Katedra mechaniky a materiálů (2 strany)

Požadavky ke zkoušce z předmětu Vlastnosti a technologie materiálů 
oboru Elektronika a sdělovací technika ve šk.r.1998/99
1. Difuze. Podmínky a hnací síla difúze, definice koncentrace, molekulární mechanismy difúze, frekvence a aktivační energie přeskoků atomů, 1. a 2. Fickův zákon, teplotní závislost difúzního koeficientu, řešení 2.Fickova zákona pro difuzi do polonekonečného prostoru, z koncentračního skoku a z rovinného zdroje, zvláštnosti difuze v iontových materiálech a polymerech.
2. Solidifikace. Teplotní závislost volné entalpie kapalné a pevné fáze. Změna objemu, entalpie, entropie při teplotě tání a teplotě skelného přechodu. Odvození kritického poloměru krystalizačního zárodku. Teplotní závislost rychlosti fázové přeměny. Planární a dendridický růst. Usměrněná krystalizace. Základní metody pěstování monokrystalů. Rovnovážné fázové diagramy C, Pb-Sn, Al-Si, Pb-Te, Fe-C.
3. Tepelné zpracování, slévání, tváření. Základní rozdělení slitin Fe-C. Kalení a zušlechťování ocele. Vznik tvarové paměti slitin s martensitickou přeměnou. Precipitace na příkladu slitiny Al-Cu. Pásmová rafinace. Slévání: metody odlévání (trvalý model, trvalá forma, kontinuální lití, rychlá solidifikace). Slévárenské slitiny na bázi Cu, Al, Fe, Pb a Mg. Tváření: metody tváření, deformační zpevnění, rekrystalizace, tváření za studena a za tepla.
4. Obrábění a leptání. Princip a základní metody třískového obrábění. Použití elektronových, laserových a plazmových svazků. Eroze ultrazvukem a vodním paprskem. Elektrolytické a elektrojiskrové obrábění. Leptání chemické, iontové reaktivní a plasmatické. Litografie světelná, rentgenová a elektronová, bez použití rezistů, minimální velikostí motivů. Využití tunelovací mikroskopie, selektivního a anizotropního leptání při mikrofabrikaci.
5. Spojování materiálu. Princip a metody svařování. Svařování tlakem a termokomprese. Svařování plamenem, elektrickým obloukem, v ochranné atmosféře a energetickými svazky, vztah k mechanismu tvorby struktury sváru, funkce obalu elektrody. Zásady pro svařování hliníku. Pájení a lepení, podmínka smáčitelnosti povrchu, techniky ohřevu, druhy pájek a tavidel, význam tavidla, vztah teplot tavení dílů, pájky a tavidla, zásady pro pájení odlišných materiálů. Rozdělení lepidel, technologické kroky lepení, konstrukční řešení lepeného spoje, elektricky vodivá lepidla. Prášková technologie, podstata slinování, příklady slinovaných materiálů v elektrotechnice. Rozdělení kompozitů, modifikace vlastností kompozitů s polymerní, kovovou a keramickou matricí, druhy vysoce pevných a vysokomodulárních vláken, vztah mezi obsahem sazí a vodivostí polymerních kompozitů. 
6. Vrstvy. Definice tenké a tlusté vrstvy. Definice a jednotka plošného odporu. Termodynamické podmínky vzniku amorfní, polykrystalické a monokrystalické vrstvy, princip epitaxního růstu. Vysvětlení principu vakuového napařování pomocí fázového diagramu, výhody odpařování elektronovým a laserovým svazkem. Princip katodového naprašování a jeho přednosti před vakuovým napařováním. Příklady reaktivního naprašování s aktivním plynem, výhody vf a magnetronového naprašování. Nanášení z par chemickým rozkladem (CVD) na příkladech kondenzace Si, B a P. Princip a výhody molekulární epitaxe. Princip kapalné epitaxe a vytváření Langmuir-Blodgett monomolekulárních vrstev. Přehled technologií výroby tlustých vrstev. Sítotisk, tixotropní chování pasty, složení pasty pro sítotisk, podstata slinování vrstvy, funkční složky tlustovrstvých vodičů a odporů, přesné nastavování odporu vrstev. 
7. Stárnutí materiálu. Příklady chemické koroze kovů a plastů. Oxidace kovu, podmínka vzniku kompaktní a porézní oxidické vrstvy, princip pasivace povrchu, mocninový zákon růstu různých oxidických vrstev. Redukce kovů vodíkem, podstata vodíkové nemoci mědi a vodíkové koroze ocelí. Podstata fyzikálního stárnutí látek, termooxidačního stárnutí polymerů, elektrochemické koroze na příkladu dvou kovů s rozdílným elektrodovým potenciálem. Podmínky elektrochemické koroze. Podstata a příklady elektrochemické ochrany katodickými a anodickými povlaky, omezením tvorby lokálních článků, elektrolytu a potlačením procesu depolarizace. 
