Detail předmětu
Charakterizace polovodičových součástek
FEKT-BPC-CPSAk. rok: 2025/2026
Předmět je zaměřen na teoretickou i praktickou charakterizaci polovodičových součástek s využitím moderních měřicích metod a prostředí LabVIEW pro automatizaci měření, sběr dat a jejich vyhodnocení. Nedílnou součástí kurzu je modelování elektrických vlastností součástek, včetně základních SPICE modelů, analýza teplotních vlivů a zotavovacích jevů, a výpočet klíčových parametrů.
Důraz je kladen na zvládnutí základních principů měření, návrh a realizaci měřicích postupů, metrologické zajištění a správné vyhodnocení výsledků včetně odhadu nejistot měření dle doporučení GUM (Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement).
V praktické části se studenti postupně seznámí s připojením přístrojů, tvorbou měřicích aplikací v prostředí LabVIEW, zpracováním a interpretací naměřených dat a návrhem vlastních měřicích úloh. Laboratorní cvičení vedou studenty od základů automatizovaného měření a statistického vyhodnocení dat až po samostatný návrh a implementaci měřicí úlohy. Kurz je zakončen prezentací individuálního projektu, který propojuje teoretické i praktické poznatky z oblasti charakterizace polovodičových součástek.
Jazyk výuky
Počet kreditů
Garant předmětu
Zajišťuje ústav
Vstupní znalosti
Jsou požadovány základní znalosti fyziky, matematiky a elektrických obvodů. Povinnou prerekvizitou je absolvování předmětu BPC-ESO a BPC-EL1.
Práce v laboratoři je podmíněna platnou kvalifikací „osoby poučené“, kterou musí studenti získat před zahájením výuky. Informace k této kvalifikaci jsou uvedeny ve Směrnici děkana Seznámení studentů s bezpečnostními předpisy.
Pravidla hodnocení a ukončení předmětu
Podmínky zápočtu: absolvování měřených úloh a odevzdat vypracované protokoly v požadované kvalitě.
Podmínky zkoušky: prokázání znalostí z předmětu v písemné a ústní části zkoušky.
Bodové hodnocení (max. 100 bodů): max. 30 bodů za práci během semestru; max. 70 bodů za zkoušku. Závěrečná zkouška se skládá ze dvou částí (písemné a ústní) a je celkově hodnocena 70 body.
Učební cíle
Studijní opory
https://www.youtube.com/watch?v=P8y3tKJQadE
https://www.youtube.com/watch?v=joilU9m-sNk
https://ww2.mathworks.cn/en/videos/getting-started-with-matlab-1564521672719.html
https://ww2.mathworks.cn/en/videos/matlab-tools-for-test-and-measurement-81553.html
Základní literatura
Jennings, Richard. LabVIEW Graphical Programming. New York, N.Y., McGraw-Hill Education, 2020. (EN)
Vlach J., Havlíček J., Vlach M.: Začínáme s LabVIEW. Praha: BEN - technická literatura, 2008. ISBN 978-80-7300-245-9. (CS)
Zaplatílek K.: MATLAB® pro začínající uživatele. Knihovnicka.cz. Brno: Tribun EU, 2020. ISBN 978-80-263-1589-6. (CS)
Zařazení předmětu ve studijních plánech
- Program BPC-NCP bakalářský 2 ročník, letní semestr, povinný
Typ (způsob) výuky
Přednáška
Vyučující / Lektor
Osnova
Úvod do charakterizace a měřicích metod v polovodičové technice
Přehled elektrických charakteristik (VA, IV, CV), význam měření pro návrh a validaci součástek, typy součástek (diody, MOSFETy, BJT, struktury MIS), přehled metod a přístrojového vybavení.
Automatizované měření – úvod
Motivace pro automatizaci, přístupy k návrhu měřicí procedury, základní architektura měřicí sestavy, synchronizace, datový tok, úvod do struktury automatizovaného řízení.
Základy prostředí LabVIEW I – měření
Struktura prostředí LabVIEW, datový tok, smyčky, podprogramy (subVI), komunikace s přístroji (VISA, GPIB, USB), akvizice dat.
Základy prostředí LabVIEW II – zpracování a vizualizace dat
Základy zpracování měřených dat, tvorba GUI, filtrace, výpočty parametrů, export do souboru, prezentace výsledků.
Chyby a nejistoty měření – úvod do metrologie
Typy měřicích chyb (systematické, náhodné, kvantizační), přesnost, rozlišení, kalibrace, opakovatelnost, linearita, význam metrologických zásad.
Parametry polovodičových prvků a jejich fyzikální význam (včetně SPICE modelů)
Interpretace parametrů: prahové napětí, saturační proud, odpor, kapacity, zesílení. Struktura základních SPICE modelů (dioda, MOSFET), jejich využití při návrhu a simulaci.
Modelování diody – základní modely a extrakce parametrů
Analytické a numerické modely diody, vliv sériového odporu, saturace, difúzní a bariérové kapacity, použití dat z měření k nastavení modelu.
Vliv teploty na model diody a zotavení diody
Teplotní závislosti parametrů (Is, n), zotavení po přechodu mezi režimy, dynamické vlastnosti (reverse recovery time), implementace v modelu.
Modelování MOSFETu I – statické chování a parametry
Modelování pracovních režimů (lineární, saturace), prahové napětí, vodivost kanálu, parametrické vlivy (W/L, µ, Cox), základní SPICE modely (např. Shichman–Hodges).
Modelování MOSFETu II – pokročilé jevy
Zkracování kanálu, body effect, subthreshold režim, horké elektrony, výstupní odpor, kapacitní efekty. Základy BSIM modelu.
Nejistota měření – metodika výpočtu
Rozlišení nejistoty, kombinovaná nejistota, rozšířená nejistota, výpočet dle GUM (Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement), praktické příklady.
Počítání nejistot v praktických úlohách
Uplatnění výpočtů na konkrétní měřené úlohy z diod a MOSFETů – výpočet parametrů a jejich nejistot z VA charakteristik, použití dat získaných v LabVIEW.
Prezentace závěrečného projektu
Studenti prezentují návrh, realizaci a výsledky vlastní měřicí úlohy – zahrnuje použití LabVIEW, výpočet parametrů a jejich nejistoty, porovnání s modely.
Cvičení na počítači
Vyučující / Lektor
Osnova
Automatizované měření: Nastavení přístrojového systému a komunikace s PC;
Základy práce s LabVIEW: Proměnné, cykly, uložení dat;
Návrh a realizace měření odporu v prostředí LabVIEW: Opakované měření a statistika;
Návrh měření VA charakteristiky diody v prostředí LabVIEW;
Projekt: vlastní návrh měření parametru RDS(on) u MOSFET – část I;
Projekt: vlastní návrh měření parametru RDS(on) u MOSFET – část II.
Laboratorní cvičení
Vyučující / Lektor
Osnova
Automatizované měření: Nastavení přístrojového systému a komunikace s PC;
Základy práce s LabVIEW: Proměnné, cykly, uložení dat;
Návrh a realizace měření odporu v prostředí LabVIEW: Opakované měření a statistika;
Návrh měření VA charakteristiky diody v prostředí LabVIEW;
Projekt: vlastní návrh měření parametru RDS(on) u MOSFET – část I;
Projekt: vlastní návrh měření parametru RDS(on) u MOSFET – část II.