INFO - Informacie o MFF UK

Fyzika plazmy (IS: 64226)

 
 
 odbor: Fyzika
 specializacia: Fyzika plazmy 
 
Gestor: Prof. RNDr. Peter Lukac, DrSc. 
 
 Predmety: Vseobecna fyzika - v rozsahu sylabov povinnych pre odbor fyzika 
	   Fyzika plazmy 
	   Elektronova a vakuova fyzika 

--------------------------------------------------------------------------------


 Odbor: Fyzikalna elektronika a mikroelektronika 
 Predmet: Fyzika plazmy

I. Teoria elektronickych a mikroelektronickych obvodov
II. Fyzikalna elektronika a fyzika plazmy
III. Vakuova fyzika.
 
I. Teoria elektronickych a mikroelektronickych obvodov

1. Prvky elektronickych obvodov, ich fyzikalne vlastnosti
 a matematicky popis:
 - odpor, indukcnost, kapacita, ich fyzikalna realizacia,
 vlastnosti idealnych a realnych prvkov,
 - zakladne polovodicove prvky, dioda, tranzistor unipo-
 larny a bipolarny, fyzikalny princip cinnosti polovo-
 dicovych prvkov, V-A charakteristiky realnych prvkov,
 idealizacia prvkov pre potreby analyzy linearnych obvo-
 dov, nahradne obvody prvkov, charakteristicke parametre
 pre male signaly,
 - vlastnosti, charakteristiky a pouzitie dalsich polovo-
 dicovych prvkov (Zenerova dioda, kapacitna dioda, tune-
 lova dioda, LED-dioda, fotodioda, termistor, tyristor,
 fotoodpor, Hallova sonda, fototranzistor),
 - zakladne elektronovakuove prvky (dioda, trioda, viac-
 mriezkove elektronky a ich V-A charakteristiky, obra-
 zovka, fotonasobic)
2.Analyza elektronickych obvodov:
 - zakladne metody analyzy linearnych elektronickych obvo-
 dov (Ohmov zakon, Kirchhoffove zakony, metody obvodovych
 prudov a uzlovych potencialov a ich maticovy tvar, za-
 kladne vety - princip superpozicie, princip vety o na-
 hradnych zdrojoch, transfiguracie sieti),
 - symbolicko-komplexna metoda (vyjadrenie el.velicin)
 analyza linearnych elektronickych obvodov (komplexne
 amplitudy, impedancia, admitancia, rezonancia v obvodoch
 RLC),

 - n-polove metody analyzy linearnych elektronickych obvo-
 dov (dvojpol, stvorpol, dvojbrana a n-pol),
 - funkcie charakterizujuce elektronicky obvod (vstupna a
 vystupna impedancia, napatovy, prudovy a vykonovy pre-
 nos, frekvencne charakteristiky v linearnej a logarit-
 mickej mierke, prechodove funkcie).
3. Zakladne analogove elektronicke obvody:
 - zosilnovace, ich mozne rozdelenie podla tvaru frek-
 vencnej charakteristiky (jednosmerne, nf. a vf.se-
 lektivne, sirokopasmove, uzkopasmove), prenasaneho vy-
 konu a pracovneho bodu (triedy A,B,C,AB), podla poctu
 stupnov, podla vazby medzi stupnami (galvanicka, kapa-
 citna, induktivna vazba),
 - zakladne charakteristiky zosilnovaca (zosilnenie, 
 vstupna a vystupna impedancia, sirka pasma, prechodova 
 charakteristika, dynamicka charakteristika, skreslenie,
 sum),
 - elektronka a tranzistor ako zosilnovac a ich zakladne
 zapojenia, nastavenie a stabilizacia pracovneho bodu,
 - pojem OZ a zakladne linearne obvody s OZ (invertujuci,
 neinvertujuci, diferencialny, scitaci, logaritmujuci,
 exponencialny Z),
 - aktivne filtre s OZ (integrator, derivacny obvod, dol-
 nofrekvencna priepust, hornofrekvencna a pasmova prie-
 pust), realizacia frekvencnych a fazovych charakteris-
 tik predpisaneho tvaru,
 - spatna vazba, vplyv spatnej vazby na charakteristiky
 elektronickeho obvodu, sposoby regulacie zosilnenia
 zosilnovacov, stabilita zosilnovacov, kriterium stabi-
 lity Z (napr. Nyquistovo),
 - harmonicke generatory, podmienky pre vznik kmitov 
 v elektronickom obvode,
 - realizacia oscilatorov pomocou RC a LC obvodov, ich 
 zakladne zapojenia,
 - stabilizacia frekvencie a amplitudy kmitov.

