Budapest University of Technology and Economics, Faculty of Electrical Engineering and Informatics

    Belépés
    címtáras azonosítással
    vissza a tantárgylistához   nyomtatható verzió    

    Elektronikai anyagtudomány

    A tantárgy angol neve: Materials in Electronics

    Adatlap utolsó módosítása: 2023. január 18.

    Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
    Villamosmérnöki és Informatikai Kar

    Villamosmérnök szak

    BSc képzés

    Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
    VIETAA01 2 2/0/0/f 2  
    3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Bonyár Attila,
    4. A tantárgy előadója

    Dr. Bonyár Attila, egyetemi docens, ETT

    Dr. Hurtony Tamás, egyetemi docens, ETT

    Dr. Szabó Péter János, egyetemi tanár, ATT

    7. A tantárgy célkitűzése Elektronikai anyagtudomány c. természettudományos alaptárgy elsődleges célja a villamosmérnökök számára szükséges alapvető anyagszerkezeti és anyagtechnológiai ismeretek átadása a hallgatóknak. Ez magában foglalja a különböző anyagmodellek megismerését, kristálytani alapismeretek elsajátítását, valamint a főbb, villamosmérnöki gyakorlatban alkalmazott vezető, félvezető, szigetelő, mágneses és optikai anyagok alapvető fizikai tulajdonságainak és ebből adódó viselkedésének megértését. A tárgy további célja a geometria skálázásból (méretcsökkentésből) adódó anyagtulajdonság megváltozások, illetve fontosabb kvantummechanikai jelenségek ismertetése, amelyek a modern mikroelektronika, illetve elektronikus eszközök működésének alapját képezik.
    8. A tantárgy részletes tematikája

    1. Bevezetés - tematika és követelmények ismertetése. Az anyag „bottom-up" modell szerinti felépítése. A Bohr-féle, ill. kvantummechanikai atommodellek. Elektronok és atompályák, a kvantumszámok értelmezése. Pauli-elv.

    2. Vegyérték, ionizáció és elektronegativitás, az elemek csoportosítása. Atomi szintű kölcsönhatások, kémiai kötések. A kristályrácsok makroszkopikus tulajdonságai. Másodrendű kötések és kölcsönhatások.

    3. Kristálytani alapismeretek, Bravais-rács, Miller-indexek, kristályhibák (ponthibák, diszlokációk, rétegződési hibák) és hatásaik a makroszkopikus anyagjellemzőkre.

    4. Egykristályok és polikristályok. Amorf anyagok és polimerek (alapvető) tulajdonságai. Ötvözetek szerkezete és termikus viselkedése, állapotábrák, eutektikum, eutektoid, szilárd oldat, intermetallikus vegyület.

    5. Az anyagok elektronszerkezete és a sávszerkezet kialakulása. A Fermi-Dirac statisztika és a hőmérséklet hatása, a Fermi-szint. Fémek, félvezetők és szigetelők definíciója és diagramjai, a tiltott sáv. Kvantummechanikai alapok. A Schrödinger-egyenlet és következményei, klasszikus kvantummechanikai effektusok: alagúthatás, ballisztikus vezetés.

    6. A fémek tulajdonságai. Vezetés fémekben: Drude-féle fémmodell, Matthiessen-szabály. Hall-effektus. Vezeték és ellenállásanyagok, hőmérsékletfüggés.

    7. Fémek mechanikai tulajdonságai, szakítószilárdság, folyáshatár. Ötvözetek szerkezete és termikus viselkedése, állapotábrák, eutektikum, eutektoid, szilárd oldat, intermetallikus vegyület.

    8. Félvezető anyagok jellemzői, elemi és vegyület félvezetők. Elektronok, lyukak, töltéshordozók, tömeghatás törvénye. Indirekt és direkt sávszerkezetű félvezetők. Folyamatok a sávok között, generáció és rekombináció. Si egykristály és szelet előállítási technológiák.

    9. Félvezetők adalékolása, az adalékolás hatása a sávszerkezetre. A diffúzió és ionimplantáció alapvető fizikai folyamatai és technológiai megvalósítása. A szilícium vegyületeinek (SiO2, Si3N4) tulajdonságai és alkalmazásuk.

    10. Szigetelő anyagok villamos tulajdonságai (dielektromos, ferroelektromos, piezoelektromos, piroelektromos anyagok), kerámiák, kompozitok, üvegek, polimerek, műanyagok.

    11. Optikai anyagok. A sugárzások fajtái, folytonos és karakterisztikus források. A fotonemisszió típusai, LED-ek, lézerek, termikus források. Alapvető fény-anyag kölcsönhatások.

    12. Mágneses anyagok és tulajdonságaik. Ferro, para és diamágneses anyagok. Ferritek. Superparamágnesesség.

    13. A geometriai skálázás hatása a makroszkopikus anyagi tulajdonságok megváltozására. Karakterisztikus úthosszak. A kvantum-korlátozottság és hatásai.

    14. Kitekintés. Modern anyagrendszerek: nanoanyagok és alkalmazásaik (nanoszenzorok, nanopackaging, nanometrológia).

    9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium) Előadás.
    10. Követelmények Kettő darab 60 perces összegző értékelés legalább elégséges teljesítése.
    11. Pótlási lehetőségek Az összegző értékelések pótlására, javítására egyszeri lehetőség biztosított. Pót-pótzárthelyi csak a korábbi zárthelyik teljesítésének alacsony sikeressége (kevesebb, mint egyharmad) esetén biztosított.
    12. Konzultációs lehetőségek Igény szerint, a zárthelyiket megelőzően, egyeztetett időpontban.
    13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom

    Tanszéki fejlesztésű jegyzetek és e-learning anyagok.

    Prohászka János: Bevezetés az anyagtudományba I. Villamosmérnökök számára, NT-44480/I

    14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
    Kontakt óra28
    Félévközi készülés órákra14
    Felkészülés zárthelyire18
    Házi feladat elkészítése 0
    Kijelölt írásos tananyag elsajátítása 0
    Vizsgafelkészülés 0
    Összesen60
    15. A tantárgy tematikáját kidolgozta Dr. Bonyár Attila, egyetemi docens, ETT

    Dr. Hurtony Tamás, egyetemi docens, ETT

    Dr. Szabó Péter János, egyetemi tanár, ATT

    IMSc tematika és módszer -Az IMSc hallgatóknak elmélyülés céljából további anyagokat adunk ki önálló tanulmányozásra.
    -Az összegző értékelésen kiadott plusz feladatokkal gyűjthető IMSc pont.
    IMSc pontozás Az IMSc pontozás a tárgyhoz tartozó 2 db összegző értékelésen kiadott plusz feladatokkal történik. A plusz feladatok pontszámának aránya az összegző értékelésben 25%-os. Plusz IMSc pont az összegző értékelések 75%-os teljesítése felett szerezhető.
    A tárgyban szerezhető maximális IMSc pontszám 10 (összegző értékelésenként max. 5).
    Az IMSc pontok megszerzése a programban részt nem vevő hallgatók számára is biztosított.