Detail oboru

Fyzikální elektronika a nanotechnologie

FEKTZkratka: PP-FENAk. rok: 2019/2020

Program: Elektrotechnika a komunikační technologie

Délka studia:

Akreditace od: 25.7.2007Akreditace do: 31.12.2020

Profil

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

Vypsaná témata doktorského studijního programu

  1. Dielektrická spektroskopie materiálů s vysokou permitivitou

    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. V dnešní době je této oblasti výzkumu věnována velká pozornost např. CCTO materiály atd.

    Školitel: Holcman Vladimír, Ing., Ph.D.

  2. Elektrická charakterizace nanostruktur pomocí SPM

    Cílem této studie je nedestruktivního zkoumání lokálních elektrických vlastností nanostruktur včetně korelace mezi mechanickým a elektrickým kontrastem dat SPM. Nízkorozměrové elektronické struktury vyžadují citlivé charakterizační techniky. Okolní podmínky ovlivňují měření a vytvářejí další komplikace při interpretaci výsledků. Nesprávný výběr metody měření může ovlivnit nanostruktury a modifikovat jejich vlastnosti. Výsledkem práce by měl být vývoj metod a kalibračních vzorků pro kvantitativní vyhodnocení elektrických parametrů.

    Školitel: Sobola Dinara, Mgr., Ph.D.

  3. 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.

  4. Fluktuační procesy v strukturách na bázi grafenu

    Nízkofrekvenční šumové procesy jsou obecně sledovány u mnoha elektronických součástek a jsou spojovány s jejich lokálním/objemovým namáháním, projevy stárnutí a případnými nedokonalostmi ve struktuře. Dominantně je pozorován šum 1/f, který ve spojení s 2D strukturou grafenu poskytuje unikátní možnost jak studia vlastního šumového procesu, tak i vlastností moderní elektroniky založené na grafenu (tranzistory, senzory apod.).

    Školitel: Macků Robert, Ing., Ph.D.

  5. 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.

  6. Navýšení dielektrické konstanty u keramických materiálů pro využití v kondenzátorech

    Materiály s vysokou permitivitou jsou zapotřebí pro nové aplikace, např. v integrovaných obvodech další generace či v kondenzátorech. Ve výrobě kondenzátorů jsou materiály s vysokou permitivitou žádoucí pro dosažení vyšší hustoty energie v kondenzátoru, a tedy ke zmenšování rozměrů. V dnešní době se nejvíce používá čistý materiál BaTiO3 u komerčních keramických kondenzátorů. Dopováním se dá permitivita tohoto materiálu zvýšit až 10krát. Cílem je tedy najít možnosti, jak u BaTiO3 řízeně navýšit permitivitu formou dopování nebo úpravou materiálu. V rámci studia je předpokládána stáž na Universitě v Oulu.

    Školitel: Holcman Vladimír, Ing., Ph.D.

  7. Přesné měření prostorových 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 teoretickým principům a aplikačním možnostem vybraných metod, jejich vylepšením a experimentálnímu ověření předpokladů.

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

  8. Příprava BiFeO3 metodou sol-gel

    Metoda sol-gel spočívá v přeměně koloidní suspense - sole (vodných roztoků nitrátu bizmutu a železa) do gelu hydrolýzou a kondenzací. Sol-gel metodou lze získat materiály různých rozměrů od keramiky až po jednotlivé nanočástice (do 30 nm). Tenké vrstvy BiFeO3 (o tloušťce nebo rozměru krystalitů až 62 nm) jsou zajímavé z důvodu možnosti získání magnetoelektrického jevu. Cílem práce je studium vlastností filmů BiFeO3 získaných metodou sol-gel v závislosti na teplotě a čase syntézy syntézy. Chemická homogenita získaného materiálu, která je výhodou této metody, usnadňuje práci na studiu strukturálních vlastností.

    Školitel: Sobola Dinara, Mgr., Ph.D.

  9. Radiační charakteristiky termického plazmatu

    Radiační přenos energie výrazně ovlivňuje fyzikální procesy probíhající v plazmatu, hraje důležitou roli v mnoha zařízeních využívajících plazmové procesy, např. při tvorbě povrchů specifických vlastností, pro syntézu látek, likvidaci škodlivin, plazmovou metalurgii, apod. Cílem práce je pomocí různých aproximačních metod najít řešení rovnice přenosu záření, porovnat získané výsledky pro vyzářenou energii a tok záření pro vybrané druhy plazmatu, diskutovat výhodnost a použitelnost jednotlivých výpočetních metod.

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

  10. Strukturální defekty grafitových materiálů

    Elektrické jevy v materiálech na bázi grafitu přitahují pozornost díky jeho nízké hmotnosti, nehořlavosti a potenciálu použití ve flexibilní elektronice. Vysoce orientovaný pyrolitický grafit (HOPG) je také zajímavý jako kalibrační etalon pro některé metody studia o materiálech. Cílem práce je experimentální studium vlivu strukturálních a morfologických změn HOPG v závislosti na jeho elektrických a mechanických vlastnostech.

    Školitel: Sobola Dinara, Mgr., Ph.D.

  11. Studium degradace lithium-sírových článků

    Cílem práce je studium degradace parametrů litium-sírových akumulátorů (kapacita, vnitřní odpor) a stanovení korelace mezi degradací a technologií Li-S článku.

    Školitel: Sedláková Vlasta, doc. Ing., Ph.D.

  12. Syntéza a vlastnosti multifázových tenkých vrstev Bi-Fe-O

    Cílem této studie je vliv parametrů přípravy na strukturální vlastnosti vrstev Bi-Fe-O. Vznik fáze závisí na způsobu a vybraných parametrech tvorby tenkých vrstev. V této práci bude pro výrobu Bi-Fe-O filmů použito pulzní laserové rozprašování z terče BiFeO3 (s vysokou chemickou a fázovou čistotou). Tato technologie umožňuje získat vysoce kvalitní heterostruktury a vyloučit přítomnost nečistot. V současné době neexistuje komplexní informace o povaze tvorby fází Bi-Fe-O sloučenin. Materiály na bázi Bi-Fe-O hrají velkou roli při vytváření senzorů, paměťových prvků a dalších nanoelektronických aplikací. Studium kontroly fázové čistoty tenkých vrstev Bi-Fe-O se předpokládá byt ve vzájemném vztahu s magnetickými a elektrickými vlastnostmi.

    Školitel: Sobola Dinara, Mgr., Ph.D.

  13. Vlastnosti periodických struktur

    Uměle vytvořené struktury s periodickou změnou materiálových konstant mají zajímavé vlastnosti pro vlny, které mají vlnovou délkou blízkou rozměrům těchto struktur. Cílem práce je teoretický návrh, realizace a experimentální ověření vlastností realizovaných krystalických struktur.

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

  14. Vliv mikrostrukturálních defektů na transport náboje v chalkopyritových solárních článcích

    Solární články s chalkopyritovou absorpční vrstvou Cu(In,Ga)Se2 jako moderní fotovoltaická technologie trpí v komerční výrobě obrovskou variabilitou defektů přinášejících negativními důsledky na separaci a následní transport náboje. Proto je v tomhle multikomponentním systému obtížné přímé přisouzení elektrických nebo optických projevů bodových defektů. Práce bude směřovat k vyhledávaní jednotlivých mikrostrukturálních defektů o velikosti (1–10) µm skenovacím elektronovým mikroskopem v kombinaci s analýzou příčného řezu vrstev s využitím fokusovaného iontového svazku a materiálové analýzy energiovodisperzní spektroskopií. Cílem disertační práce je propojení fyzicky nalezených defektů se specifickými projevy z elektricko-optické charakterizace a rozšíření obecných znalostí o chovaní bodových defektů i pro tenkovrstvé technologie.

    Školitel: Macků Robert, Ing., Ph.D.

  15. Vliv morfologie elektrody na transport elektrického náboje na rozhraní elektroda/elektrolyt

    Cílem práce je studie transportu náboje na rozhraní elektroda a elektrolyt s důrazem na analýzu vlivu morfologie na senzorické vlastnosti (selektivita, cilivost, atd) v rámci projektu GAČR. Praktickým výsledkem je vytvoření popisných fyzikálních a elektrických modelů na základě experimentální studie ampérometrických senzorů plynu.