4. Zakladne logicke (cislicove) obvody: 
 - zaklady Booleovej algebry, uplny subor logickych funk-
 cii a ich elektronicka realizacia (hradla AND, OR, 
 NAND, NOR, invertor), realizacia zlozitejsich logickych
 funkcii.
5. Elektronika velmi vysokych frekvencii (VVF).
6. Zaklady teorie prenosu informacii:
 - pojem signalu, uzitocny a rusivy signal, nahodne signa-
 ly,
 - principy prenosu informacii na dialku (kodovanie, modu-
 lacia AM a FM, vysielanie, prijem, demodulacia, dekodo-
 vanie, zvysovanie pomeru signal/sum, zobrazenie infor-
 macie),
 - principy rozhlasoveho a televizneho prenosu.
7. Meranie elektrickych a neelektrickych velicin.
8. Napajanie elektronickych obvodov (usmernovace, filtre,
 stabilizatory napatia a prudu).

Literatura:
l. Farsky, Prokes: Elektronicke obvody (l a 2) skripta,
2. A.Tirpak: Vysokofrekvencna elektronika.

II. Fyzikalna elektronika a fyzika plazmy

ELEMENTARNE PROCESY VO FYZIKE PLAZMY
 Opis zrazky dvoch castic. Pojem zrazkovych prierezov, 
zrazkova frekvencia. Prenos energie pri zrazkach (pruzne a
nepruzne zrazky castic). Metody opisu zrazok (klasicka 
teoria zrazok, kvantovomechanicky popis zrazok castic).
Experimentalne metody merania zrazkovych prierezov. Excita-
cia atomov a molekul (zrazkou s casticou, fotopohltenie). 
Deexcitacie (zrazkou, ziarenim). Experimentalne metody de-
tekcie procesov vzbudenia.
 Procesy tvorby a zaniku nabitych castic.
 Ionizacia zrazkou s elektronom, ionom, atomom. Fotoio-
nizacia. Tvorba a zanik zapornych ionov.
 Penningova ionizacia. Ion - molekulove reakcie, nabojo-
va vymena, ionova konverzia.
 Rekombinacia kladnych ionov s elektronmi.
 Rekombinacia kladnych a zapornych ionov.
 Interakcia nabitych a excitovanych castic s povrchmi 
kovov (sekundarna emisia elektronov, emisia elektronov pri
dopade ionov a metastabilnych castic, povrchova ionizacia).
TRANSPORTNE PROCESY V PLAZME
 Pohyblivost elektronov a ionov, metody merania pohybli-
vosti (metoda 4 mriezok, metoda Biondi-Chaninova, 
Hornbeckova). Pohyblivost ionov v zmesiach plynov. Blanckov
zakon.
 Difuzia nabitych castic v plazme. Einsteinov vztah.
Ambipolarna difuzia. Difuzia nabitych castic plazmy v mag-
netickom poli. Elektricka vodivost plazmy.
 Tepelna vodivost plazmy.
TYPY VYBOJOV V PLYNOCH
 Townsendova teoria elektronovych lavin, Townsendove 
koeficienty, procesy na katode.
 Podmienka prierazu elektrickeho vyboja, Paschenov 
zakon.
 Tleci vyboj. Prikatodove casti tlecieho vyboja. Normal-
ny tleci vyboj. Dalsie formy tlecieho vyboja. Schottkyho 
teoria kladneho stlpca tlecieho vyboja.
 Streamerova teoria prierazu.
 Iskrovy vyboj, rozne stadia iskroveho vyboja. 
 Koronovy vyboj. Mechanizmy vzniku kladneho a zaporneho
koronoveho vyboja.
 Oblukovy vyboj. Jednotlive oblasti oblukoveho vyboja.
 Teoria katodoveho spadu.
 Pohyb elektronov vo vysokofrekvencnom poli. Rozne formy
vysokofrekvencnych vybojov.
TEORIA PLAZMY
 Kineticky popis plazmy.
 Rozdelovacia funkcia. Vyjadrenie transportnych velicin
pomocou rozdelovacej funkcie.
 Kineticka rovnica, zrazkovy clen pre binarne zrazky. 
Momenty kinetickej rovnice (rovnica kontinuity, rovnica pre 
hybnost, rovnica pre prenos energie).
 Debyeov polomer tienenia, definicia plazmy, kvazi-
neutralita plazmy.
 MHD priblizenie riesenia kinetickej rovnice (zakladne
rovnice magnetohydrodynamiky. Zovseobecneny Ohmov zakon.
Hartmanovo prudenie).
 Termodynamicka rovnovaha plazmy. Lokalna termodynamicka
rovnovaha v plazme. Sahova rovnica. Styk plazmy s povrchom
(elektricka dvojvrstva).
ZAKLADY FYZIKY VYSOKOTEPLOTNEJ PLAZMY
 Principy termonuklearnej syntezy (reakcia v deuteriu a
v zmesiach deuteria a tricia).
 Udrzanie plazmy v magnetickom poli.
 Adiabaticky invariant. Magneticke nadoby. Magneticke 
zrkadla. Principy reaktorov pre termojadrovu syntezu 
(Tokamak, Stellarator). Inercialne udrzanie plazmy (super-
kompresia deuteriovych tercikov, pouzitie laserov).
DIAGNOSTICKE METODY PLAZMY
 Urcovanie zakladnych parametrov plazmy: 
sondovymi metodami (elektricka sonda, dvojita elektricka
 sonda, magneticke sondy -pouzitie Rogow- 
 skeho cievky v diagnostike),
mikrovlnnymi metodami (rezonatorove a vlnovodove),
optickymi a spektroskopickymi metodami (interferencne,
 schlierova, z intenzity spektralnej
 ciary, zo sirky spektralnej ciary, zo
 spojiteho ziarenia),
korpuskularna diagnostika plazmy (prechod zvazku neutralnych 
 castic plazmou, analyzatory a detektory 
 ionov).
APLIKACIE PLAZMY V ENERGETIKE, V PLAZMOVYCH TECHNOLOGIACH
A PLAZMOCHEMII
 MHD generatory (s otvorenym a uzatvorenym cyklom). 
Plazmove menice. Vyuzitie plazmy v osvetlovacej technike. 
Vyuzitie plazmy v metalurgii. Plynove a plazmove lasery.
Nerovnovazne a kvazirovnovazne reakcie v plazme (termody-
namika reakcii, kinetika reakcii, pouzitie v organickej 
chemii - pyrolyza). Vyuzitie plazmochemickych reakcii
v mikroelektronike (odstranovanie fotorezistov, leptanie
poly-Si, SiO , depozicia dielektrickych vrstiev). Uprava
povrchov kovov, plastickych a prirodnych polymernych mate-
rialov.

