Course detail

Electrotechnical Materials and Production Processes I

FEKT-BPC-EMV1Acad. year: 2025/2026

The course Electrical Engineering Materials and Manufacturing Processes I (EMV1) follows on from the course Materials for Electrical Engineering, which provides a basic overview of the properties and functions of magnetic, conductive, and insulating materials. The aim of the follow-up course is to further deepen and expand this knowledge with a systematic understanding of how material properties change under real operating conditions, particularly in relation to temperature, frequency, and the intensity of electric or magnetic fields. Students will learn to interpret these changes physically and understand the natural limits of the functional materials used. Furthermore, students will gain an overview of material and technological approaches that enable the targeted optimization of their properties and the expansion of their application potential.

In the field of production technologies, students will learn the basic principles of production and processing of materials used in electrical engineering. Attention is paid to the production of glass and ceramics, the processing of polymer materials, and the preparation of conductive materials for technical applications. The processes of melting and treating glass, sintering and controlled crystallization of ceramics, glazing, polymerization reactions, vulcanization, and technological processes for the production of plastics, including materials with high temperature resistance and high-dielectric ceramics, are discussed.
In the field of semiconductor physics, the course expands on previous knowledge of the continuity equation for describing the behavior of semiconductors in thermodynamic disequilibrium and the electrostatic solution of PN junctions. It also includes a description of MIS and MS junction structures. In the field of semiconductor technologies, the course provides a detailed analysis of the procedures for the preparation of basic materials and related manufacturing processes for the production of electronic components, in particular epitaxy, diffusion, ion implantation, lithography, and etching, including their impact on the resulting electrical parameters of structures.
The course is taught with an emphasis on comprehensible explanations of the physical nature of phenomena, the systematic establishment of links between the structure of materials, their properties, and technological processing, and the active involvement of students. The aim is for graduates to acquire not only a solid theoretical foundation, but also the practical skills and analytical thinking necessary for further study and employment in the field of modern materials and electrical engineering processes.

Language of instruction

Czech

Number of ECTS credits

4

Mode of study

Not applicable.

Entry knowledge

Knowledge from subject BPC-MPE - "Materials for electrotechnics are supposed.

Rules for evaluation and completion of the course

Attendance at laboratory practice is required. The student must participate in the exercises, prepare laboratory reports and obtain at least 12 points from the mid-semester tests in order to receive the course credit. A maximum of 20 points can be obtained for a set of five laboratory reports. Mid-term tests will be held in week 9 and week 13 of the semester. The final exam is verbal and a maximum of 60 points can be obtained.

Aims

The aim of the course is to acquaint the students with the fundamental functional materials that are used in manufacturing of electric and electronic devices.
The student after completion of the course:
- 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

Study aids

Not applicable.

Prerequisites and corequisites

Not applicable.

Basic literature

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)

Recommended reading

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)

Elearning

Classification of course in study plans

  • Programme BPC-MET Bachelor's 2 year of study, winter semester, compulsory

Type of course unit

 

Lecture

26 hours, optionally

Teacher / Lecturer

Syllabus

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.

Laboratory exercise

21 hours, compulsory

Teacher / Lecturer

Syllabus

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

Elearning