Témy PhD prác

Pre r. 2021/2022 vypisuje Elektrotechnický ústav nasledovné témy pre študijné programy:  „Fyzikálne inžinierstvo“, „Elektronika a fotonika“ a  „Fyzika kondenzovaných látok a akustika“

Fyzikálne inžinierstvo

  • Téma: Príprava a vlastnosti supravodivých spojov MgB2 supravodičov pre vinutia v perzistentnom móde

    Školiteľ: Ing. P. Kováč, DrSc.  ( Oddelenie supravodičov)
    Školiteľ špecialista: Ing. Ján Kováč, PhD.
    Popis: Moderné supravodivé systémy využívajú supravodivé vinutia pracujúce v tzv. perzistentnom móde, čo zlepšuje stabilitu generovaného magnetického poľa a tiež znižuje energiu na chladenie. Preto je táto téma DP zameraná na prípravu a vlastnosti supravodivých spojov medzi MgB2 drôtmi s cieľom dosiahnuť prúd spoja aspoň 50 %  hodnoty kritického prúdu referenčného supravodiča. Budú sa pripravovať spoje medzi MgB2 drôtmi vyrobenými rôznym technologickým postupom (ex-situ, in-situ a IMD). Štruktúry spojov budú analyzované pomocou elektrónovej a optickej mikroskopie a ich transportné prúdy spojov merané pri 4.2 K a externých magnetických poliach 0-8T. Supravodivý spoj s najlepšími parametrami bude použitý na spojenie krátkej modelovej cievky nakrátko (perzistentný mód) a budeme merať časovú stabilitu poľa cievky pomocou Hallovej sondou.
  • Téma: Multi-fyzikálne modelovanie aplikácií supravodičov v magnetoch a energetike 

    Školiteľ: Mgr. Enric Pardo, PhD. ( Oddelenie supravodičov)
    Popis: Hlavnou úlohou tejto dizertačnej práce bude vývoj nových metód multi-fyzikálneho numerického modelovania supravodivých aplikácií v oblasti nízkofrekvenčných elektromagnetických, elektrotermických a elektromechanických vlastností. V rámci nášho kolektívu v súčasnosti pracujeme na riešení niekoľkých medzinárodných a národných projektoch týkajúcich sa vývoja motorov a generátorov pre elektrické a hybridné lietadlá ako aj magnetov s vysokým magnetickým poľom. Úlohou študenta bude ďalej rozvíjať naše vlastné programy pre numerické modelovanie (prípadne vyvinie nové vlastné). Významným predpokladom pre danú tému je znalosť programovacích jazykov ako C++ alebo python, avšak doškolenie v tomto aspekte môže byť súčasťou práce. Výhodou študenta je účasť na medzinárodnej spolupráci v rámci európskeho projektu superEMFL s cieľom navrhnúť supravodivý magnet s najvyšším magnetickým poľom v Európe; ako aj  na Európskej výzve (COST CA19108)  zameranej  na krátke výmenné pobyty a medzinárodnú spoluprácu v oblasti supravodivých energetických aplikácií.
  • Téma: Štúdium tepelných, elektrických a mechanických vlastností diamantových/GaN heterostruktúr pre vysokovýkonové aplikácie

    Školiteľ: Ing. Gabriel Vanko, PhD. ( Oddelenie mikroelektroniky a senzoriky )
    Školiteľ špecialista: Ing. Tibor Izsák, PhD.
    Popis: Elektronické súčiastky na báze nitridu gália (GaN) sú v súčasnosti veľmi žiadané pre vysokovýkonové a vysokofrekvenčné aplikácie. Je to spôsobené hlavne ich vynikajúcimi elektronickými, mechanickými i chemickými vlastnosťami. Na druhej strane, pre tieto zariadenia je potrebné zvládnuť zlepšené šírenie tepla, aby mohli pracovať pri požadovaných hustotách výkonu s prijateľnou životnosťou. Jedným z riešení je kombinácia zariadenia s materiálom s vysokou tepelnou vodivosťou (napríklad s diamantom), ktorý môže rýchlo prenášať lokalizované teplo do externého chladiaceho systému.
    Doktorandská práca bude zameraná hlavne na štúdium vplyvu rôznych medzivrstiev (tj. ~ 50 ÷ 200 nm tenkých vrstiev SiO2, SixNy, AlN, Al2O3 atď.) na vlastnosti heteroštruktúry polykryštalického diamantu/GaN z hľadiska odporu tepelnej bariéry, tepelnej vodivosti, náboja na rozhraniach, mechanického pnutia. Elektrické vlastnosti realizovaných elektronických prvkov budú skúmané známymi metódami (I-V, C-V, vf). Predpokladá sa, že experimentálne výsledky budú podporené modelovaním a simuláciami. Doktorand bude súčasťou mladého výskumného tímu s rozvinutou medzinárodnou spoluprácou a prístupom k špičkovej technologickej infraštruktúre. Získané výsledky sú veľmi žiaduce pri návrhoch pokročilých projektov a spolupráci s firmami.

  • Téma: Kryštálová optika pre vysokorozlišovacie rtg zobrazovacie aplikácie

    Školiteľ: Mgr. Bohumír Zaťko, PhD. ( Oddelenie mikroelektroniky a senzoriky )
    Školiteľ špecialista: Ing. Zdenko Zápražný, PhD.
    Popis: Vysokorozlišovacie rtg zobrazovacie aplikácie v reálnom ako aj v reciprokom priestore si vyžadujú vysokokvalitnú rtg optiku, ktorá efektívne zvyšuje rozlíšenie (priestorové alebo spektrálne) a zároveň prepúšťa dostatočnú intenzitu rtg zväzku. Práca bude zameraná najmä na rtg optiku, ktorá bude schopná bez obrazovej deformácie expandovať alebo fokusovať rtg lúč v jednom až troch rozmeroch. Veľmi dôležitá je najmä kvalita povrchu funkčných plôch, na ktoré rtg lúč dopadá pod veľmi nízkym uhlom. Z toho dôvodu musí byť tvar monochromátora navrhnutý tak, aby boli funkčné plochy dostupné pre moderné dokončovacie operácie, ktoré používame ako je nanoobrábanie a finálne dolešťovanie. Pred samotnou výrobou rtg optického prvku budú potrebné simulácie, návrh tvaru a výber najvhodnejšej varianty pre vybranú aplikáciu. Pre charakterizáciu a vyhodnocovanie kvality aktívnych povrchov optiky (drsnosť, planarita, podpovrchové poškodenie) sa bude používať najmä vysokorozlišovací difraktometer a AFM mikroskop. Testovanie zobrazovacej alebo fokusačnej schopnosti sa bude robiť prevažne na vysokointenzívnych laboratórnych zdrojoch, aj v kombinácii s inými optickými prvkami a priamokonvertujúcimi detektormi na báze Medipix kamery s kremíkovým alebo GaAs čipom, ktoré sa na našom oddelení taktiež vyvíjajú a testujú.