Literatura:
l. Mc Daniel: Procesy stolknovenij v ionizovannych gazach,
 Moskva Mir 1967
2. J.Kracik, J.Tobias: Fyzika plazmatu, Praha Academia 1966
3. J.Kracik, J.B.Slavik, J.Tobias: Elektricke vyboje, Praha,
 SNTL 1964
4. B.L.Smirnov: Fizika slaboionizovanogo gaza, Moskva Nauka
 1972
5. R.A.Arcimovic: Rizene termonuklearni reakce, SNTL, SVTL
 Praha 1963
6. L.S.Polak: Teoreticeskaja i prikladnaja plazmochimija, 
 Moskva 1975
7. B.Gross a kol.: Technika plazmatu, SNTL Praha 1966
8. Ju.P.Rajzer: Fizika gazovogo razrjada, Nauka, Moskva
 1988


III. Vakuova fyzika

 Zakladne pojmy kinetickej teorie plynov. Tok castic 
plynu na stenu. Tlak plynu. Maxwellovo rozdelenie castic 
podla rychlosti. Stredna volna draha castic i pre zmes ply-
nov. Vlastnosti nasytenych par latok a meranie ich tlaku. 
Difuzia. Viskozita a tepelna vodivost plynov. Turbulentne,
viskozne a molekulove prudenie plynov cez otvory a trubice.
Charakteristicke odpory jednotlivych vakuovych prvkov (po-
trubie, otvor, vymrazovacka, ventil a pod.) a ich analogia
s elektrickymi prvkami a obvodmi. Prudenie plynov netesnos-
tami.
 Fyzikalna a chemicka adsorpcia plynov. Adsorpcne 
izotermy. Sorbcia nabitych castic. Absorpcia plynov. Difuzia
a prenikanie plynov kompaktnymi materialmi. Desorpcia ply-
nov. Vlastnosti vakuovych materialov z hladiska adsorpcie a
desorpcie plynov.
 Rovnica cerpania. Pokles tlaku v cerpanom vakuovom sys-
teme.Efektivna cerpacia rychlost. Zakladne charakteristiky 
vyvev. Piestove vyvevy. Rotacne olejove vyvevy s prepla-
chovanim. Dvojrotorove (Rootsove) vyvevy. Molekulove a turbo-
molekulove vyvevy. Termodynamika a charakteristika procesov 
v dyzach. Ejektorove vyvevy. Jednoducha teoria difuznych 
vyvev. Charakteristika pracovnych latok pre difuzne vyvevy.
Experimentalne typy difuznych vyvev. Ionove vyvevy. Adsorpc-
ne vyvevy. Ionovo-sorbcne vyvevy. Kryogenne vyvevy. Metody 
merania cerpacej rychlosti vyvev.
 Kvapalinove vakuometre. Kompresny vakuometer Mc Leoda -
dolna hranica jeho pouzitelnosti. Deformacne mechanicke va-
kuometre. Odporovy termoclankovy a termistorovy vakuometer, 
ich citlivost a pouzitelnost pre rozne plyny. Knudsenov ra-
diometricky vakuometer. Viskozne vakuometre. Ionizacne va-
kuometre (vybojovy, Penningov, triodovy, Bayard-Alpertov, 
magnetronovy, inverzny magnetronovy, Groszkowskeho, 
Laffertyho a dalsie). Cerpacie vlastnosti ionizacnych vakuo-
metrov. Metody kalibracie vakuometrov.
 Meranie parcialnych tlakov. Zaklady hmotnostnej spek-
trometrie. Staticke hmotnostne spektrometre. Dynamicke hmot-
nostne spektrometre (radiofrekvencny, omegatron, monopolovy,
kvadrupolovy, prieletovy, rezonancny). Cykloidalny hmotnostny
spektrograf. Metody desorpcnej spektrometrie.
