Cílem studia je poskytnout ve všech dílčích zaměřeních doktorské vzdělání absolventům vysokoškolského magisterského studia. Vytvořit interdisciplinární přehled současného vývoje, prohloubit teoretické základy ve zvoleném oboru, zvládnout metody vědecké práce, rozvíjet tvůrčí schopnosti a využít je při řešení vědeckého problému, který vyústí ve vypracování disertační práce přinášející vlastní původní přínos v daném oboru.

Absolvent oboru získá znalosti mezioborového charakteru z technických a přírodovědních disciplin na vysoké teoretické úrovni. Pro další samostatnou výzkumnou a vývojovou práci je vybaven vědomostmi zejména z fyziky polovodičů, kvantové elektroniky, matematického modelování a umí samostatně řešit problematikou spojenou s nanotechnologiemi. Uplatnění najde především jako vědecký pracovník základního nebo aplikovaného výzkumu při tvůrčím zavádění a využívání nových perspektivních a ekonomicky výhodných postupů v oblasti elektroniky, elektrotechniky, nedestruktivního testování spolehlivosti a materiálové analýze.

Absolvent oboru získá znalosti mezioborového charakteru z technických a přírodovědních disciplin na vysoké teoretické úrovni. Pro další samostatnou výzkumnou a vývojovou práci je vybaven vědomostmi zejména z fyziky polovodičů, kvantové elektroniky, matematického modelování a umí samostatně řešit problematikou spojenou s nanotechnologiemi. Uplatnění najde především jako vědecký pracovník základního nebo aplikovaného výzkumu při tvůrčím zavádění a využívání nových perspektivních a ekonomicky výhodných postupů v oblasti elektroniky, elektrotechniky, nedestruktivního testování spolehlivosti a materiálové analýze.

prof. RNDr. Pavel Tománek, CSc.

1. Absorpční vlastnosti termického plazmatu

   Významnou roli v mnoha technologických zařízeních využívajících plazmové procesy hraje radiační přenos energie. Experimentální sledování je velmi obtížné, proto se často přistupuje k matematickému modelování. Pro teoretické modelování je nutná znalost absorpčních vlastností plazmatu. Cílem práce je shromáždit atomární a molekulární data, která budou sloužit jako vstupní data pro výpočet koeficientů absorpce vybraných druhů plazmatu. Jedná se o vyhledávání dat v dostupných databázích na Internetu, jejich počítačové zpracování, vytvoření vlastní databáze ve tvaru vstupních souborů pro další počítačové zpracování.

   Školitel: Bartlová Milada, doc. RNDr., Ph.D.

2. Elektronický nos založený na analýze proudových fluktuací

   Práce se zabývá studiem elektronického šumu za účelem vytvořit netradiční metodiku vyhodnocení výstupního signálu senzoru nejen z hlediska stejnosměrné složky ale také i její fluktuace. Vzhledem k částicovému charakteru látek fyzikální procesy probíhající v látkách mají povahu stochastickou, a makroskopicky se projevují fluktuacemi měřitelných veličin, tj. šumem. Motivací této práce je vytvoření elektronického nosu na základě analýzy proudových fluktuací u vodivostních senzorů a metod shlukové analýzy, tedy použití jednoho senzoru pro detekci několika plynů v plynové směsi. Cílem práce bude analýza těchto fluktuačních procesů v závislosti na vstupní veličině pomocí měření šumových a transportních charakteristik. Jedním z dílčích cílů je vytvoření experimentálního zařízení demonstrující využití těchto technik v praxi.

   Školitel: Sedlák Petr, doc. Ing., Ph.D.

3. Charakterizace zdrojů elektromagnetické emise pomocí signálových parametrů

   Práce se zabývá studiem signálů elektromagnetické emise (EME) a jejich parametrizací za účelem studia degradačních procesů, vedoucích k úplnému zničení modelových vzorků při jejich mechanickém namáhání, a jejich lokalizací. Signály EME mají stochastický charakter a jejich metodika zpracování využívá podobných principů jako u rozpoznávání lidské řeči. Motivací této práce je přesná evaluace chování materiálů při jejich mechanickém či teplotním zatěžování pomocí metody elektromagnetické emise, která našla řadu uplatnění při studiu kompozitních materiálů a v seismologii. Cílem je definování vhodných signálových parametrů emisních událostí v časové, frekvenční a časově-frekvenční oblasti a dále nalezení vhodné metodiky identifikace s využitím metod shlukové analýzy. Jedním z dílčích cílů bude vytvoření umělého zdroje elektromagnetické emise.

