Detail předmětu
Diagnostické metody v elektrotechnice
FEKT-MKC-DMEAk. rok: 2022/2023
Diagnostické metody pro stanovení vlastností a parametrů elektroizolačních materiálů a systémů. Mikroskopické, spektroskopické a difraktometrické diagnostické metody, fyzikální principy a použití. Diagnostické metody pro stanovení vlastností polovodičových desek a struktur, kontaminace a poruch polovodičových materiálů. Zpracování a vyhodnocení naměřených údajů.
Jazyk výuky
Počet kreditů
Garant předmětu
Zajišťuje ústav
Výsledky učení předmětu
- 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
Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody
Způsob a kritéria hodnocení
až 60 bodů za písemnou závěrečnou zkoušku
Zkouška je zaměřena na ověření znalostí a orientaci v oblasti diagnostických metod a organizaci zkušebnictví.
Osnovy výuky
1. Přehled metod optické mikroskopie. Geometrie a vady čoček. Objektiv a okulár. Charakteristické hodnoty optického mikroskopu. Mikroskopická pozorování.
2. Elektronová mikroskopie rastrovací a transmisní. Metody environmentální rastrovací elektronové mikroskopie. Zdroje elektronů, fyzikální vlastnosti elektronů, elektronová optika, vady elektromagnetických čoček, charakteristické hodnoty rastrovacího elektronového mikroskopu.
3. Diagnostické metody založené na interakci elektronů s pevnou látkou. Pružný nepružný rozptyl. Emise zpětně odražených a sekundárních elektronů, jejich detekce a využití v rastrovací elektronové mikroskopii. Metoda EBIC.
4. Spektroskopické metody a jejich přehled. Princip buzení spekter. Vznik charakteristického a spojitého rentgenového záření. Rentgenová spektrální mikroanalýza. Metody EDS a WDS.
5. Metody mikroskopie rastrujícím hrotem. Rastrovací tunelová mikroskopie a mikroskopie atomárních sil. Fyzikální principy. Možnosti využití v diagnostice fyzikálních vlastností materiálů.
6. Difrakce, difraktografie a difraktometrické metody. Rentgenové difrakční metody, elektronová a neutronová difraktografie.
7. Prášková rentgenová difrakční spektroskopie, teoretické předpoklady, aplikační rádius, instrumentace, interpretace difrakčního spektra, příprava vzorků
8. Diagnostické metody spojené se stanovením vlivu provozních a přepravních podmínek na vlastnosti materiálů.
9. Přehled diagnostických metod spojených s bezpečností elektrických předmětů.
10. Statistická analýza jednorozměrných dat. Výběrové charakteristiky. Bodový a intervalový odhad parametrů normálního a exponenciálního rozdělení.
11. Diagnostika, spolehlivost a zkušebnictví. Organizace zkušebnictví a certifikace v ČR. Základní pojmy technické diagnostiky, přehled diagnostických metod.
Učební cíle
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky
Základní literatura
Ifan Hughes, Thomas Hase; Measurements and their Uncertainties: A practical guide to modern error analysis; Oxford University Press; 2010 (CS)
Jirák, J., Havlíček, S., Rozsívalová, Z.: Diagnostika a zkušebnictví. Elektronické texty, Brno 2002. (CS)
Koblížek,V. Měření a kontrola v elektrotechnologii ČVUT Praha,1991. (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
Elearning
Zařazení předmětu ve studijních plánech
- Program MKC-EVM magisterský navazující 2 ročník, zimní semestr, povinný
Typ (způsob) výuky
Přednáška
Vyučující / Lektor
Osnova
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.
Laboratorní cvičení
Vyučující / Lektor
Osnova
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.
Elearning