Detail předmětu

Elektrotechnické materiály a výrobní procesy I

FEKT-BPC-EMV1Ak. rok: 2021/2022

Materiály v elektrotechnice - složení, struktura, výroba a použití. Dielektrické materiály - polarizace, ztráty, průraz. Plasty, sklo, keramika a sklokeramika - druhy, vlastnosti, zpracovatelské technologie. Kompozity. Kovy a odporové materiály – klasifikace, vlastnosti a zpracování. Polovodičové materiály - klasifikace, vlastnosti, fyzika a chování za rovnovážných a nerovnovážných podmínek. Rovnice kontinuity, elektrostatické řešení PN přechodu a jeho ideální VA charakteristika. Kontakt kov – polovodič usměrňující a neusměrňující. Popis MOS struktury. Výroba polovodičových materiálů a základních polovodičových struktur. Technologické kroky výroby integrovaných součástek.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

4

Garant předmětu

Ing. Ladislav Chladil, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav elektrotechnologie (UETE)

Výsledky učení předmětu

Student po absolvování předmětu:
- umí vysvětlit význam pojmů z fyzikálních základů vlastností dielektrických, vodivých, odporových, magnetických a polovodičových materiálů,
- umí zvolit vhodný elektrotechnický materiál pro vybranou aplikaci,
- zná klasifikaci, strukturu, složení a vlastnosti polovodičových materiálů,
- je schopen měřit základní vlastnosti elektrotechnických materiálů a obsluhovat vhodné měřicí přístroje a zařízení,
- umí popsat základní výrobní procesy v oblasti dielektrických materiálů, plastů, zpracování kovových materiálů, přípravy polovodičových materiálů, výroby základních polovodičových struktur

Prerekvizity

Předpokládají se znalosti z předmětu BPC-MPE - Materiály pro elektrotechniku
Práce v laboratoři je podmíněna platnou kvalifikací „pracovníka poučeného“ dle Vyhl. 50/1978 Sb., kterou musí studenti získat před zahájením výuky. Informace k této kvalifikaci jsou uvedeny ve Směrnici děkana Seznámení studentů s bezpečnostními předpisy.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Přednášky jsou vedeny s použitím PowerPointových prezentací jejichž součástí jsou animace a krátká videa. Laboratorní cvičení sestávají z 5 laboratorních úloh zaměřených na měření a posouzení vlastností elektrotechnicky významných materiálů. Cvičení jsou doprovázena otevřenou diskuzí se studenty nad tématy laboratorních úloh a jejich součástí jsou také praktické výpočty využitelné při návrhu elektrických obvodů.

Způsob a kritéria hodnocení

Účast na laboratorních cvičeních je povinná. Podmínkou udělení zápočtu je účast studenta na cvičeních a zpracování laboratorních úloh. Za soubor pěti zpracovaných laboratorních úloh lze získat maximálně 30 bodů. Semestrální zkouška se uskuteční v řádném zkouškovém období. Zkouška je písemná a skládá se z 7 otázek po 10 bodech.

Osnovy výuky

1. Úvod do elektrotechnických materiálů: stavba molekul, typy vazeb. Skupiny elektrotechnicky význačných materiálů. Dielektrika a izolanty: fyzikální podstata, 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.
10. Kinetika rekombinačního procesu. Elektrostatické řešení PN přechodu.
11. Ideální V-A charakteristika PN přechodu. Kontakt kov-polovodič. MOS struktura.
12. Výroba základních polovodičových materiálů. Příprava waferu. Epitaxní růst. Metody dotování polovodičových materiálů.
13. Technologické kroky výroby polovodičových struktur: oxidace, litografie, leptání, metalizace.

Učební cíle

Cílem předmětu je seznámit studenty se základními funkčními materiály určenými pro oblast výroby elektrických a elektronických zařízení.

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

Účast na laboratorních cvičeních je povinná.

Základní literatura

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)

Doporučená literatura

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

Elearning

eLearning: aktuální otevřený kurz

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program BPC-MET bakalářský 2 ročník, zimní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Ing. Josef Máca, Ph.D.
Ing. Ladislav Chladil, Ph.D.

Osnova

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.

Laboratorní cvičení

21 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Ladislav Chladil, Ph.D.
Ing. Josef Máca, Ph.D.

Osnova

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

Elearning

eLearning: aktuální otevřený kurz