Detail oboru

Fyzikální elektronika a nanotechnologie

FEKTZkratka: PP-FENAk. rok: 2017/2018Zaměření: -

Program: Elektrotechnika a komunikační technologie

Délka studia:

Akreditace od: 25.7.2007Akreditace do: 31.12.2020

Profil oboru

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.

Klíčové výsledky učení

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.

Profesní profil absolventů s příklady

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.

Garant oboru

Vypsaná témata doktorského studijního programu

  1. Flexibilní a objemové piezokeramické generátory elektrické energie

    Cílem práce je vytvořit nové a neotřelé konstrukce využívající milimetrové nebo nanometrové piezokeramické prvky pro generování elektrické energie na základě mechanického buzení (pohyb, vibrace, pohyb větru atd.) Výroba konstrukce jednotlivých generátorů proběhne ve spolupráci se spolupracujícími pracovišti v rámci VUT.

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

  2. Fluktuační mechnismy v piezoelektrických MEMS na bázi AlN a ZnO

    Nitrid hliníku (AlN) a oxid zinečnatý (ZnO) jsou materiály, jejichž fyzikální vlastnosti splňují požadavky konstruktérů MEMS a vědců pro piezoelekické a fotonické aplikace. Ve srovnání s nitridem hliníku je většina piezoelektrických tenkovrstvých materiálů nevhodná pro přímou integraci do zařízení MEMSna bázi křemíku vzhledem k jejich nekompatibilitě s výrobní technologií CMOS nebo k jejich požadavkům na technologické kroky po nanesení. AlN vykazuje nízké až střední hodnoty piezoelektrických koeficientů, nicméně mnoho aplikací nevyžaduje velkou hodnotu odezvy tak jako vysoký hodnotu mechanického faktoru kvality. Vzhledem k malé hodnotě dielektrických ztrát a velké dielektrické pevnosti může být AlN měnič asi 24krát efektivnější než srovnatelný PZT snímač. Práce si klade za cíl identifikovat významné mechanismy fluktuací u piezoelektrické zařízení MEMS na bázi nitridu hliníku a dále optimalizovat poměr signál-šum těchto zařízení. Šumová měření a piezoelektrické / elektrické charakterizace vzorků budou provedeny v širokém rozsahu teplot od 80 K až 400 K. Dále budou provedeny testy stárnutí pro analýzu parametrů degradace (vlhkost, IR záření, teplota). Ověření rozměrů a morfologie nanesených tenkých vrstev bude provedena pomocí optických a elektronových mikroskopů. Vedle nitridu hliníku oxid zinečnatý (ZnO) představuje je atraktivní alternativu díky lepším piezoelektrickým vlastnostem a v rámci této práce budou rovněž zkoumán. Studie bude provedena na tenkých vrstvých Aln a ZnO nanesených na elektrody z vybraných materiálu (stříbra, platiny, zlata, atd), která bude připravena ve spolupráci s Technickou univeritou ve Vídni. Očekává se, že PhD student absolvuje studijní střednědobý pobyt ve spolupracující laboratoři.

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

  3. Hluboké neuronové sítě a jejich využití v rozpoznávání vad na povrchu elektronické struktury

    Práce se zabývá využití neuronových sítí s hlubokým učením pro diagnostiku povrchu elektronických mikro a nano struktury, které jsou snímány pomocí skenovacích mikroskopů s různým stupněm rozlišení. Hledání vad vyskytujících se na povrchu je velmi časově náročné. Motivací práce je tyto vady rozpoznat ze získaných dat.

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

  4. Přesné měření 3D vzdáleností

    Měření rozměrů prostorových objektů se v poslední době stává velice důležité s ohledem na rozvíjející se technologie 3D tisku, rozšířené reality, 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 aplikačním možnostem jednotlivých metod.

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

  5. SPM-techniky modifikace povrchu

    Vlastnosti materiálů v mikro- a nano-měřítku jsou ovlivněny geometrií povrchu, a jsou funkcí rozměrů. K jejich zkoumání existuje mnoho SPM režimů a metod skenování. Nicméně stále existuje velký potenciál pro využití SPM pro přípravu a vyšetřování struktur v nanoměřítku. SPM měření umožňují vyhodnocovat parametry povrchů s vysokou přesností. SPM litografické techniky jsou schopny realizovat struktury v nanoměřítku. Litografie se může provádět za použití síly nebo elektrický interakce mezi povrchem vzorku a sondou. Když je špička v mechanickém kontaktu s povrchem, struktury jsou vytvořeny elastickou a plastickou deformací materiálu. Při elektrické litografii se modifikace dosáhne díky změně vodivosti materiálu a vlhkosti v průběhu anodizace. Ty silně ovlivňují proces, a proto by měly být kontrolovány. Účelem této studie je povrchová úprava povrchu pomoci SPM technik (anodická oxidace, silová litografie) a charakterizaci připravených struktur.

    Školitel: Grmela Lubomír, prof. Ing., CSc.

