Detail předmětu

Výroba polovodičových součástek a struktur

FEKT-MPC-VSKAk. rok: 2025/2026

Tento předmět se soustředí na základní fyzikální principy polovodičů a pokrývá kompletní spektrum od návrhu až po výrobu těchto součástek. Detailně se věnuje vývoji polovodičových čipů, výrobě různých typů součástek a metodám jejich připojování. Hlavní pozornost je věnována diodám a tranzistorům, včetně rozboru problémů spojených s jejich výrobou. Vysvětlení problematiky zahrnuje jednotlivé výrobní kroky a jevy, které mohou během výrobního procesu nastat. Laboratorní cvičení poskytují studentům praktické znalosti o tom, jak se vytváří struktura polovodičových součástek a jak fungují. Studenti tak získají ucelený pohled na technologické procesy využívané v polovodičových technologiích. 

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

6

Garant předmětu

Ing. Imrich Gablech, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav mikroelektroniky (UMEL)

Vstupní znalosti

Jsou požadovány znalosti z fyziky a polovodičové techniky na úrovni bakalářského studia. Práce v laboratoři je podmíněna platnou kvalifikací „osoby znalé pro samostatnou činnost“, 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 pro ukončení předmětu jsou stanoveny předpisem vydaným garantem předmětu. 

  • 30 bodů – laboratorní cvičení
  • 70 bodů – závěrečná zkouška 

Pro úspešné ukončení předmetu musí student získat minimálně 50 % bodů z každé hodnocené části.

Teoretické cvičení – výpočty časů oxidace, difuze a hloubky polovodičového přechodu.
Laboratorní cvičení – výroba polovodičového čipu v čistých laboratořích CF Nano a zpracování protokolů.

 

Učební cíle

Cílem předmětu je poskytnout studentům základní znalosti o polovodičové technologii, od fyzikálních vlastností polovodičů, přes principy fungování polovodičových součástek, až po jejich výrobu a využití. V teoretické části se studenti seznámí s fyzikálními principy a vlastnostmi polovodičů a základy fungování polovodičových součástek. Praktická část předmětu cílí na rozvoj základních znalostí a dovedností pro výrobu a práci s polovodiči v čistých laboratořích, což studentům umožní zapojit se do výzkumných, vývojových a výrobních projektů a případně pokračovat ve vědeckých činnostech.

Po absolvování předmětu student:

  • rozumí základům funkce polovodičových součástek a umí popsat jejich použití,
  • zná základní principy výroby polovodičových součástek,
  • zná jednotlivé postupy výroby základních polovodičových součástek a je schopen je aplikovat na experimentální práci v laboratoři VUT,
  • získá základní povědomí o práci v čistých prostorech a dovednosti pro práci v nich,
  • je schopen se uplatnit ve výrobních, servisních a návrhových institucích v oblasti polovodičových součástek. 

Základní literatura

DIVENTRA M., EVOY S., HEFLIN J. R.: Introduction to Nanoscale Science and Technology. Kluwer Academic Publishers, Boston 2004 (EN)
I. Szendiuch, V. Musil, J. Stehlík. Výroba součástek a konstrukčních prvků. Elektronický studijní text. 2006. 84 str., VUT FEKT Brno. Brno: VUT Brno, 2006. s. 1 ( s.) (CS)
MUSIL, V. a kol.: Výroba součástek a konstrukčních prvků. Nanotechnologie. Prezentace projektu KISP. VUT v Brně, 2015 (CS)
POOLE,C.P.(JR). -OWENS, F.J.: Introduction to Nanotechnology, Wiley Interscience, 2003 ISBN:0-471-07935-9 (EN)
STRAKOŠ, V.: Výroba součástek a konstrukčních prvků. Prezentace projektu KISP, VUT v Brně, 2015 (CS) (CS)
SZENDIUCH, I. a kol. Technologie elektronických obvodů a systémů. GA102/00/ 0969. GA102/00/ 0969. Brno: Nakladatelství VUTIUM, Brno, 2002. 289 s. ISBN: 80-214-2072- 3. (CS)
YING J. Y.: Nanostructured Materials. Academic Press, San Diego 2001 STREETMAN, B.G. –BANERJEE, S.K.: Solid state electronic devices. Prentice Hall, 2010, ISBN 978-0-13-245479-7 (EN)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program MPC-NCP magisterský navazující 1 ročník, zimní semestr, povinný
  • Program MPC-MEL magisterský navazující 2 ročník, zimní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

39 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Ing. Imrich Gablech, Ph.D.

Osnova

    • 1. Úvod do polovodičů
      • Základní fyzikální principy
      • Přechody PN a kov-polovodič
      • Diody, BJT, JFET, MOSFET 
    • 2. Substráty pro výrobu polovodičů
      • Výroba substrátů a jejich využití
      • Ge, Si, GaAs, GaN a SiC 
      • Vlastnosti
    • 3. Oxidace a epitaxní vrstvy
      • Metody přípravy SiO2 a Si
      • Integrita oxidu
    • 4. Litografické metody
      • Principy
      • Fotorezisty a typy masek
      • Kontakní a bezkontaktní
      • Limity rozlišení
    • 5. Dopování polovodičů
      • Difuze
      • Implantace
    • 6. PVD techniky pro přípravu tenkých vrstev a jejich vlastnosti
      • Techniky napařování a naprašování
      • Metalizace
      • Elektromigrace
    • 7. CVD techniky pro přípravu tenkých vrstev a jejich vlastnosti
      • Základní CVD techniky a plasmou asistované techniky
      • Mechanické vlastnosti
      • Elektrické vlastnosti
    • 8. Leptací procesy
      • Suché a mokré leptací techniky
      • Povrchové a objemové mikroobrábění
      • Selektivita
    • 9. Fyzikální metody pro zobrazování a zjišťování vlastností tenkých vrstev a substrátů
      • Topografie a vzhled povrchů
      • Materiálové analýzy
    • 10. Vytváření layoutu pro výrobu
      • Pravidla
      • ESD ochrana
      • HW ochrana
    • 11. Vybrané výrobní postupy polovodičových struktur
      • Klasické integrované obvody 
      • Moderní integrované obvody
      • MEMS a senzory
    • 12. Testování a propojování polovodičových součástek
      • IV charakteristiky
      • Testování pevnosti dielektrických vrstev

Laboratorní cvičení

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Imrich Gablech, Ph.D.

Osnova

  • 1. Organizace předmětu a bezpečnost v čistých prostorech.
  • 2. Teorie oxidace a difuze - numerické cvičení.
  • 3. Kvalifikace pro vstup do čistých prostor - test.
  • 4. Vstupní seznámení s čistými prostory.
  • 5. Práce s fotorezistem,  spincoating, UV osvit a vyvolávání, měření tloušťky fotorezistu.
  • 6. Mokré leptání tvrdé masky pro difuzi, měření tloušťky oxidy.
  • 7. Oxidace a mokré leptání oxidu pro prokovy.
  • 8. Metalizace pomocí vakuových technik, metoda lift-off. 
  • 9. Suché leptání metalizace, přímý laserový osvit, realizace vlastního motivu.
  • 10. Inspekce čipů pomocí SEM, základní elektrická charakterizace vyrobených čipů.