PELČÁK, J. Transport elektrického náboje v tantalovém kondenzátoru [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií. 2012.
Ing. Jaromír PELČÁK Téma doktorské práce : Transport elektrického náboje v tantalovém kondenzátoru Pan Ing. Jaromír Pelčák, nar. 1976, zahájil doktorandské studium na Ústavu fyziky v akademickém roce 2004/05, které bylo školícím pracovištěm pro obor Mikroelektronika a technologie v kombinované formě studia. V souvislosti s akreditací nových doktorských studijních programů přešel v roce 2008 na nový obor Fyzikální elektronika a nanotechnologií, taktéž do kombinované formy. V průběhu akademických let roku 2005 až 2007 vykonal 5 předepsaných odborných zkoušek doktorského studia a složil Státní doktorskou zkoušku na oboru Mikroelektronika a technologie. S přechodem na studijní obor Fyzikální elektronika a nanotechnologií složil Státní doktorskou zkoušku podruhé v roce 2011. Odbornou zahraniční stáž vykonal jako zaměstnanec AVX Czech Republic s.r.o. v mateřské společnosti AVX v USA v Myrtle Beach. V prvních třech letech studia postupoval v souladu se svým studijním plánem. Posléze odešel ze zaměstnání v AVX Czech Republic na nové pracoviště, což se i vzhledem k přestěhování celé rodiny do Prahy promítlo do časového zpoždění při vypracovávání vlastní disertační práce. V novém zaměstnání u společnosti Rutronik Ing. Pelčák pokračuje ve výzkumné činnosti přímo spojené s pasivními elektronickými součástkami a projevil zájem doktorské studium dokončit. Svou odbornou činnost prokázal několika časopiseckými publikacemi, větší počet publikací je však z firemní úrovně a jejich obsah není veřejný. V říjnu 2011 dokončil disertační práci a přihlásil se k obhajobě disertační práce. Publikační činnost je doložena. Tématu disertační práce se Ing.Pelčák věnoval s různou intenzitou během celého doktorského studia. Během zaměstnání v AVX to byla hlavní náplň jeho práce, později navázal úzkou spolupráci, kterou ve výzkumu tantalových kondenzátorů má UFYZ FEKT s AVX Czech Republic s.r.o. formou hospodářských smluv a disertaci dokončil. Vlastní disertační práce je zaměřena na některé analýzy transportních charakteristik MIS struktur s aplikací modelu na tantalové kondenzátory s cílem podrobného fyzikálního rozboru struktury Ta kondenzátoru. V práci jsou popsány tři mechanismy transportu včetně oblastí a zapojení, kde která z nich má dominantní vliv. Po rozsáhlých experimentálních studiích na konkrétních sadách vzorků byla provedena realizace náhradního obvodu popisující fyzikální chování: - transport elektrického náboje a jeho rozložení - stanovena ohmická vodivost. - vodivost Poole Frenkelova jevu a její součinitel - tunelový proud včetně charakteristické hodnoty tunelového napětí - proveden návrh na optimalizaci technologické přípravy Vytčené cíle disertační práce byly splněny. Ing. Pelčák prokázal schopnosti řešit náročné vědecké problémy, inovoval experimentální metody přímo využitelné v technologickém procesu přípravy tantalových kondenzátorů. Doporučuji postoupit disertační práci Ing. Jaromíra Pelčáka k obhajobě. V Brně dne 20.1.2012 Doc. Ing. Lubomír Grmela, CSc Ústav fyziky FEKT VUT
Prof. Ing. Bohumil Koktavý, CSc. Fakulta stavební VUT v Brně Ústav fyziky Žižkova 17 61600 Brno O P O N E N T N Í P O S U D E K Doktorské disertační práce Ing. Jaromíra Pelčáka „Transport elektrického náboje v tantalovém kondenzátoru“ Disertační práce Ing. Jaromíra Pelčáka „Transport elektrického náboje v tantalovém kondenzátoru“ se zabývá studiem vlastností tantalových kondenzátorů s pevným elektrolytem. Kondenzátor typu Ta–Ta2O5 – MnO2 svým složením představuje MIS strukturu, kde tantalová anoda má kovovou vodivost, izolační vrstva je tvořena pentoxidem tantalu Ta2O5 a katoda je polovodič MnO2. Náboj kondenzátoru není akumulován jen na elektrodách, ale také na lokalizovaných stavech (kyslíkových vakancích) v izolační vrstvě. Jedná se o velmi zajímavé téma z hlediska uplatnění těchto součástek v elektronických výrobcích a to jak ve spotřební elektronice, tak ve specielních aplikacích v lékařství jako jsou kardiostimulátory a v kosmickém výzkumu. V současné době jsou k dané problematice publikovány prameny, řešící jen dílčí hlediska, které neposkytují dostatečně komplexní nástroje pro optimalizaci výroby. S ohledem na tyto skutečnosti lze téma disertace označit jako vysoce aktuální. Práce obsahuje úvod, přehledný popis současného stavu technologie tantalových kondenzátorů včetně kontaktování, pouzdření a testování. Další kapitolou je teoretický popis a podrobný rozbor struktury MIS, včetně závislosti kapacity této struktury na