   Školitel: Sedlák Petr, doc. Ing., Ph.D.

4. Izolace defektů solárních článků

   Jednotlivé defekty struktur solárních článků mohou mít zásadní vliv na parametry celého článku. Prvním krokem k jejich eliminaci je lokalizace jednotlivých defektů v mikroskopickém měřítku. Práce bude věnována možnostem uplatnění svazku fokusovaných iontů, případně jiných metod pro eliminaci defektů a studium jeho vlivu na parametry polovodičových vzorků.

   Školitel: Škarvada Pavel, Ing., Ph.D.

5. Kompozity pro elektrické izolace pro vyšší napětí a se zvýšenou spolehlivostí

   Předmětem výzkumu budou dielektrické vlastnosti kompozitů pro elektrické izolace. Tyto materiály jsou založeny na vhodné pryskyřici, nejčastěji epoxidové, v níž jsou rozptýleny mikročástice různých oxidů, nejčastěji SiO_2, TiO_2, ale i Al_2O_3 či WO_3, eventuálně i chemicky složitějších látek. Přítomnost mikročástic různých druhů i velikostí o rozměrech řádově 10 – 20 microm příznivě ovlivňuje odolnost kompozitů vůči částečným výbojům i vůči elektrickému treeingu, a tím i výšku průrazného napětí i schopnost odolávat degradaci. To pak ve svém důsledku vede k možnosti vyrábět elektrická zařízení (např. vn vypínače) s menšími rozměry a vyšší spolehlivostí. Významným problémem kompozitů je přítomnost velkého množství rozhraní v důsledku přítomnosti velkého počtu mikročástic se složitým povrchem (ani kulového ani rovinného tvaru). Tato rozhraní jsou málo stabilní a mohou vést k podstatným změnám elektrických vlastností během stárnutí. Jedním z cílů navrhovaného výzkumu by tedy bylo prostudovat chování kompozitů s více různými druhy mikročástic při urychleném stárnutí. Zpracování tématu si bude vyžadovat experimentální práce při přípravě vzorků, teoretické studium souvislostí mezi mikrofyzikální strukturou a elektrickými vlastnostmi i měření elektrických vlastností vybraných materiálů. K dispozici je vybavení laboratoře dielektrické relaxační spektroskopie na Ústavu fyziky FEKT VUT v Brně s frekvenčním rozsahem cca 10^(-2) – 10^9 Hz (analyzátor Alpha AT firmy Novocontrol), včetně héliového kryostatu Janis CCS-400/204 pro teplotní interval 10 – 500 K a softwaru pro řízení měření. Dále je rovněž k dispozici infračervený spektrometr Nicolet 8700 s Fourierovou transformací pro interval vlnových čísel 20 000 – 350 cm-1.

   Školitel: Liedermann Karel, doc. Ing., CSc.

6. Metody měření 3D vzdáleností

   Měření rozměrů prostorových objektů se v poslední době stává velice důležité s ohledem na rozvíjející se technologie 3D tisku, navigací a nejrůznějších přenosných zařízení. Pro optické měření vzdálenosti je zavedeno a používáno několik přístupů vhodných pro konkrétní aplikace, odlišujících se rozlišením, měřícím rozsahem, rychlostí měření, finanční a technickou náročností. Práce bude věnována možnostem uplatnění jednotlivých metod v přenosových systémech.

   Školitel: Škarvada Pavel, Ing., Ph.D.

7. RTS šum v nanoelektronických strukturách

   Cílem práce je stanovení parametrů pastí v izolační vrstvě struktur HFET/HEMT na základě analýzy jejich šumových charakteristik, zejména šumu typu RTS (random telegraph noise). Experimentální část práce spočívá v měření teplotní závislosti šumu pomocí heliového kryostatu a studiu amplitudy a střední doby zachycení a emise jako funkce intenzity pole a koncentrace nosičů náboje v kanálu. Tyto výsledky pak budou použity pro zpřesnění generačně-rekombinačního modelu vzniku šumu a lokalizaci pastí.

   Školitel: Pavelka Jan, doc. Mgr., CSc. Ph.D.

