evropské unii,
- definovat legislativní požadavky v oblasti metrologie,
- orientovat se v diagnostických metodách a navrhnout použití vhodné metody pro konkrétní aplikaci, včetně jednoduché interpretace získaných informací.

Prerekvizity

Znalost elektrotechnických materiálů na úrovni bakalářského předmětu Diagnostika a zkušebnictví.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování zahrnují přednášky, numerická a laboratorní cvičení. Předmět využívá e-learning. Student odevzdává jeden samostatný projekt.

Způsob a kritéria hodnocení

až 40 bodů v průběhu semestru (10 bodů za laboratorní cvičení a 30 bodů za samostatnou práci a její prezentaci)
až 60 bodů za písemnou závěrečnou zkoušku
Zkouška je zaměřena na ověření znalostí a orientaci v oblasti diagnostických metod a organizaci zkušebnictví.

Osnovy výuky

Diagnostika a zkušebnictví. Organizace zkušebnictví a certifikace v ČR a v Evropské unii. Přehled diagnostických metod.
Diagnostické metody pro stanovení vlastností elektroizolačních materiálů a systémů ve stejnosměrném elektrickém poli.
Diagnostické metody pro stanovení vlastností elektroizolačních materiálů a systémů v elektrickém poli při 50 Hz a při vysokém napětí.
Diagnostické metody pro stanovení vlastností elektroizolačních materiálů a systémů v elektrickém poli při středních a vysokých kmitočtech.
Diagnostické metody spojené se stanovením vlivu provozních podmínek na vlastnosti materiálů.
Diagnostické metody pro stanovení elektrických vlastností polovodičových desek a struktur. Měření rezistivity, čtyřbodové metody, metoda odporu šíření, stanovení koncentračních profilů. Metody založené na vyhodnocení C-V charakteristik.
Diagnostické metody pro stanovení kontaminace a poruch v polovodičových materiálech. Mikroskopické techniky, metody AFM, AES, ESCA, SIMS.
Diagnostické metody založené na interakci elektronů s pevnou látkou. Elektronová optika, rozlišovací schopnost, hloubka ostrosti. Rozptyl, difúze elektronů.
Diagnostické metody založené na interakci elektronů s pevnou látkou. Emise elektronů a rentgenového záření. Zpětně odražené a sekundární elektrony.
Diagnostické metody založené na interakci elektronů s pevnou látkou. Detekce a zpracování signálů, zobrazení pomocí zpětně odražených a sekundárních elektronů.
Diagnostické metody založené na interakci elektronů s pevnou látkou. Difrakční metody pro analýzu krystalové struktury. Prvková analýza.
Statistická analýza jednorozměrných dat. Výběrové charakteristiky. Bodový a intervalový odhad parametrů normálního, exponenciálního a Weibullova rozdělení.

Učební cíle

Cílem předmětu je seznámit studenty s teorií diagnostických metod používaných pro stanovení vlastností a parametrů elektroizolačních a polovodičových materiálů a struktur, s teoretickými základy metod vycházejících z využití elektronového svazku pro stanovení struktury a složení materiálových soustav jakož i se základy zpracování a vyhodnocení naměřených údajů.

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

Povinná účast ve výuce.

Základní literatura

Frank,L., Král,J.: Metody analýzy povrchů. Iontové, sondové a speciální metody. Academia, Praha,2002 (CS)
OĆonnor, D.J. and others: Surface Analysis Methods in Materials Science. Springer Berlin 2003. ISBN0931-5195 (EN)
Reimer,L.:Scanning electron microscopy,Springer Verlag Berlin,2005 (EN)
Van Zant, P.: Microchip fabrication. Fourth edition. McGraw-Hill Publication. New York, 2000. (EN)

Doporučená literatura

Mentlík, V., Pihera, J. a kol.: Diagnostika elektrických zařízení. BEN 2008, ISBN 978-80-7300-2 (CS)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program EEKR-M1 magisterský navazující

    obor M1-EVM , 2 ročník, zimní semestr, povinný

  • Program EEKR-M magisterský navazující

    obor M-EVM , 2 ročník, zimní semestr, povinný

  • Program EEKR-CZV celoživotní vzdělávání (není studentem)

    obor ET-CZV , 1 ročník, zimní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

39 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Ing. Martin Frk, Ph.D.
doc. Ing. Josef Jirák, CSc.

Osnova

Diagnostika a zkušebnictví. Organizace zkušebnictví a certifikace v ČR a v Evropské unii. Přehled diagnostických metod.
Diagnostické metody pro stanovení vlastností elektroizolačních materiálů a systémů ve stejnosměrném elektrickém poli.
Diagnostické metody pro stanovení vlastností elektroizolačních materiálů a systémů v elektrickém poli při 50 Hz a při vysokém napětí.
Diagnostické metody pro stanovení vlastností elektroizolačních materiálů a systémů v elektrickém poli při středních a vysokých kmitočtech.
Diagnostické metody spojené se stanovením vlivu provozních podmínek na vlastnosti materiálů.
Diagnostické metody pro stanovení elektrických vlastností polovodičových desek a struktur. Měření rezistivity, čtyřbodové metody, metoda odporu šíření, stanovení koncentračních profilů. Metody založené na vyhodnocení C-V charakteristik.
Diagnostické metody pro stanovení kontaminace a poruch v polovodičových materiálech. Mikroskopické techniky, metody AFM, AES, ESCA, SIMS.
Diagnostické metody založené na interakci elektronů s pevnou látkou. Elektronová optika, rozlišovací schopnost, hloubka ostrosti. Rozptyl, difúze elektronů.
Diagnostické metody založené na interakci elektronů s pevnou látkou. Emise elektronů a rentgenového záření. Zpětně odražené a sekundární elektrony.
Diagnostické metody založené na interakci elektronů s pevnou látkou. Detekce a zpracování signálů, zobrazení pomocí zpětně odražených a sekundárních elektronů.
Diagnostické metody založené na interakci elektronů s pevnou látkou. Difrakční metody pro analýzu krystalové struktury. Prvková analýza.
Statistická analýza jednorozměrných dat. Výběrové charakteristiky. Bodový a intervalový odhad parametrů normálního, exponenciálního a Weibullova rozdělení.
Testování statistických hypotéz. Testy na identifikaci hrubých chyb. Dixonův test, Grubsův test. Testy shody výběrových rozdělení. Chí-kvadrát test. Kolgomorův test.Testy shody nebo rozdílu dvou veličin.

Cvičení na počítači

10 hod., povinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Josef Jirák, CSc.

Osnova

Simulace drah elektronů v pevné látce a v plynném prostředí.
Simulace drah elektronů v elektrostatickém poli.
Simulace drah elektronů v elektrostatickém a elektromagnetickém poli.
Bodový a intervalový odhad parametrů normálního, exponenciálního a Weibullova rozdělení.
Testování statistických hypotéz.

Laboratorní cvičení

12 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Martin Frk, Ph.D.
doc. Ing. Josef Jirák, CSc.

Osnova

Diagnostika elektroizolačních materiálů a systémů na základě vyhodnocení absorpčních charakteristik.
Diagnostika elektroizolačních materiálů a systémů na základě vyhodnocení složek komplexní permitivity při kmitočtu 50 Hz a při vysokém napětí.
Diagnostika elektroizolačních materiálů a systémů na základě vyhodnocení složek komplexní permitivity při středních a vysokých kmitočtech.
Rastrovací elektronová mikroskopie, sledování vzorků jednotlivými typy detektorů, vyhodnocení získaných informací.
Práce na rentgenovém mikroanalyzátoru. Kvalitativní vyhodnocení spekter.