Course detail
Electrotechnical Materials and Production Processes I
FEKT-BKC-EMV1Acad. year: 2020/2021
Materials for electrotechnology - composition, structure, manufacturing and application. Dielectric materials - polarization, loss and breakdown. Plastics, glass, ceramic and glass ceramic - types, properties, processing technology. Composites materials. Metals and resistive materials - classification, properties and manufacturing.
Semiconductors materials - classification, properties, physics and behaviour at equilibrium and non-equilibrium conditions. Manufacturing of semiconductors materials and basic semiconductor structures. Technological steps for manufacturing of integrated components.
Language of instruction
Number of ECTS credits
Mode of study
Guarantor
Learning outcomes of the course unit
- Can explain the basic phenomena and understand the physical fundamentals in relation to the area of dielectric, conductive, resistive, magnetic and semiconductor materials.
- Can choose an appropriate material for a specific application
- Is familiar with classification, internal structure, composition and properties of semiconductor materials
- Is able to measure basic material properties and operate appropriate measurement devices
- Can describe manufacturing processes of dielectric materials, plastics, metals, semiconductors and can describe the process steps of basic semiconductor structures
Prerequisites
Co-requisites
Planned learning activities and teaching methods
Assesment methods and criteria linked to learning outcomes
Course curriculum
2. Polarization and permittivity, complex permittivity. Electric conductivity and conductivity of dielectric materials. Dielectric losses and loss factor. Dielectrics in strong electric fields.
3. Inorganic dielectrics: structure and classification. Asbestos, mica and mica products. Glass in electrical engineering. Rules for glass production. Electrical properties of glass. Types of glass.
4. Production and processing of glass. Special glass. Ceramics in electrotechnology. Silicate ceramics. Production and processing of ceramics. Oxide and oxygen-free ceramics.
5. Macromolecular substances - internal structure, morphology. Classification of plastics. Plastics for electrical engineering. Thermoplastics. Thermosets.
6. Plastics with increased heat resistance. Elastomers. Manufacturing of plastics. Modification and forming technology.
7. Conductive and resistive materials. Metal and oxide superconductors. Metallic materials for special applications. Construction materials. Metal forming. Manufacturing of wires and foils.
8. Magnetic Materials - Physical nature of magnetism, structure and magnetic losses. Ferro- and ferri- magnetic materials, manufacture of magnetic materials and ferrites.
9. Semiconductor materials: physical description, classification. Thermodynamic equilibrium. Thermodynamic non-equilibrium. Continuity equation.
10. Kinetics of the recombination process. Generation, recombination and lifetime of charge carriers. Electrostatic solution of PN junction.
11. Ideal V-I PN junction characteristic. C-V characteristics of the MOS structure. The metal-semiconductor junction.
12. Production of basic semiconductor materials. Preparation of the wafer. Epitaxial growth. Methods of doping semiconductor materials.
13. Technological steps of manufacturing semiconductor structures: Oxidation, lithography, etching, metallization.
Work placements
Aims
Specification of controlled education, way of implementation and compensation for absences
Recommended optional programme components
Prerequisites and corequisites
Basic literature
Kazelle J. a kol.: Elektrotechnické materiály a výrobní procesy. Elektronická skripta 2015 (CS)
Recommended reading
Šavel J.: Materiály a technologie v elektronice a elektrotechnice. BEN - technická literatura Praha 1999 (CS)
Classification of course in study plans
- Programme BKC-MET Bachelor's 2 year of study, winter semester, compulsory
Type of course unit
Lecture
Teacher / Lecturer
Syllabus
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.
Laboratory exercise
Teacher / Lecturer
Syllabus
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