„Elektronika a fotonika“

  • Téma: Rast a vlastnosti III-N kvantových štruktúr pre rýchlu elektroniku

    Školiteľ: Ing. J. Kuzmík, DrSc. ( Oddelenie III-V polovodičov )
    Školiteľ  špecialista: Ing. Stanislav Hasenöhrl, Ing. Michal Blaho, PhD.
    Popis: Predmetom práce bude rast a vyšetrovanie vlastností epitaxných III-N kvantových štruktúr narastených pomocou chemickej depozície z kovovo-organických pár. GaN (ako základný materiál skupiny III-N) je v súčasnosti asi najdynamickejšie sa rozvýjajúcim materiálom v polovodičovom priemysle, ktorého výskum v nedávnej dobe viedol k udeleniu Nobelovej ceny (modré resp. biele LED diódy). V súčasnosti je predmetom intenzívneho záujmu z hľadiska aplikácií vo výkonovej a automobilovej elektronike.
    Príbuzné III-N zlúčeniny (GaN, AlN, InN) a ich kombinácie umožňujú prípravu širokej škály hetero-štruktúr vykazujúcich kvantové efekty. Jedná sa predovšetkým o vytvorenie 2-rozmerného plynu nosičov náboja veľkej hustoty a pohyblivosti, čo sú dva kľúčové aspekty určujúce vlastnosti budúcich elektronických súčiastok. InN súčastne reprezentuje materál s najvyššou driftovou rýchlosťou elektrónov zo všetkých známych polovodičových materiálov.
    Študent sa oboznámi s technikou rastu na strategickom komerčnom zariadení fi. AIXTRON. Predmetom záujmu budú predovšetkým systémy na báze In(Al)N pre ultra-rýchle tranzistory, ako aj príprava kanálovej vrstvy na báze InN. Materiálový výskum bude zahŕňat viaceré techniky na posúdenie štrukturálnych, elektrických a optických vlastností narastených epitaxných vrstiev. Práca bude zavŕšená prípravou a demonštráciou testovacích štruktúr a inovatívných súčiastok.
  • Téma: Mikrovlnné InAl(Ga)N/GaN tranzistory pre novú generáciu elektroniky zmiešaných signálov

    Školiteľ: Ing. J. Kuzmík, DrSc. ( Oddelenie III-V polovodičov )
    Školiteľ  špecialista:  Ing. M. Blaho, PhD.,  RNDr. D. Gregušová, DrSc.
    Popis: Integrované obvody zmiešaných signálov – spracuvávajúce analógové aj digitálne signály na jednom čipe – majú široké uplatnenie v modernej elektronike (telekomunikácie, spotrebná elektronika). Vďaka svojim výnimočným vlastnostiam umožňuje technológia heteroštruktúrnych tranzistorov na báze GaN realizáciu mikrovlnných ako aj logických súčiastok pracujúcich pri podstatne vyšších frekvenciách ako v prípade obvodov na báze Si. Integrácia týchto systémov však vyžaduje ďalší vývoj jednotlivých modulov. Cieľom dizertačnej práce bude výskum a vývoj procesnej technológie mikrovlnných tranzistorov využívajúcich InAl(Ga)N/GaN heteroštruktúru, umožňujúcu drastické škálovanie hrúbky InAl(Ga)N bariérovej vrstvy. Sub-mikrometrové hradlá tranzistora budú pripravované pomocou priamej elektrónovej litografie. Pomocou jednosmerných a impulzných meraní budú analyzované parazitné efekty a nestability za účelom ich potlačenia. V spolupráci s externým pracoviskom zabezpečujúcim mikrovlnné merania bude študovaný transport elektrónov pod hradlom s cieľom potlačenia nežiadúcich oneskorení a zvyšovania medznej frekvencie a maximálnej frekvencie oscilácií (ft a fmax) vyvýjaných tranzistorov.
  • Téma: Vývoj a charakterizácia pn heteropriechodov na báze ultra-širokopásmových polovodičov

    Školiteľ: Ing. Milan Ťapajna, PhD. ( Oddelenie III-V polovodičov )
    Popis: Zatiaľ čo segmentu polovodičových výkonových súčiastok do napätí 1 kV dominujú súčiastky na báze Si, pre napätia do oblasti jednotiek kV sa na trhu presadzujú výkonové súčiastky na báze SiC a GaN. Súčiastky pracujúce s napätiami nad 10 kV prakticky neexistujú. Oxid gália (Ga2O3) je nový širokopásmový polovodičový materiál, ktorý má technologický potenciál pre vývoj nových súčiastok v tejto oblasti. Ich využitie môže zahŕňať elektrické dopravné prostriedky či transformáciu vysokých jednosmerných napätí v distribučných sieťach. Vývoj Ga2O3 spínacích súčiastok je však obmedzený neefektívnym p-dopovaním potrebným pre dizajn výkonových súčiastok. Cieľom práce bude výskum a vývoj plne oxidových p-n heteropriechodov na báze Ga2O3 a oxidov kovov s prirodzeným p-typom vodivosti ako NiO a Cu2O pre realizáciu pn diód. Bude realizovaná optimalizácia technologických postupov rastu daných materiálov, vývoj procesnej technológie pn hetropriechodov a charakterizácie ich elektrických a elektro-tepelných vlastností. Na tento účel budú využité moderné technologické postupy a pokročilé charakterizačné metódy dostupné na ElÚ SAV.
  • Téma: Štúdium technologického vplyvu na materiálové vlastnosti širokopásmových polovodičov a účinky samoohrevu z nich pripravených súčiastok