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

  16. 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 snímačů a 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.

  17. Vývoj piezoelektrických bezolovnatých materiálů pro energy harvesting

    V dnešní době je energy harvesting velmi populární. Piezoelektrické keramické generátory zde hrají podstatnou roli. Komerční piezoelektrické generátory (energy harvestory) jsou založené na olovnaté piezokeramice. Trend je nahradit olovnaté materiály bezolovnatými. Jako perspektivní bezolovnaté piezoelektrické keramické materiály se jeví BCZT a BT. Práce je tedy zaměřená na vývoj a studii těchto bezolovnatých materiálů a jejich řízeným dopováním pro účely efektivního sběru elektrické energie. V rámci studia je předpokládána stáž na Universitě v Oulu.

    Školitel: Holcman Vladimír, Ing., Ph.D.

  18. 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
ZkratkaNázevJ.Kr.Sem.Pov.Uk.Sk.Ot.
DET1Elektrotechnické materiály, materiálové soustavy a výrobní procesycs4zimníVolitelný oborovýdrzkne
DEE1Matematické modelování v elektroenergeticecs4zimníVolitelný oborovýdrzkne
DME1Mikroelektronické systémycs4zimníVolitelný oborovýdrzkne
DRE1Návrh moderních elektronických obvodůcs4zimníVolitelný oborovýdrzkano
DTK1Optimalizační metody a teorie hromadné obsluhycs4zimníVolitelný oborovýdrzkne
DFY1Rozhraní a nanostrukturycs4zimníVolitelný oborovýdrzkne
DTE1Speciální měřicí metodycs4zimníVolitelný oborovýdrzkne
DMA1Statistika. stochastické procesy, operační výzkumcs4zimníVolitelný oborovýdrzkano
DAM1Vybrané kapitoly řídicí technikycs4zimníVolitelný oborovýdrzkne
DVE1Vybrané statě z výkonové elektroniky a elektrických pohonůcs4zimníVolitelný oborovýdrzkne
DBM1Vyšší metody zpracování a analýzy obrazůcs4zimníVolitelný oborovýdrzkne
DJA6Angličtina pro doktorandycs4zimníVolitelný všeobecnýdrzkne
DRIZŘešení inovačních zadánícs2zimníVolitelný všeobecnýdrzkne
DEIZVědecké publikování od A do Zcs2zimníVolitelný všeobecnýdrzkne
1. ročník, letní semestr
ZkratkaNázevJ.Kr.Sem.Pov.Uk.Sk.Ot.
DTK2Aplikovaná kryptografiecs4letníVolitelný oborovýdrzkne
DMA2Diskrétní procesy v elektrotechnicecs4letníVolitelný oborovýdrzkne
DME2Mikroelektronické technologiecs4letníVolitelný oborovýdrzkne
DRE2Moderní digitální bezdrátová komunikacecs4letníVolitelný oborovýdrzkano
DTE2Numerické úlohy s parciálními diferenciálními rovnicemics4letníVolitelný oborovýdrzkne
DFY2Spektroskopické metody pro nedestruktivní diagnostikucs4letníVolitelný oborovýdrzkne
DET2Vybrané diagnostické metody, spolehlivost, jakostcs4letníVolitelný oborovýdrzkne
DAM2Vybrané kapitoly měřicí technikycs4letníVolitelný oborovýdrzkne
DBM2Vybrané problémy biomedicínského inženýrstvícs4letníVolitelný oborovýdrzkne
DEE2Vybrané problémy z výroby elektrické energiecs4letníVolitelný oborovýdrzkne
DVE2Vybrané statě z elektrických strojů a přístrojůcs4letníVolitelný oborovýdrzkne
DJA6Angličtina pro doktorandycs4letníVolitelný všeobecnýdrzkne
DCVPCitování ve vědecké praxics2letníVolitelný všeobecnýdrzkne
DRIZŘešení inovačních zadánícs2letníVolitelný všeobecnýdrzkne
1. ročník, celoroční semestr
ZkratkaNázevJ.Kr.Sem.Pov.Uk.Sk.Ot.
DQJAZkouška z angličtiny před státní doktorskou zkouškucs4celoročníPovinnýdrzkne