Detail předmětu

Návrh vakuových soustav pro technologie v mikroelektronice

FEKT-BEPTAk. rok: 2015/2016

Absolvent předmětu získá základní znalosti z oblasti fyzikálních vlastností zředěného plynu, (zákony plynu, proudění plynu a mechanismus proudění). Předmět se zabývá návrhem vakuových soustav s ohledem na efektivitu čerpání a pořizovací cenu, výběrem vhodných materiálů, seznamuje s principy měření vakua. Absolventi si osvojí základní znalosti software pro návrh vakuových soustav VACTRAN. Seznámí se s principy technologických procesů probíhajících ve vakuu, nebo prostředí technických plynů (vakuové napařování, naprašování, iontové leptání a další). Dále se seznámí s konstrukcí technologických zařízení, pro tyto procesy v elektronice. V přednáškách bude uváděna anglická terminologie odborných výrazů.

Garant předmětu

doc. Ing. Josef Šandera, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav mikroelektroniky (UMEL)

Výsledky učení předmětu

Absolvent předmětu bude schopen:

- vyjmenovat základní jednotky tlaku a znát jeho převody
- definovat základní fyzikální vlastnosti zředěného plynu a vlastnosti při jeho proudění
- popsat fyzikální principy a konstrukce vakuových vývěv
- popsat fyzikální principy a konstrukce vakuometrů
- vybrat vhodné materiály s ohledem na používané vakuum
- vysvětlit co je to vakuové napařování a naprašovaní kdy se používá
- popsat konstrukci průmyslových zařízení pro vakuové napařování a naprašování
- spočítat a navrhnout jednoduchý vakuový obvod
- přehledově používat profesionální software VACTRAN
- používat základní anglickou terminologii

Prerekvizity

Jsou požadovány znalosti na úrovni středoškolského studia.

Doporučená nebo povinná literatura

Fikes,L.: Fyzika nízkých tlaků, SNTL, Praha, 1991. (CS)
Pátý,L.: Vakuová technika, ČVUT, Praha, 1990. (CS)
Grozskowski J.: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha, 1981 (CS)
V.Hulínský, K.Jurek: Zkoumání látek elektronovým paprskem, SNTL, Praha 1982 (CS)
J. F. O‘Hanlon: A User‘s Guide to Vacuum Technology, John Wiley & Sons Inc., Hoboken, New Jersey (EN)
A.Roth: Vacuum Technology, 1990 Elsevier Science B.V. 1990, ISBN 0 444 880100 (EN)
Jaroslav Boušek, Josef Šandera: Elektrovakuové přístroje a technika nízkých teplot, skriptum FEKT VUT, Brno 2003 Jaroslav Boušek, Josef Šandera: Elektrovakuové přístroje a technika nízkých teplot, skriptum FEKT VUT, Brno 2003 (CS)
Professional Engineering Computations - VacTran-Vacuum Technology Software, www.vactran.com (EN)
ŠANDERA, J.,BOUŠEK, J., KOSINA, P.:Návrh vakuových soustav pro technologie v mikroelektronice. Prezentace projektu KISP. Brno 2014

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování zahrnují přednášky, cvičení na počítači a laboratoře.

Způsob a kritéria hodnocení

Laboratorní cvičení - 23 bodů
Závěrečná zkouška - 77 bodů
(ústní a písemná zkouška)

Jazyk výuky

čeština

Osnovy výuky

1) Klasifikace vakua, plyn, pára, tlak a jednotky tlaku a přepočty, vlastnosti atomů a molekul plynu, zákony ideálního plynu, Boyle Mariottův , Gay Lussacův , stavová rovnice plynů, zákon Daltonův, důležité konstanty, povrchové napětí plynu.
2) Základy kinetické teorie plynů - plyn za nízkých a vysokých tlaků, částicový déšť , závislost tlaku na koncentraci a teplotě , střední volná dráha mol. plynu , Maxwel-Boltzmannovo rozložení rychlosti, objemové a transportní jevy - difuze, efuse, viskozita plynu, součinitelé přenosu za nízkých a vysokých tlaků.
3) Proudění plynu vakuovým potrubím - analogie s elektrickým proudem, objemový a hmotnostní proud plynu, odpor a vodivost potrubí, řazení potrubí, druhy proudění - turbulentní, viskózní, molekulární, efúzní
4) Povrchové procesy - sorpce, desorpce, vazební síly, monomolekulární a multimolekulární vrstvy, základní adsorpční isotermy, tlaky nasycených par, kapilární kondenzace
5) Ionizovaný plyn, pohyb elektronů v elektrickém a magnetickém poli, plazma a její vlastnosti
6) Mezní tlaky a čerpací rychlosti vývěv - čerpací rychlost její měření, časy potřebné k vyčerpání na žádaný tlak, mezní tlaky, vliv netěsnosti, getry, schematické značky
7)Teorie činnosti a konstrukce vývěv - parametry vývěv, transportní a sorpční vývěvy, rotační vývěvy, Rootsova vývěva, turbomolekulární vývěva. tryskové-ejektorové a difúzní vývěvy. Sorpční vývěvy, titanová sublimační a titanová výbojová vývěva, diodová a triodová iontová vývěva. Kryogenní vývěvy, kryosorpční - zeolitové vývěvy
8) Měření vakua - absolutní vakuometry - Torricelli trubice , U – trubice, McLeod, vakuoměry tepelné - termočlánkový a odporový (Piraniho). ionizační vakuoměry - výbojový ( Penningův), triodový ionizační, konstrukční provedení vakuometrů
9) Hledání netěsností. Konstrukce vakuových aparatur - materiály, provedení, průchodky, kohouty, ventily, těsnění, charakter průmyslových konstrukcí, pohyby, držáky ve vakuu, manipulace se substráty, materiály pro vakuum
10) Návrh vakuových soustav. Ekonomická kritéria, Specifika návrhu pro výzkum a pro sériovou výrobu, vlastnosti a schopnosti software VACTRAN
11) Technologické principy používané v elektronice a mikroelektronice – vakuové napařování, iontové naprašování, plazmové leptání a čistění
12) Průmyslové konstrukce technologických zařízení , pokovení plastů - výroba MP kondenzátorů, realizace kovových kontaktů, úprava povrchů.

Cíl

Získání znalostí potřebných pro porozumění moderním a perspektivním vakuovým výrobně technologickým procesům v elektronice, elektrotechnice, a ve strojírenství. Seznámení s používaným software (USA), pro návrh vakuových sestav.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Laboratorní cvičení, numerická cvičení, cvičení na počítači. Veškerá výuka je povinná. Řádně omluvené cvičení je možno nahradit po domluvě s vyučujícím (v průběhu semestru, výjimečně v zápočtovém týdnu).

Zařazení předmětu ve studijních plánech