Detail předmětu

Elektrotechnické materiály a výrobní procesy I

FEKT-BPC-EMV1Ak. rok: 2025/2026

Předmět Elektrotechnické materiály a výrobní procesy I (EMV1) navazuje na předmět Materiály pro elektrotechniku, který poskytuje základní přehled o vlastnostech a funkci magnetických, vodivých a izolačních materiálů. Cílem navazujícího kurzu je tyto znalosti dále prohloubit a rozšířit o systematické porozumění tomu, jak se materiálové veličiny mění v reálných provozních podmínkách – zejména v závislosti na teplotě, frekvenci a intenzitě elektrického či magnetického pole. Studenti se naučí fyzikálně interpretovat tyto změny, pochopí přirozené limity používaných funkčních materiálů. Dále studenti získají přehled o materiálových a technologických přístupech umožňujících cílenou optimalizaci jejich vlastností a rozšiřování aplikačního potenciálu.

V oblasti výrobních technologií se studenti seznámí se základními principy výroby a zpracování materiálů používaných v elektrotechnice. Pozornost je věnována výrobě skla a keramiky, zpracování polymerních materiálů i přípravě vodivých materiálů pro technické aplikace. Probírány jsou procesy tavení a úpravy skloviny, slinování a řízené krystalizace keramik, glazování, polymerační reakce, vulkanizace i technologické postupy výroby plastů, včetně materiálů s vysokou teplotní odolností a vysokodielektrických keramik.

V oblasti fyziky polovodičů je výuka rozšířením předchozích poznatků o rovnici kontinuity pro popis chování polovodičů v termodynamické nerovnováze a elektrostatické řešení PN přechodu. Součástí je také popis struktur MIS a MS přechodu. V oblasti polovodičových technologií jsou detailně rozebrány postupy přípravy základních materiálů a navazující výrobní procesy pro realizaci elektronických součástek, zejména epitaxe, difuze, iontová implantace, litografie a leptání, včetně jejich vlivu na výsledné elektrické parametry struktur.

Předmět je vyučován s důrazem na srozumitelné vysvětlení fyzikální podstaty jevů, systematické budování vazeb mezi strukturou materiálu, jeho vlastnostmi a technologickým zpracováním a na aktivní zapojení studentů. Cílem je, aby absolvent získal nejen pevný teoretický základ, ale i praktické dovednosti a analytické myšlení potřebné pro další studium i pro uplatnění v oblasti moderních materiálů a elektrotechnologických procesů.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

4

Vstupní znalosti

Předpokládají se znalosti z předmětu BPC-MPE - Materiály pro elektrotechniku
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

Účast na laboratorních cvičeních je povinná. Podmínkou udělení zápočtu je účast studenta na cvičeních, vypracování laboratorních úloh a získání minimálně 12 bodů z půlsemestrálních testů. Za soubor pěti zpracovaných laboratorních úloh lze získat maximálně 20 bodů. Půlsemestrální testy se uskuteční v 9. týdnu a ve 13. týdnu semestru. Závěrečná zkouška je ústní a lze za ni získat maximálně 60 bodů.

Učební cíle

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

Základní literatura

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)

Doporučená literatura

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

Zařazení předmětu ve studijních plánech

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

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Osnova

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.

Laboratorní cvičení

21 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Osnova

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