napětí při nízké a vysoké frekvenci. Cílem práce je analýza fyzikálních charakteristik tantalového kondenzátoru jako struktury MIS, určení dominantních složek transportu a akumulace elektrického náboje. Pro aplikace v elektrických obvodech je analyzován náhradní elektrický obvod kondenzátoru popisující jeho reálné chování. Výchozím bodem jsou experimentálně zjištěné charakteristiky kondenzátoru a vytvoření fyzikálního modelu kondenzátoru v závislosti na přiloženém napětí a teplotě při popisu kondenzátoru ve stacionárním stavu a dále jeho frekvenční charakteristiky. Na základě srovnání teoretických závěrů a interpretace experimentálně zjištěných charakteristik je popsáno rozdělení náboje na elektrodách a lokalizovaných stavech v izolační vrstvě Ta2O5. Analýza vlastností tantalového kondenzátoru a jeho modelování má za cíl vytvoření podkladů pro zlepšování jeho vlastností a pro optimalizaci jeho výroby. Dalším dílčím výsledkem práce je návrh a výpočet prvků náhradního obvodu reprezentujícího frekvenční a teplotní závislost impedance, ekvivalentního sériového odporu, ekvivalentní sériové kapacity a ztrátového úhlu. Zde je třeba podotknout, že vytvoření vhodného náhradního schématu není jednoduchou úlohou, protože je nutné modelovat poměrně složitou strukturu, která má při detailním přístupu charakter obvodu s rozloženými parametry. Proto je model poměrně složitý. Doktorand dobře vyhodnotil míru vlivu jednotlivých prvků tohoto obvodu na přesnost výsledného náhradního obvodu a našel přijatelný kompromis z hlediska jednak dostatečné přesnosti, jednak přijatelné složitosti. Dospěl tak k závěrům, které lze využít pro optimalizaci technologie výroby. V práci se vychází z výsledků měření VA charakteristik v normálním a reverzním režimu a na základě podrobné analýzy jsou uvedeny důležité závěry pro návrh fyzikálního modelu tantalového kondenzátoru. V normálním módu – při přiložení kladného napětí na anodu je transport nosičů náboje izolační vrstvou určený Poole-Frenkelovým mechanismem a tunelováním. Při nízké intenzitě elektrického pole je dominantní Poole-Frenkelův mechanismus transportu náboje, při vyšší intenzitě elektrického pole je proud určen tunelováním. Při nízké intenzitě elektrického pole se projeví i ohmická složka proudu určená odporem příměsného pásu vytvořeného v izolantu donorovými stavy kyslíkových vakancí. Tloušťka izolační vrstvy studovaných vzorků byla stanovena na základě modelování naměřených VA charakteristik ze součinitele Poole-Frenkelova jevu. Je zajímavé, že tunelový proud tvořil významnou složku až při napětí vyšším než je doporučené pracovní napětí, což odpovídalo intenzitě elektrického pole 100 MV/m. Z teplotní závislosti složek zbytkového proudu byla stanovena aktivační energie EA = 0.4eV, což je typická hodnota izolačních vrstev tantalových kondenzátorů. Protože stabilita a spolehlivost těchto elektronických součástek je závislá na defektech jak v objemu, tak na povrchu, je důležité pro další miniaturizaci, zvýšení kvality a spolehlivosti pochopení fyzikálních procesů probíhajících v průběhu jejich aplikace. Z tohoto důvodu je třeba předloženou práci hodnotit vysoce kladně. Publikační činnost disertanta obsahuje 7 položek, převážně orientovaných na úpravu technologie tantalových kondenzátorů. Práce je přehledně uspořádaná a obsahuje jen několik formálních chyb. Jsou to na příklad tyto: a) Ve vztahu (2.75) není složka tunelového proudu v souladu s (2.73). b) Je třeba opravit vztah (4.4), (4.5). c) Součinitel tunelového proudu je vhodné označovat jednotně ve všech vztazích. d) Ve fyzikálních rovnicích je třeba psát kromě číselných hodnot veličin také jejich jednotky, např. ve vztahu (4.9). e) Je třeba opravit první řádek odst. 2.2.4. K práci mám následující dotazy: a) O kterých pět průběhů daného měření se jedná v odstavci 4.1.1? b) Které výsledky disertace lze v současné době využít pro zvýšení kvality a spolehlivosti u našich výrobců tantalových kondenzátorů? Po podrobném posouzení disertační práce mohu konstatovat, že předložená práce řeší aktuální problematiku a je výsledkem systematického a cílevědomého studia. Disertace má charakter tvůrčí vědecké práce a obsahuje cenné původní výsledky. Na základě toho konstatuji, že Ing. Jaromír Pelčák prokázal, že je schopen řešit náročné problémy v oblasti transportu elektrického náboje v tantalových kondenzátorech. Doporučuji proto postoupit disertační práci Ing. Jaromíra Pelčáka „Transport elektrického náboje v tantalovém kondenzátoru“ příslušné komisi k obhajobě. V Brně 3.1.2012 Prof. Ing. Bohumil Koktavý, CSc.
viz posudek ve formátu pdf
eVSKP id 48202