Detail předmětu

Charakterizace polovodičových součástek

FEKT-BPC-CPSAk. rok: 2025/2026

Předmět je zaměřen na teoretickou i praktickou charakterizaci polovodičových součástek s využitím moderních měřicích metod a prostředí LabVIEW pro automatizaci měření, sběr dat a jejich vyhodnocení. Nedílnou součástí kurzu je modelování elektrických vlastností součástek, včetně základních SPICE modelů, analýza teplotních vlivů a zotavovacích jevů, a výpočet klíčových parametrů.

Důraz je kladen na zvládnutí základních principů měření, návrh a realizaci měřicích postupů, metrologické zajištění a správné vyhodnocení výsledků včetně odhadu nejistot měření dle doporučení GUM (Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement).

V praktické části se studenti postupně seznámí s připojením přístrojů, tvorbou měřicích aplikací v prostředí LabVIEW, zpracováním a interpretací naměřených dat a návrhem vlastních měřicích úloh. Laboratorní cvičení vedou studenty od základů automatizovaného měření a statistického vyhodnocení dat až po samostatný návrh a implementaci měřicí úlohy. Kurz je zakončen prezentací individuálního projektu, který propojuje teoretické i praktické poznatky z oblasti charakterizace polovodičových součástek.

 

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

5

Garant předmětu

prof. Ing. Jan Leuchter, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav mikroelektroniky (UMEL)

Vstupní znalosti

Jsou požadovány základní znalosti fyziky, matematiky a elektrických obvodů. Povinnou prerekvizitou je absolvování předmětu BPC-ESO a BPC-EL1.

 Práce v laboratoři je podmíněna platnou kvalifikací „osoby poučené“, kterou musí studenti získat před zahájením výuky. Informace k této kvalifikaci jsou uvedeny ve Směrnici děkana Seznámení studentů s bezpečnostními předpisy.

 

 

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

Podmínky zápočtu: absolvování měřených úloh a  odevzdat vypracované protokoly v požadované kvalitě.

Podmínky zkoušky: prokázání znalostí z předmětu v písemné a ústní části zkoušky. 

Bodové hodnocení (max. 100 bodů): max. 30 bodů za práci během semestru; max. 70 bodů za zkoušku. Závěrečná zkouška se skládá ze dvou částí (písemné a ústní) a je celkově hodnocena 70 body. 

 

 

 

Učební cíle

Seznámit studenty s principy elektrické charakterizace polovodičových součástek (zejména diod a tranzistorů) včetně statických a dynamických parametrů. Rozvinout dovednosti v oblasti automatizovaného měření prostřednictvím praktické práce s laboratorními přístroji a jejich řízením v prostředí LabVIEW. Naučit studenty navrhovat a realizovat měřicí postupy, včetně volby vhodných pracovních podmínek, pracovního bodu a rozsahů měření. Upevnit znalosti základních modelů polovodičových součástek a jejich využití při interpretaci měření, včetně implementace jednoduchých modelů ve SPICE. Osvojit si základy metrologie a metodiku odhadu nejistoty měření, s důrazem na správné vyhodnocení a dokumentaci výsledků v souladu s doporučeními GUM. Podpořit schopnost zpracování a vizualizace dat, včetně aplikace statistických metod pro zvýšení přesnosti a reprodukovatelnosti měření. Rozvíjet schopnost samostatné technické práce a prezentace výsledků, formou návrhu, realizace a obhajoby individuálního měřicího projektu.

