Detail předmětu

Vakuová technika

FEKT-MPC-VAFAk. rok: 2025/2026

Plyn, pára tlak. Kinetická teorie plynů. Objemové a transportní jevy, difuze, viskozita plynu. Proudění plynu vakuovým potrubím. Povrchové procesy, adsospce, desorpce.
Teorie činnosti vývěv. Transportní vývěvy. Sorpční vývěvy.
Měření vakua, tepelné vakouměry, ionizační vakouměry. Zásady konstrukce vakuových aparatur. Technologické procesy ve vakuu.
Přístroje založené na řízení trajektorie nabitých částic. Přístroje využívající výboje v plynu. Elektronické obvody pro elektrovakuové přístroje.
Přístroje založené na měření makroskopických a mikroskopických vlastností plynu.
Přístroje založené na použití kryogenní techniky.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

6

Garant předmětu

prof. Ing. Jaroslav Boušek, CSc.

Zajišťuje ústav

Ústav mikroelektroniky (UMEL)

Vstupní znalosti

Jsou požadovány znalosti 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

Laboratorní cvičení - 30 bodů; minimum 20 bodů.
Aktivní účast ve výuce - 10 bodů.
Závěrečná zkouška - 60 bodů; minimum 30 bodů.
Laboratorní cvičení. Numerická cvičení.

Učební cíle

Získání znalostí potřebných pro porozumění moderním a perspektivním vakuovým výrobně technologickým procesům v elektronice, elektrotechnice, a ve strojírenství.
Na základě ověření znalosti studenta ve cvičeních odborného základu, v laboratorní výuce a při písemné zkoušce je student po absolvování předmětu schopen :

Interpretovat zákony ideálního plynu: Boyle Mariottův, Gay Lussacův a Daltonův.
Odvodit a interpretovat stavovou rovnici plynů.
Odvodit ze stavové rovnice plynů číselnou hodnotu univerzální plynové konstanty, Avogadrova čísla a Boltzmanovy konstanty.
Odvodit ze stavové rovnice plynů závislost tlaku na koncentraci plynu a teplotě.
Definovat podmínky pro modelování procesů v plynech pomocí kinetické teorie plynů.
Vypočítat počet částic dopadajících ve vakuu na jednotku plochy za jednotku času.
Vypočítat střední volnou dráhu částic v plynu a diskutovat její vliv na průběh vakuových procesů.
Definovat a vysvětlit Maxwel-Boltzmannovo rozložení rychlosti částic v plynu.
Vypočítat střední, efektivní (střední kvadratickou) a pravděpodobnou rychlost částic v plynu.
Popsat objemové a transportní jevy v plynu - difúzi částic, viskozitu plynu a tepelnou vodivost plynu.
Popsat a diskutovat povrchové procesy ve vakuu.
Definovat a vysvětlit základní adsorpční izotermy – Langmuirovu, Henryho a izotermu BET.
Definovat tlak nasycené páry a diskutovat mechanismy spojené s tlakem nasycených par.
Definovat odpor a vodivost vakuového potrubí.
Definovat mechanismy proudění plynu vakuovým potrubím.
Vypočítat a změřit vodivost vakuového potrubí pro jednotlivé druhy proudění.
Definovat jmenovitou a efektivní čerpací rychlost vývěvy.
Definovat rovnici kontinuity a interpretovat její význam při čerpání vakuových aparatur.
Popsat procesy a mechanismy, které se uplatňují při čerpání vakuových aparatur.
Popsat a diskutovat ovlivnění čerpacího procesu netěsnostmi a desorpcí.
Vypočítat mezní tlak vakuové aparatury.
Vypočítat potřebnou čerpací rychlost vývěvy s ohledem na uspořádání aparatury.
Vypočítat čas potřebný k vyčerpání na žádaný tlak.
Změřit čerpací rychlost vývěvy metodou konstantního tlaku a metodou konstantního objemu.
Popsat a vysvětlit činnost transportních vývěv.
Popsat a vysvětlit činnost sorpčních vývěv.
Definovat a vysvětlit metody měření vakua.
Popsat a vysvětlit princip tepelných vakuoměrů.
Popsat a vysvětlit princip ionizačních vakuoměrů.
Navrhnout a sestavit jednoduchou vakuovou aparaturu.
Popsat a diskutovat uspořádání vysokonapěťových zdrojů pro vakuovou techniku.
Popsat a diskutovat uspořádání vysokofrekvenční ch generatorů pro použití ve vakuové technice.
Popsat a vysvětlit metody měření velmi malých proudů pro elektrovakuová zařízení.
Popsat a vysvětlit metody oddělení potenciálu pro elektrovakuová zařízení.
Popsat a diskutovat příklady elektronických ochranných obvodů pro elektrovakuová zařízení .
Popsat a vysvětlit princip hmotnostních průtokoměrů.
Definovat a vysvětlit magnetické a elektrostatické vychylování.
Popsat a vysvětlit princip hmotnostních spektrometrů.
Popsat a vysvětlit princip elektronových mikroskopů.
Definovat supravodivost a vysvětlit využití supravodivosti .
Popsat a vysvětlit metody tepelné izolace.
Popsat a diskutovat funkci kryovývěv.
Definovat typy výbojů a uvést příklady jejich využití.
Definovat parametry plazmatu a vysvětlit jejich měření.
Popsat a diskutovat technologie katodového naprašování.
Popsat a diskutovat technologie plazmatické depozice z plynné faze.
Definovat technologie suchého leptání a uvést příklady jejich použití.

Studijní opory

Elektronická skripta, PDF-prezentace přednášek, videozáznamy přednášek, pracovní soubory v e-learningu, doporučená literatura.  

Základní literatura

Boušek J., Kosina P.: Vakuová technika MVAF, FEKT VUT V BRNĚ, elektronické skriptum
Fikes L. :Fyzika nízkých tlaků ,SNTL, Praha 1991 (CS)
Grozskowski J. :Technika vysokého vakua ,SNTL, Praha 1981 (CS)
Hata, D., M: Introduction to Vacuum Technology, Pearson; 1st edition, 2007, ISBN:978-0130450180 (CS)
Jousten, K.: Handbook of Vacuum Technology, Wiley, 2016, Print ISBN:9783527413386 ; Online ISBN:9783527688265 (CS)
Pátý L. : Vakuová technika ,ČVUT, Praha 1990 (CS)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program MPC-NCP magisterský navazující 1 ročník, zimní semestr, povinně volitelný
  • Program MPC-MEL magisterský navazující 1 ročník, zimní semestr, povinně volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Jaroslav Boušek, CSc.

Osnova

Plyn , pára , tlak a jednotky tlaku a přepočty
Zákony ideálního plynu z. Boyle Mariottův , Gay Lussacův, stavová rovnice plynů , Avogadrovo číslo , zákon Daltonův, další důležité konstanty.
Základy kinetické teorie plynů, částicový déšť , závislost tlaku na koncentraci a teplotě , střední volná dráha mol. plynu, Maxwel-Boltzmannovo rozložení rychlosti.
Objemové a transportní jevy difuze, viskozita plynu, tepelná vodivost plynu.
Proudění plynu vakuovým potrubím Ohmův zákon upravený pro vak. tech, objemový a hmotnostní proud plynu, odpor a vodivost potrubí, řazení potrubí, druhy proudění turbulentbní, viskózní, molekulární, efúzní.
Mezní tlaky a čerpací rychlosti vývěv čerpací rychlost a její měření, časy potřebné k vyčerpání na žádaný tlak, minimální tlaky, vliv netěsnosti.
Povrchové procesy adsospce , desorpce, monomolekulární a multimolekulární vrstvy, základní adsorpční isotermy, tlaky nasycených par.
Teorie činnosti vývěv, rozdělení vývěv. Procesy při čerpání,
Transportní vývěvy. Rotační vývěvy, Rotační olejová vývěva, Rootsova vývěva, turbomolekulárn vývěva. Tryskové-ejektorové a difúzní vývěvy.
Sorpční vývěvy, titanová sublimační a titanová výbojová vývěva, diodová a triodová iontová vývěva. Kryogenní a kryosorpční vývěvy, zeolitové vývěvy.
Měření vakua (absolutní a relativní), Torricelliho trubice, U-trubice. Vakuoměry tepelné - termočlánkový a odporový.
Ionizační vakuoměry. Výbojové vakuoměry se studenou katodou, Penningův vakuoměr, alfatron. Triodový ionizační vakuoměr, konstrukční provedení podle typu (Helmer-Hayward,Alpert-Bayard).
Zásady konstrukce vakuových aparatur. Technologické procesy ve vakuu.

Cvičení odborného základu

13 hod., povinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Jaroslav Boušek, CSc.

Osnova

Plyn , pára , tlak a jednotky tlaku a přepočty Zákony ideálního plynu. Základy kinetické teorie plynů ,závislost tlaku na koncentraci a teplotě.
Tepelná rychlost molekul plynu, Maxwel-Boltzmannovo rozložení rychlosti. Střední volná dráha mol. plynu. Objemové a transportní jevy difuze , viskozita plynu, tepelná vodivost plynu.
Proudění plynu vakuovým potrubím Ohmův zákon upravený pro vak. tech, objemový a hmotnostní proud plynu. Vodivost potrubí pro plyn, řazení potrubí, druhy proudění turbulentbní, viskózní, molekulární, efúzní.
Mezní tlaky a čerpací rychlosti vývěv čerpací rychlost a její měření, časy potřebné k vyčerpání na žádaný tlak, minimální tlaky, vliv netěsnosti.
Povrchové procesy adsospce , desorpce, monomolekulární a multimolekulární vrstvy, základní adsorpční isotermy, tlaky nasycených par.
Zásady konstrukce vakuových aparatur.

Laboratorní cvičení

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Jaroslav Boušek, CSc.

Osnova

Úvodní cvičení, seznámení s laboratoří.Bezpečnost práce ve vakuové technice.
Seznámení s čerpacími aparaturami v laboratoři.
Měření čerpací rychlosti vývěv.
Cejchování termočlánkového vakuoměru.
Měření vodivosti trubic.
Měření průtoku plynu, cejchování průtokoměru
Hledání netěsností