8. Technologie materiálů spojů, kontaktů, vodičů a kondenzátorů. Tečení materiálu šroubových a ovíjených spojů. Požadavky na materiály kontaktů, závislost odporu zúžení na přítlačné síle a teplotě, volba materiálu kontaktů. Mechanismy znečištění kontaktů. Požadavky na materiály drátových vodičů, problematika zpracování Cu a Al na el.vodiče. Požadavky na materiály desek plošných spojů s průchozími dírami a pro povrchovou montáž, používané druhy. Technologie pájení při povrchové montáži. Požadavky, volba a zpracování materiálů pro podložky hybridních obvodů. Výhody keramických dielektrik pro kondenzátory, materiály a zpracování keramických dielektrik I., II. a III.druhu, úprava vlastností feroelektrik pro technické využití. Polymerní kondensátorová dielektrika, používané typy a jejich výhody, teplotní závislost permitivity. Požadavky na materiály elektrod elektrolytických kondenzátorů.
9. Technologie materiálů pro převodníky a displeje. Základní typy převodníků. Závislost vektoru polarizace a měrného prodloužení na elektrickém poli feroelektrik. Porovnání nasycené polarizace a Curieovy teploty BaTiO3, PZT keramiky a polymerního feroelektrika PVDF. Fázový diagram PZT keramiky, postup její výroby a polarizace, příklady použití PZT nebo PLZT keramiky. Princip funkce pyroelektrických snímačů, pyroelektrický koeficient, mechanismy poklesu pyroelektrického signálu. Princip funkce kyslíkového snímače na bázi ZrO2. Základní způsoby generace a modulace světla v displejích. Rozsah vlnových délek a energií fotonů viditelné části spektra. Princip elektroluminiscence, princip funkce světloemitující diody (LED), způsob použití GaAs a GaP v elektroluminiscenčních diodách. Princip katodoluminiscence, závislost účinnosti ZnS na energii dopadajících elektronů, emisní spektrum systému ZnS -CdS a vliv aktivátorů Ag a Cu. Princip elektrické modulace světla kapal. krystaly (LC) a PLZT keramikou, princip funkce displeje se systémem cholesterických a nematických LC.
10. Technologie materiálů pro optoelektroniku. Definice nekoherentního a koherentního světla. Technologie vytvoření postupné změny mřížkového parametru mezi vrstvou GaAs a GaAsP v LED, technologie vytvoření PN přechodu ve vrstvě GaAsP v LED, princip funkce laserové diody, princip modulace světla elektrickým a magnetickým polem. Materiálové složení optických vlnovodů pro dálkové telekomunikace, složení vlnovodů na bázi skla, polymerů a PCS vlnovodů. Materiálové složení kabelů s optickým vlnovodem. Podstata absorbčních, rozptylových a dalších optických ztrát ve vlnovodech. Technologie výroby preformy pro optické vlnovody. Používané technologie výroby planárních vlnovodů, příslušné koncentrační profily. Podstata funkce fotodetektorů na bázi fotoodporů a fotodiod.
11. Technologie materiálů pro supravodiče. Příklady supravodivých slitin a sloučenin na bázi kovů, porovnání kritických teplot, proudových hustot, magnetických indukcí a zpracovatelnosti. Princip výroby planárních supravodičů Nb3Sn difúzní a CVD technologií. Postup výroby vláknového supravodiče Nb3Sn. Princip stabilizace supravodivého stavu supravodiče. Příklady složení a technologií výroby keramických supravodičů. Fázový diagram (T-B-j) kovového a keramického supravodiče.
12. Technologie materiálů pro polovodiče. Aplikační a technologické výhody křemíku ve srovnání s germániem a GaAs ve srovnání s křemíkem. Vlastnosti a způsoby vytváření isolačních SiO2 vrstev. Postup výroby křemíku polovodičové kvality. Přehled technologií vytváření P a N typu vodivosti. Difúzní technologie dopování polovodičů, koncentrační profil. Iontová implantace, princip, koncentrační profily, význam tepelného zpracování. Problematika kontaktování. Příklady vytvoření struktury bipolárního a unipolárního transistoru, technologie isolačních příkopů.
13. Spolehlivost materiálů v mikroelektronice. Elektromigrace, podmínka pro vznik dynamické rovnováhy a pro trvalou elektromigraci, vztah pro životnost vodiče do porušení a jeho využití v urychlených zkouškách životnosti, vliv struktury vrstvy na aktivační energii elektromigrace, technika potlačení elektromigrace. Mechanismus stárnutí pájených mikrospojů. Podstata stárnutí rozhraní Si-Al. Termomechanická únava. Význam zapouzdřování elektronických prvků a IO. Příklady materiálů hermetických a nehermetických pouzder. Zapouzdřování do polymerního a keramického materiálu.
14. Technologie magnetik. Technologie výroby magneticky měkkých ocelí, význam křemíku, Gossova a kubická textura, technologie rychlého chlazení, použití CVD. Technologie výroby slitin NiFe, magneticky měkkých feritů a kovových prášků. Technologie výroby magneticky tvrdých ocelí, ALNICO, slitin s kovy vzácných zemin a hexaferitů. Technologie materiálů pro magnetický a magneto-optický záznam.

Prof.Ing.Václav Bouda,CSc