Master's Thesis

Experimental evaluation of the effects of ionizing radiation on electronic components

Final Thesis 6.99 MB

Author of thesis: Ing. Martin Michal

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: prof. Ing. Karel Katovský, Ph.D.

Reviewer: Ing. Ota Fišera, Ph.D.

Abstract:

The aim of this thesis is to describe and explain to the reader the behavior of semiconductor components—specifically bipolar transistors—in the presence of ionizing radiation. The theoretical section describes the effects that radiation can have on these components, whether occurring randomly and individually (Single Event Effect) or as a result of cumulative irradiation, where the probability of occurrence (Total Ionizing Dose and Displacement Damages) increases with the dose received. In the practical section, the author describes the construction of the first device, which measures the switching characteristics of a transistor. He then describes the course of the first experiment and interprets its results. Based on this experiment and the results derived from it, he decided to build another device that measures a more vulnerable property of transistors—gain, which is much more sensitive to radiation fields. The author tested this device, along with the transistors, at several agreed-upon facilities. In the conclusion of this thesis, he summarized the results of the experiments and described how this electronics could be used, as well as what would need to be ensured for its functionality.

Keywords:

Single Event Effect, bipolar transistors, experimental irradiation, programming

Date of defence

11.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Student seznámil zkušební komisi s výsledky své diplomové práce. Vedoucí práce prof. Katovský seznámil komisi s posudkem vedoucího práce. Následně přečetl doktor Fišera posudek oponenta. Studentem byly následně odpovězeny otázky oponenta práce. Rozpravu zahájil předseda komise prof. Katovský. Doplňující otázky položil doktor Radil. Student odpověděl na předložené dotazy s mírnou pomocí tazatele.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Nuclear Power Engineering (MPC-JAE)

Composition of Committee

prof. Ing. Karel Katovský, Ph.D. (předseda)
Ing. Štěpán Foral, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Lukáš Radil, Ph.D. (člen)
Ing. Petr Kracík, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Marek Baláš, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Pavel Zácha, Ph.D. (člen)
Ing. Ota Fišera, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
prof. Ing. Karel Katovský, Ph.D.

Diplomant Martin Michal pracoval pod mým vedením na diplomové práci, která se zaměřovala na problematiku experimentálního hodnocení vlivu ionizujícího záření na elektronické součástky. Jedná se o problematiku, kterou naše skupina řeší i v rámci projektu CANUT2. Student se tématu věnuje již delší dobu, na projektu pracoval také jako pomocná vědecká síla.

Hlavním cílem práce bylo navrhnout a sestavit aparaturu použitelnou k uvedenému hodnocení. Po ověření funkčnosti aparatury bylo dalším cílem provést „ostré“ hodnotící experimenty s různými zdroji ionizujícího záření různých typů a intenzit.

Student si s úkolem poradil dobře. Nejdříve navrhl zařízení, které mělo velmi nízkou citlivost, to na základě experimentů přepracoval a jeho finální řešení průběžně sleduje měnící se parametry elektroniky, zapisuje data na paměťovou kartu, případně posílá hodnoty přes TCP/IP kamkoliv v síti. Student k řešení přistupoval aktivně a průběžně, během řešení práce prováděl experimenty na několika pracovištích v Brně, Praze, Řeži či Ostravě.

Vlastní práce je srozumitelná a čitelná, neobsahuje až tak příliš gramatických chyb (je vidět, že student dělal korekturu svědomitě), nicméně i tak je zde dostatek rušivých nedostatků v textu, které čtení a orientaci v práci ztěžují. Objevují se chyby v interpunkci, někdy ve skloňování zájmen, v používání velkých písmen. Mě osobně nejvíce ruší stylistické nedostatky, kostrbaté a složité věty a příliš časté používá formulací typu „autor se rozhodl“, „autor provedl“, „autor vypracoval“ atp. Případně citování zdrojů literatury není provedeno standardně. Jedná se samozřejmě o formální nedostatky, které neovlivňují odbornou úroveň práce splnění cílů.