    Školiteľ: Ing. Milan Ťapajna, PhD. ( Oddelenie III-V polovodičov )
    Školiteľ špecialista: Ing. Filip Gucmann, PhD.
    Popis: Súčasný moderný trend výskumu materiálov vhodných pre ďalšie generácie elektronických súčiastok potvrdzuje záujem o polovodiče s väčšou šírkou energetickej medzery (Eg) ako Si. Týmito boli dlho najmä GaN a SiC, no tento trend pokračuje ďalej a privádza do pozornosti materiály ako AlN, AlGaN  vysokým obsahom Al, diamant a Ga2O3 ako vhodných kandidátov pre vysokonapäťové/vysokovýkonové súčiastky. Kvôli relatívne jednoduchej príprave substrátov aj epitaxných vrstiev, veľkej šírke energetickej medzery (Eg~4.8-5.4eV) a vysokému teoretickému prieraznému poľu (Ebr~8MV/cm) je práve Ga2O3 veľmi sľubným materiálom pre súčiastky s vysokým blokovacím napätím (>8kV) a potenciálne pre vysoké spínacie výkony. Základným nedostatkom Ga2O3 je jeho nízka a navyše anizotrópna tepelná vodivosť (κ~10-27W/mK pre β-Ga2O3), ktorá bude kriticky vplývať na samoohrev výsledných súčiastok a tým pádom aj na ich spoľahlivosť. Preto je žiadúce skúmať efekty samoohrevu týchto súčiastok v závislosti od vplyvu technologickej prípravy Ga2O3 vrstiev, okrem iného s ohľadom na kryštalickú fázu Ga2O3 a tepelnú vodivosť použitej rastovej podložky. Hlavným cieľom dizertačnej práce bude štúdium vplyvu technológie prípravy epitaxných vrstiev Ga2O3 na ich materiálové vlastnosti, vývoj technológie prípravy súčiastok na báze Ga2O3 a ich následná detailná elektrická, optická a tepelná charakterizácia. Veľká pozornosť bude venovaná detailnej charakterizácii Ga2O3 vrstiev rastených na podložkách s vysokou tepelnou vodivosťou (SiC) s cieľom potlačenia efektov samoohrevu v súčiastkach pripravených na týchto štruktúrach. V práci budú využité moderné technologické prístroje a postupy dostupné na Elektrotechnickom ústave a Fyzikálnom ústave SAV.
  • Téma: Akumulátory energie na báze pokročilých materiálov pre MEMS senzorové aplikácie

    Školiteľ: Ing. Gabriel Vanko, PhD. ( Oddelenie mikroelektroniky a senzoriky )
    Popis: Senzory sú súčasťou nášho každodenného života a môžeme ich nájsť v bežných elektronických zariadeniach ako sú smartfóny, smart hodinky, či prístroje pre monitorovanie zdravia alebo nášho bezprostredného okolitého prostredia. Autonómne senzory môžeme chápať ako senzorické prvky schopné pracovať nezávisle a bezdrôtovo počas relatívne dlhej doby bez externej napájacej sústavy, ktorá môže byť nahradená baterkou dopĺňanou systémom na zber energie (energy harvester). Takéto systémy patria v súčasnosti k najmenej prebádaným aplikačným oblastiam mikroelektromechanických systémov (MEMS) na báze skupiny nitridových polovodičových materiálov (III-N). Koncept návrhu piezoelektrických MEMS akumulátorov energie na báze AlGaN/GaN heteroštruktúr je stále vysoko aktuálnou výzvou z hľadiska optimalizácie efektívnosti premeny náboja. V tejto oblasti sa črtajú možnosti využitia materiálov s vysokými hodnotami piezoelektrických koeficientov (ZnO, PZT, 2D materiály zo skupiny monochalkogeníd, atď). Dizertačná práca bude orientovaná na a.) samotnú syntézu týchto vrstiev; b.) vyšetrovanie ich mechanických i elektronických vlastností; c.) skúmanie možností ich integrácie do existujúcich konceptov MEMS. Problematika je komplexná a dizertačnú prácu možno po dohode koncipovať rovnako z hľadiska technológie (návrh výrobných postupov), charakterizácie (návrh meracích metód) alebo simulácií (návrh fyzikálnych modelov).
  • Téma: Príprava a štúdium vlastností polovodičových detektorov ionizujúceho žiarenia na báze GaAs a SiC materiálov

    Školiteľ: Mgr. Bohumír Zaťko, PhD. ( Oddelenie mikroelektroniky a senzoriky )
    Popis: Práca sa zaoberá technológiou prípravy detektorov ionizujúceho žiarenia, štúdiom ich elektrických a detekčných vlastností a interpretáciu získaných výsledkov. Detekčným materiálom sú semiizolačný GaAs a epitaxná vysokokvalitná vrstva 4H-SiC. V prvej fáze sa práca sústredí na návrh a prípravu detekčných štruktúr. Následne sa vykoná elektrická charakterizácia (IV a CV merania). Vybrané vhodné detekčné štruktúry sa pripoja k spektrometrickej aparatúre. Tu bude potrebné vykonať optimalizáciu z hľadiska celkového šumu podľa parametrov detektora (záverný prúd v pracovnom bode, kapacita). V závere sa vyhodnotia detekčné a spektrometrické vlastnosti.

 „Fyzika kondenzovaných látok a akustika“

  • Téma: Rast a vlastnosti III-N kvantových štruktúr pre rýchlu elektroniku

    Školiteľ: Ing. J. Kuzmík, DrSc. ( Oddelenie III-V polovodičov )
    Popis: Predmetom práce bude rast a vyšetrovanie vlastností epitaxných III-N kvantových štruktúr narastených pomocou chemickej depozície z kovovo-organických pár. GaN (ako základný materiál skupiny III-N) je v súčastnosti asi najdynamickejšie sa rozvýjajúcim materiálom v polovodičovom priemysle, ktorého výskum v nedávnej dobe viedol k udeleniu Nobelovej ceny (modré resp. biele LED diódy). V súčasnosti je predmetom intenzívneho záujmu z hľadiska aplikácií vo výkonovej a automobilovej elektronike.
    Príbuzné III-N zlúčeniny (GaN, AlN, InN) a ich kombinácie umožňujú prípravu širokej škály hetero-štruktúr vykazujúcich kvantové efekty. Jedná sa predovšetkým o vytvorenie 2-rozmerného plynu nosičov náboja veľkej hustoty a pohyblivosti, čo sú dva kľúčové aspekty určujúce vlastnosti budúcich elektronických súčiastok. InN súčastne reprezentuje materál s najvyššou driftovou rýchlosťou elektrónov zo všetkých známych polovodičových materiálov.
    Študent sa oboznámi s technikou rastu na strategickom komerčnom zariadení fi. AIXTRON. Predmetom záujmu budú predovšetkým systémy na báze In(Al)N pre ultra-rýchle tranzistory, ako aj príprava kanálovej vrstvy na báze InN. Materiálový výskum bude zahŕňat viaceré techniky na posúdenie štrukturálnych, elektrických a optických vlastností narastených epitaxných vrstiev. Práca bude zavŕšená prípravou a demonštráciou testovacích štruktúr a inovatívných súčiastok.