  6. Stabilita fotovoltaických heterostruktur

    Studie stability polovodičových struktur je přínosem pro tvorbu nových struktur a výkonnosti stávajíce elektroniky. Tato práce by měla obsahovat degradační testy a následné charakterizace testovaných struktur. Jevy, k nímž docház ve fotovoltaických heterostrukturách jsou enormně zajímavé jak pro fundamentální fyziku, tak i pro praktické aplikace. Cílem této práce bude studium indukovaných procesů stárnutí fotovoltaickych heterostruktur.

    Školitel: Grmela Lubomír, prof. Ing., CSc.

  7. Studie změny odporu u vysokonapěťových komponent topení, návrh modelu, metodika redukce změny odporu

    Cílem práce je studium degradačních procesů u prvků vysokonapěťového topení určených pro elektromobily. Dílčími cíli jsou návrh modelu a metodika redukce změn odporu. Tato práce bude prováděna ve spolupráci s nadnárodní firmou, kde doktorand absolvuje stáž (v ČR nebo v Rakousku).

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

  8. 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.

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

  9. Zařízení pro sběr elektrické energie na bázi bezolovnaté piezoelektrické keramiky

    Práce se bude zabývat návrhem, výrobou a optimalizací piezoelektrických zařízení pro sběr energie. Hlavní část práce je zaměřena na bezolovnaté piezoelektrické materiály typu BCZT, KNN a BNKT. Sekundárním cílem bude návrh elektronických obvodů ve snaze získat maximální účinnost přenosu mechanické energie na energii elektrickou uloženou v elektrickém či elektrochemickém rezervoáru (kondenzátor, baterie/superkondenzátor). Dále se bude práce zabývat návrhem a vývojem vhodných metod pro testování a vyhodnocování parametrů u těchto energy harvesterů.

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


Struktura předmětů s uvedením ECTS kreditů (studijní plán)

1. ročník, zimní semestr
KódNázevJ.Kr.Sem.Pov.Uk.Sk.Ot.
DET1Elektrotechnické materiály, materiálové soustavy a výrobní procesycs4zimníVolitelný oborovýdrzkano
DEE1Matematické modelování v elektroenergeticecs4zimníVolitelný oborovýdrzkano
DME1Mikroelektronické systémycs4zimníVolitelný oborovýdrzkano
DTK1Moderní síťové technologiecs4zimníVolitelný oborovýdrzkano
DRE1Návrh moderních elektronických obvodůcs4zimníVolitelný oborovýdrzkano
DFY1Rozhraní a nanostrukturycs4zimníVolitelný oborovýdrzkano
DTE1Speciální měřicí metodycs4zimníVolitelný oborovýdrzkano
DMA1Statistika. stochastické procesy, operační výzkumcs4zimníVolitelný oborovýdrzkano
DAM1Vybrané kapitoly řídicí technikycs4zimníVolitelný oborovýdrzkano
DVE1Vybrané statě z výkonové elektroniky a elektrických pohonůcs4zimníVolitelný oborovýdrzkano
DBM1Vyšší metody zpracování a analýzy obrazůcs4zimníVolitelný oborovýdrzkano
DJA6Angličtina pro doktorandycs4zimníVolitelný všeobecnýdrzkano
DRIZŘešení inovačních zadánícs2zimníVolitelný všeobecnýdrzkano
DEIZVědecké publikování od A do Zcs2zimníVolitelný všeobecnýdrzkano
1. ročník, letní semestr
KódNázevJ.Kr.Sem.Pov.Uk.Sk.Ot.
DTK2Aplikovaná kryptografiecs4letníVolitelný oborovýdrzkano
DMA2Diskrétní procesy v elektrotechnicecs4letníVolitelný oborovýdrzkano
DME2Mikroelektronické technologiecs4letníVolitelný oborovýdrzkano
DRE2Moderní digitální bezdrátová komunikacecs4letníVolitelný oborovýdrzkano
DTE2Numerické úlohy s parciálními diferenciálními rovnicemics4letníVolitelný oborovýdrzkano
DFY2Spektroskopické metody pro nedestruktivní diagnostikucs4letníVolitelný oborovýdrzkano
DET2Vybrané diagnostické metody, spolehlivost, jakostcs4letníVolitelný oborovýdrzkano
DAM2Vybrané kapitoly měřicí technikycs4letníVolitelný oborovýdrzkano
DBM2Vybrané problémy biomedicínského inženýrstvícs4letníVolitelný oborovýdrzkano
DEE2Vybrané problémy z výroby elektrické energiecs4letníVolitelný oborovýdrzkano
DVE2Vybrané statě z elektrických strojů a přístrojůcs4letníVolitelný oborovýdrzkano
DJA6Angličtina pro doktorandycs4letníVolitelný všeobecnýdrzkano
DCVPCitování ve vědecké praxics2letníVolitelný všeobecnýdrzkano
DRIZŘešení inovačních zadánícs2letníVolitelný všeobecnýdrzkano
1. ročník, celoroční semestr
KódNázevJ.Kr.Sem.Pov.Uk.Sk.Ot.
DQJAZkouška z angličtiny před státní doktorskou zkouškucs4celoročníPovinnýdrzkano