Závěrem posudku chci konstatovat, že student Martin Michal splnit zadání práce a dosáhl vytyčených cílů, vyrobil zařízení, které se bude dále využívat v rámci běžícího projektu, nicméně budou součástí práce skupiny ještě mnoho let. Práci doporučuji k obhajobě a hodnotím ji stupněm B 88 bodů. Points proposed by supervisor: 88

Grade proposed by supervisor: B

Reviewer’s report
Ing. Ota Fišera, Ph.D.

Práce hodnotí vliv ionizujícího záření na elektronické součástky, z nichž byly zvoleny ke studiu tranzistory. Vzhledem k významu těchto součástek v rámci elektrických zařízení kolem nás je toto zaměření opodstatněné, jak autor sám odůvodňuje v úvodu práce.
Práce má 99 stran, což je z hlediska rozsahu pro diplomovou práce adekvátní, dalo by se říci, že i nadprůměrné. Nicméně citovaných zdrojů je pouze 29, což mi přijde na diplomovou práci spíše méně. Navíc hodně zdrojů jsou spíše populárně naučného charakteru. Zcela postrádám citace z odborných časopisů, což by měl být základ v rámci výzkumné činnosti.
S tím souvisí i naprostá absence diskuse získaných výsledků, přestože v citovaných zdrojích jsou publikace na podobné téma. Autor výsledky dostatečně a přehledně zobrazuje, popisuje a vysvětluje. Zamýšlí se nad interpretací nečekaných výsledků, ale bylo by vhodné, tyto své závěry podpořit srovnáním s výsledky jiných autorů.
Autor přiznává využití umělé inteligence k, cituji „primárně ke gramatické korektuře a stylistickým úpravám textu.“. Pravdou je, že práce obsahuje větší množství gramatických chyb, zejména při psaní souvětí, a občasné typografické chyby. Nešťastné je i citování obrázků v textu, kde se v rámci funkce textového editoru používá automatické doplňování slova obrázek, které ovšem textový editor neumí skloňovat podle související věty. K lepší orientaci v textu by pomohly také mezery mezi textem a obrázky, potažmo rovnicemi.
Z hlediska odborného a experimentálního je práce na velmi dobré úrovni. Autor vysvětluje všechny související jevy, jako je ionizující záření, funkce tranzistorů a způsoby jejich poškození. Velké úsilí bylo věnováno přípravě experimentů a měřicím aparaturám, což autor detailně popisuje v daných kapitolách práce. Je nutné říct, že tato příprava umožnila získat tak velký a podrobný soubor dat, který pak poskytuje možnost odhalit všechny pozorované jevy. Stejně tak je chvályhodné pestré využití různých zdrojů ionizujícího záření a systematické navyšování náročnosti provedených testů.
Závěrem je možné konstatovat, že autor rozhodně doložil své schopnosti samostatné výzkumné a experimentální činnosti i zpracování a interpretace výsledků. Topics for thesis defence:
  1. Jaké nabité částice se myslí v kap 2.3 a dalších. A proč jen nabité částice?
  2. Zdroj a vlastnosti ionizujícího záření použitého pro experimenty v kap. 3.2.5?
  3. Dávky počítané ve stejné kapitole jsou správně?
  4. Bylo by možné v kap. 3.4.4 odhadnout dávku neutronů, aby bylo možné srovnat ozáření s ostatními experimenty?
  5. Na stranách 59, 65, 71 aj. je popisován jev způsobující lehké fluktuace způsobené tepelným ohříváním součástky vlivem procházejícího proudu. Proč tyto fluktuace nejsou na grafech v kapitolách 3.4.4. a 3.4.5?
  6. Jak těžká je díra?
  7. Kam se poděla příloha E?
Points proposed by reviewer: 85

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová