Detail předmětu

Elektrotechnické materiály a výrobní procesy I

FEKT-BPC-EMV1Ak. rok: 2019/2020

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.

Výsledky učení předmětu

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

Prerekvizity

Předpokládají se znalosti z předmětu BPC-MPE - Materiály pro elektrotechniku Práce v laboratoři je podmíněna platnou kvalifikací „pracovníka poučeného“ dle Vyhl. 50/1978 Sb., kterou musí studenti získat před zahájením výuky. Informace k této kvalifikaci jsou uvedeny ve Směrnici děkana Seznámení studentů s bezpečnostními předpisy.

Doporučená nebo povinná literatura

Kazelle J. a kol.: Elektrotechnické materiály a výrobní procesy. Elektronická skripta 2015 (CS)
Jirák J., Rozsívalová Z.: Elektrotechnické materiály a výrobní procesy - laboratorní cvičení. Elektronická skripta 2003 (CS)
Šavel J.: Materiály a technologie v elektronice a elektrotechnice. BEN - technická literatura Praha 1999 (CS)
Bouda, V., Hampl. J., Lipták,J.: Materials for electrotechnics. Vydavatelství ČVUT, Praha, 2000, 207 s. ISBN 80-01-02233-1. (CS)
Sze S. M., Kwok K. Ng.: Physics of Semiconductor Devices 3rd Edition. Wiley, 2006 (EN)
Brtník B., Matoušek D.: Elektronické prvky. Technická literatura BEN, Praha, 2011 (CS)

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Přednášky jsou vedeny s použitím PowerPointových prezentací jejichž součástí jsou animace a krátká videa. Laboratorní cvičení sestávají z 5 laboratorních úloh zaměřených na měření a posouzení vlastností elektrotechnicky významných materiálů. Cvičení jsou doprovázena otevřenou diskuzí se studenty nad tématy laboratorních úloh a jejich součástí jsou také praktické výpočty využitelné při návrhu elektrických obvodů.

Způsob a kritéria hodnocení

Účast na laboratorních cvičeních je povinná. Podmínkou udělení zápočtu je účast studenta na cvičeních a zpracování laboratorních úloh. Za soubor pěti zpracovaných laboratorních úloh lze získat maximálně 30 bodů. Semestrální zkouška se uskuteční v řádném zkouškovém období. Zkouška je písemná a skládá se z 7 otázek po 10 bodech.

Jazyk výuky

čeština

Osnovy výuky

1. Úvod do elektrotechnických materiálů: stavba molekul, typy vazeb. Skupiny elektrotechnicky význačných materiálů. Dielektrika a izolanty: fyzikální podstata, 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.
10. Kinetika rekombinačního procesu. Elektrostatické řešení PN přechodu.
11. Ideální V-A charakteristika PN přechodu. Kontakt kov-polovodič. MOS struktura.
12. Výroba základních polovodičových materiálů. Příprava waferu. Epitaxní růst. Metody dotování polovodičových materiálů.
13. Technologické kroky výroby polovodičových struktur: oxidace, litografie, leptání, metalizace.

Cíl

Cílem předmětu je seznámit studenty se základními funkčními materiály určenými pro oblast výroby elektrických a elektronických zařízení.

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

Účast na laboratorních cvičeních je povinná.

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program BPC-MET bakalářský, 2. ročník, zimní semestr, 4 kredity, povinný

  • Program EEKR-CZV celoživotní vzdělávání (není studentem)

    obor ET-CZV , 1. ročník, zimní semestr, 4 kredity, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Laboratorní cvičení

21 hod., povinná

Vyučující / Lektor