Studijní opory

https://www.dps-az.cz/clanky/id:22208/nove-v-e-archivu-zaklady-labview 

https://www.youtube.com/watch?v=P8y3tKJQadE 

https://www.youtube.com/watch?v=joilU9m-sNk 

https://ww2.mathworks.cn/en/videos/getting-started-with-matlab-1564521672719.html 

https://ww2.mathworks.cn/en/videos/matlab-tools-for-test-and-measurement-81553.html 

Základní literatura

Boušek J., Kosina P., Mojrova B.: Elektronické součástky, FEKT VUT V BRNĚ, elektronické skriptum (CS)
Jennings, Richard. LabVIEW Graphical Programming. New York, N.Y., McGraw-Hill Education, 2020. (EN)
Vlach J., Havlíček J., Vlach M.: Začínáme s LabVIEW. Praha: BEN - technická literatura, 2008. ISBN 978-80-7300-245-9. (CS)
Zaplatílek K.: MATLAB® pro začínající uživatele. Knihovnicka.cz. Brno: Tribun EU, 2020. ISBN 978-80-263-1589-6. (CS)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program BPC-NCP bakalářský 2 ročník, letní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Jan Leuchter, Ph.D.

Osnova

1. Úvod do charakterizace polovodičových prvků, význam a aplikace. 2. Fyzikální principy součástek (PN přechod, tranzistorové struktury, Si/SiC/GaN). 3. Elektrické charakteristiky (statické I–V, C–V, switching) a základní měřené veličiny (proud, napětí, výkon, teplota, parazitní jevy). 4. Statická a dynamická měření (I–V, pulzní měření, reverse recovery, gate charge). 5. Měřicí aparatura, kalibrace, vliv šumu, termální stabilizace a parazitních prvků. 6. Teorie chyb: systematické vs. náhodné, typ A / typ B, zdroje nejistot. 7. Kombinovaná nejistota, Gaussovo šíření, interval spolehlivosti, pravděpodobnostní přístup. 8. Validace měření, opakovatelnost, reprodukovatelnost, metrologická návaznost a normy (IEC, JEDEC). 9. Koncept instrumentace a komunikace s přístroji (VISA, GPIB, USB, Ethernet, SCPI). 10. Základy LabVIEW (blokové programování, struktury, smyčky, grafy a vizualizace). 11. Návrh, implementace a ladění automatizovaných měřicích úloh, logování a archivace dat. 12. Import, filtrace a statistické zpracování naměřených dat; regrese, fitování křivek, metoda nejmenších čtverců. 13. Vyhodnocení nejistot z experimentu, identifikace anomálních dat, šumová analýza, extrakce parametrů SPICE modelů a porovnání měření se simulací.

Cvičení na počítači

13 hod., povinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Jan Leuchter, Ph.D.

Osnova

1. LC1 – Výpočet nejistot I (statické měření) 2. LC2 – Výpočet nejistot II (dynamická měření) 3. LC3 – LabVIEW I (získávání dat a měření) 4. LC4 – LabVIEW II (automatizace) 5. LC5 – MATLAB I (zpracování experimentálních dat) 6. LC6 – MATLAB II (fitování a extrakce parametrů) 7. LC (7 - 12) – Samostatný závěrečný projekt 8. LC (7 - 12) – Samostatný závěrečný projekt 9. LC (7 - 12) – Samostatný závěrečný projekt 10. LC (7 - 12) – Samostatný závěrečný projekt 11. LC (7 - 12) – Samostatný závěrečný projekt 12. LC (7 - 12) – Samostatný závěrečný projekt 13. LC13 – Prezentace výsledků projektu

Laboratorní cvičení

13 hod., povinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Jan Leuchter, Ph.D.

Osnova

1. LC1 – Výpočet nejistot I (statické měření) 2. LC2 – Výpočet nejistot II (dynamická měření) 3. LC3 – LabVIEW I (získávání dat a měření) 4. LC4 – LabVIEW II (automatizace) 5. LC5 – MATLAB I (zpracování experimentálních dat) 6. LC6 – MATLAB II (fitování a extrakce parametrů) 7. LC (7 - 12) – Samostatný závěrečný projekt 8. LC (7 - 12) – Samostatný závěrečný projekt 9. LC (7 - 12) – Samostatný závěrečný projekt 10. LC (7 - 12) – Samostatný závěrečný projekt 11. LC (7 - 12) – Samostatný závěrečný projekt 12. LC (7 - 12) – Samostatný závěrečný projekt 13. LC13 – Prezentace výsledků projektu