Detail předmětu
Elektrotechnické materiály a výrobní procesy I
FEKT-BPC-EMV1Ak. rok: 2025/2026
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
Zajišťuje ústav
Vstupní znalosti
Předpokládají se znalosti z předmětu BPC-MPE - Materiály pro elektrotechniku
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.
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
Účast na laboratorních cvičeních je povinná. Podmínkou udělení zápočtu je účast studenta na cvičeních, vypracování laboratorních úloh a získání minimálně 12 bodů z půlsemestrálních testů. Za soubor pěti zpracovaných laboratorních úloh lze získat maximálně 20 bodů. Půlsemestrální testy se uskuteční v 9. týdnu a ve 13. týdnu semestru. Závěrečná zkouška je ústní a lze za ni získat maximálně 60 bodů.
Učební cíle
Cílem předmětu je seznámit studenty se základními funkčními materiály určenými pro oblast výroby elektrických a elektronických zařízení.
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
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
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)
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)
Šavel J.: Materiály a technologie v elektronice a elektrotechnice. BEN - technická literatura Praha 1999 (CS)
Zařazení předmětu ve studijních plánech
- Program BPC-MET bakalářský 2 ročník, zimní semestr, povinný
Typ (způsob) výuky
Přednáška
26 hod., nepovinná
Vyučující / Lektor
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.
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
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 adsf
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 adsf