8. Studium dielektrických a elektroizolačních materiálů s nízkou permitivitou

   Zmenšování rozměrů v integrovaných obvodech (dnes 32 nm) vede ke zvyšování kapacit mezi vodiči, a ve svém důsledku ke snižování rychlosti přenosu signálu. Limitujícím faktorem pro zvyšování výkonu IC se tak stávají nikoli již vlastnosti samotných polovodičových prvků, ale rychlost přenášení signálu mezi nimi, a tedy kapacit. Jednou z možností pro snižování kapacit mezi vodiči je snižování permitivity dielektrických izolačních vrstev (kapacita je přímo úměrná permitivitě použitého materiálu). Dnes jsou patrné dvě cesty, buď nahrazování polárních vazeb Si-O vazbami méně polárními (Si-F, Si-C) nebo zvyšování porozity (tj. vytváření směsi původního dielektrika se vzduchem). Nově navrhované materiály s nízkou permitivitou přitom nesmějí výrazně omezovat současně používané křemíkové technologie a dále musí být schopny absolvoval všechny výrobní kroky (včetně teplot cca 1100 °C). Zpracování tématu si bude vyžadovat experimentální práce při přípravě vzorků, teoretické studium možností dosažení nízkých permitivit i měření elektrických vlastností vytvořených materiálových systémů. K dispozici je vybavení laboratoře dielektrické relaxační spektroskopie na Ústavu fyziky FEKT VUT v Brně s frekvenčním rozsahem cca 10^(-3) – 10^9 Hz, včetně héliového kryostatu Janis CCS-400/204 pro teplotní interval 10 – 500 K. dalším zařízením patří analyzátor Novocontrol ALPHA-AT s vysokým rozlišením a s frekvenčním rozsahem 3 μHz – 40 MHz a rovněž infračervený spektrometr Nicolet 8700 s Fourierovou transformací pro interval vlnových čísel 20 000 – 350 cm^(-1).

   Školitel: Liedermann Karel, doc. Ing., CSc.

9. Studium dielektrických materiálů s vysokou permitivitou na bázi titaničité keramiky

   Cílem výzkumu je studium elektrických vlastností elektrotechnické keramiky na bázi CaCu3Ti4O12 (CCTO) s příměsemi přechodových kovů a lanthanidů. Pozornost bude soustředěna především na identifikaci mechanismů vedoucích k vysoké permitivitě (řádu 10^4 – 10^5) a na následnou modifikaci keramiky CCTO s cílem snížit dielektrické ztráty a rozšířit frekvenční interval, v němž si permitivita zachovává svou vysokou hodnotu, směrem do oblasti GHz. Materiály s vysokou permitivitou jsou zapotřebí pro nové aplikace, např. v integrovaných obvodech další generace (32 nm) či v kondenzátorech. Ve výrobě kondenzátorů jsou materiály s vysokou permitivitou žádoucí pro dosažení vyšší hustoty energie v kondenzátoru, a tedy ke zmenšování rozměrů. Zpracování tématu si bude vyžadovat experimentální práce při přípravě vzorků, teoretické studium fyzikálních příčin vysoké permitivity i měření elektrických vlastností vybraných materiálů. K dispozici je vybavení laboratoře dielektrické relaxační spektroskopie na

   Školitel: Liedermann Karel, doc. Ing., CSc.

10. Využití elektromagnetické emise pro sledování procesů v horninách

    Při mechanickém zatěžování pevných látek dochází ke vzniku elektromagnetické emise (EME). V přírodních podmínkách lze sledovat EME v souvislosti s tektonickými procesy, redistribucí mechanického napětí a šířením trhlin před zemětřesením nebo v souvislosti s gravitačními pohyby hornin. EME lze měřit různými typy antén a na základě tohoto měření je možné provádět sledování výše uvedených jevů. Cílem práce bude rozpracování metodiky pro měření a zpracování signálů EME pro využití při predikci zemětřesení a dalších vybraných jevů a případně i pro rozlišení jednotlivých typů těchto jevů. K tomuto účelu bude prováděno dlouhodobé měření EME v jeskyních v České republice a v Alpách v Rakousku a získané výsledky budou korelovány s výsledky dalších metod využívaných v geologii. Důležitou součástí práce bude provedení rozboru vzniku a šíření EME ve sledovaných materiálech a návrh a ověření pokročilých metod pro zpracování a vyhodnocení měřených signálů. Doktorand bude během své výzkumné práce zapojen do vědeckovýzkumné spolupráce s Ústavem struktury a mechaniky hornin AV ČR, v.v.i. a s Department of Geology, Naturhistorisches Museum Wien, Rakousko.

    Školitel: Koktavý Pavel, prof. Ing., CSc. Ph.D.