 Hladanie vakuovych netesnosti. Zakladne pojmy. Jednodu-
che metody hladania netesnosti (vf.skusac vakua, vakuome-
tricka, pretlakova). Luminiscencna metoda. Halogenovy hla-
dac netesnosti. Hmotnostnospektrometricke metody. Umele a
kalibrovane netesnosti. Postup pri hladani netesnosti. Opra-
va netesnych miest.
 Charakteristika vakuovych systemov. Staticke a dynamic-
ke systemy. Vakuove stavebne prvky (ventily, lapace par, el.
priechodky, prenos pohybu do vakua a pod.). Vakuove spojova-
cie prvky, tesnenie. Charakteristika a vyber vakuovych mate-
rialov (skla, kovy, umele hmoty, keramiky, oleje, vosky, ma-
zy a pod.). Technologia spojovania materialov. Zatavy, zva-
ranie, spajkovanie. Moderne technologicke postupy.
 Aplikacia vakuovej metodiky v inych vednych discipli-
nach a priemyslovych vyrobach.

Literatura: 
1. L.Paty: Fyzika nizkych tlaku, Academia, Praha l968
2. J.Groszkowski: Technika vysokeho vakua, SNTL, Praha 1981


Predmet: Elektronika a vakuova fyzika 

I. Elektronika (vid predmet Fyzika plazmy I.)
II. Fyzika a technologia polovodicov
 1. Pn prechod a jeho vlastnosti
 1.1 Strmy pn prechod
 1.2 Linearny pn prechod
 1.3 Kapacita ochudobnenej vrstvy
 1.4 Prechod prudu cez pn prechod
 1.5 Prieraz pn prechodu
 1.6 Sum pn prechodu
 2. Kontakt kov - polovodic
 2.1 Idealny kontakt kov-polovodic 
 2.2 Diodova a difuzna teoria usmernovania
 2.3 Realna Schottkyho bariera
 3.Polovodicove diody a ich vyuzitie
 3.1 Hrotove diody
 3.2 Diody s plosnym pn prechodom
 3.3 Mikrovlnne detekcne a zmiesavacie diody
 3.4 Vykonove diody
 3.5 Zennerove diody
 3.6 Varikapy a veraktory
 3.7 Tunelove diody a lavinove diody
 4. Bipolarne tranzistory
 4.1 Tranzistorovy jav v pripade slabej injekcie
 4.2 Vysokofrekvencne a spinacie tranzistory
 4.3 Vykonove tranzistory
 5.Tranzistory riadene elektrickym polom
 5.1 Struktura MOS
 5.2 Povrchovy potencial a inverzna vrstva
 5.3 MOSFET
 6. Vykonove spinacie prvky
 6.1 Tyristory
 7. Objemove efekty v polovodicoch a ich vyuzitie
 7.1 Domenova nestabilita a Gunnov jav
 8. Zaklady technologie mikroelektronickych obvodov
 8.1 Zakladne technologicke operacie pri vyrobe IO MIS,
 priprava a vlastnosti oxidovych vrstiev, vrstiev ni-
 tridovych, difuzia, implantacia, naparovanie a na- 
 prasovanie, metalizacne systemy.
 8.2 Fotolitografia, principy, moderne litograficke po-
 stupy.
 8.3 Priestory pre vyrobu IO.
 8.4 Popis zakladnych technologii MIS, PMOS, NMOS, MNOS,
 CMOS, samozakrytove technologie, porovnanie vlastnos-
 ti IO pripravenych roznymi technologiami.
 8.5 Zaverecne technologicke operacie pri vyrobe IO MIS,
 delenie dosiek, puzdrenie, zahorovanie, testovanie.

Dátum poslednej aktualizácie tohto dokumentu: 28.4.99.
Posledná aktualizácia údajov v systéme: 091006-V393.