Témy PhD prác

Pre r. 2019/2020 vypisuje Elektrotechnický ústav nasledovné témy pre študijné programy: 5.2.48 „Fyzikálne inžinierstvo“, 5.2.13 „Elektronika a fotonika“ a 4.1.3 „Fyzika kondenzovaných látok a akustika“

5.2.48 „Fyzikálne inžinierstvo“

  • Téma: Optická spektroskopia 2D materiálov

    Školiteľ: Dr. M. Hulman, PhD. ( Oddelenie fyziky a technológie nanoštruktúr )
    Popis: Dvojrozmerné materiály predstavujú v súčasnosti jednu z najintenzívnejšie skúmaných tried materiálov. Dôvodov je viac, stačí však spomenúť dva: 1) že tieto materiály sa dajú pripraviť vo forme ultimatívne tenkej vrstvy, ktorá má hrúbku len jednej základnej bunky, 2) ich elektronické vlastnosti pokrývajú celú škálu od izolátorov až po supravodiče. Na Elektrotechnickom ústave SAV je skupina zaoberajúca sa rastom a charakterizáciou 2D materiálov. Dizertačná práca by dopĺňala aktivity tejto skupiny.
    Témou dizertačnej práce je spektroskopická charakterizácia (ultra)tenkých filmov materiálov zo skupiny dichalkogenidov prechodových kovov (TMDs: MoS2, WS2, TiSe2 a iné). Práca má experimentálny charakter a využíva dve hlavné techniky: 1. Ramanovu spektroskopiu a 2. optickú spektroskopiu od infračervenej až po UV frekvenčnú oblasť. Cieľom práce je charakterizácia materiálov a vyšetrovanie vplyvu teploty, dopovania a štruktúry na optické vlastnosti 2D materiálov. Ďalším cieľom práce je identifikácia „exotických“ elektronických stavov vo vybraných TMD materiáloch, ako napr. stavu vĺn nábojovej hustoty (charge density wave) alebo fázových prechodov, spektroskopickými metódami.
  • Téma: Tepelná stabilita kompozitných MgB2 supravodičov pri vysokých prúdových hustotách

    Školiteľ: Ing. P. Kováč, DrSc. ( Oddelenie supravodičov)
    Popis: Uplatnenie MgB2 supravodičov je najaktuálnejšie pre oblasť stredných a nízkych magnetických polí (1-5 T) a teplote okolo 20 K (magnety pre MRI, generátory, motory), kde sú vysoké transportné prúdy a preto je zvlášť aktuálna aj požiadavka dobrej tepelnej stability. Bude sa experimentálne študovať a tiež modelovať tepelná stabilita vzoriek kompozitných supravodičov pri nízkych teplotách (4.2-20K) s dobre vodivým stabilizačným prvkom (Cu, Al). Pomocou merania V-A charakteristík v oblasti nad kritickou prúdovou hustotou a tiež pomocou pulzných prúdov budeme určovať generované teplo a kritický ohrev MgB2 drôtov a káblov s rôznou stabilizáciou. Získané výsledky umožnia optimalizovať konštrukciu MgB2 supravodiča tak, aby bol dostatočne stabilný pri pracovných podmienkach.
  • Téma: Technológia pokročilých homogénnych supravodičov s keramickými vláknami

    Školiteľ: Ing. P. Kováč, DrSc. ( Oddelenie supravodičov)
    Popis: Vysokoteplotné supravodivé materiály objavené v posledných desaťročiach sú prevažne keramického charakteru (BSCCO, borid horčíka a pniktidy železa). Praktické použitie týchto supravodičov vyžaduje ich zakomponovanie do kompozitné drôtov s niekoľkými kovovými obalmi, čo kladie zvláštne nároky na tvárnenie komponentov s veľmi rozdielnymi mechanickými vlastnosťami a tiež na tepelné spracovanie alebo použitie bariéry, aby sa predišlo vzájomnej reakcii vlákien a obalov. V rámci tejto témy sa budú pripravovať kompozitné drôty so supravodivými vláknami s vysokou pozdĺžnou homogenitou (predovšetkým s Mg jadrom a bórovým práškom). Homogenita keramických vlákien bude testovaná na priečnych a pozdĺžnych rezov ako aj pomocou röntgenovej tomografie a chemickej reakcie na rozhraniach pomocou SEM a EDX analýz. Merania volt-ampérových charakteristík budú použité jak na určenie kritických prúdov tak aj na množstvo generovaného tepla (ohrevu) kompozitných drôtov pri vysokých jednosmerných prúdoch. Získané výsledky umožnia optimalizovať konštrukciu kompozitného supravodiča tak, aby mal nielen vysoké prúdové hustoty ale bol tiež dostatočne stabilný pri pracovných podmienkach.
  • Téma: Supravodivé vodiče pre obmedzovače skratových prúdov s pokročilou architektúrou pri teplotách nižších ako 77 K

    Školiteľ: Ing. M. Vojenčiak, PhD. ( Oddelenie supravodičov)
    Popis: Supravodivé obmedzovače skratových prúdov umožňujú zhusťovanie energetickej siete  bez zvýšenia úrovne skratových prúdov. Ich funkcia je založená na prudkom zvýšení odporu supravodiča pri prekročení kritického prúdu. Počas obmedzovania skratového prúdu však dochádza k zvyšovaniu teploty vodiča, čo môže pri prekročení bezpečnej hranice viesť k poškodeniu supravodivého materiálu. Výskum v tejto oblasti sa zameriava na supravodivé pásky s pokročilou architektúrou a zníženie pracovnej teploty na < 77 K. Aj malé zmeny pracovnej teploty však odhalili medzery v poznaní dynamických tepelných procesov za týchto podmienok.
    Hlavnou náplňou navrhovanej dizertačnej práce bude podrobné štúdium tepelných a elektrických procesov prebiehajúcich v supravodivej páske s pokročilou architektúrou pri teplotách < 77 K. Tie zahŕňajú disipáciu (AC straty) počas normálnej prevádzky ako aj zmeny elektrického odporu, teploty a prestupu tepla počas obmedzovania prúdu a počas fázy znovuochladenia.
    Cieľom práce je identifikovanie rozdielov v tepelných procesoch pri teplote 77 K a pri nižších teplotách, návrh úpravy architektúry vodiča alebo usporiadania celého zariadenia a experimentálne overenie predpokladov použitých v návrhu. Prednostne bude rozvíjaný koncept úpravy supravodivého vodiča zvýšením tepelnej kapacity a použitie kryochladiča.
    Téma bude materiálne podporená projektom H2020 FASTGRID
  • Téma: Príprava a štúdium vlastností polovodičových detektorov ionizujúceho žiarenia

    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.

5.2.13 „Elektronika a fotonika“

  • Téma: Rast a vlastnosti III-N kvantových štruktúr pre elektronické súčiastky
    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 najdynameckejšie sa rozvýjajúcim materiálom v polovodičovom priemysle, ktorého výskum v nedávnej dobe viedol k udeleniu Nobelovej ceny (modré resp. biele LED diódy). V súčastnosti je predmetom intenzívneho záujmu z hladiska aplikácií vo výkonovej a automobilovej elektronike.
    Príbuzné III-N zlúčeniny (GaN, AlN, InN) a ich kombinácie umožňujú prípravu širokej škaly hetero-štruktúr vykazujúcich kvantové efekty. Jedná sa predovšetkým o vytvorenie 2-rozmerného plynu nosičov náboja veľkej hustoty a pohyblivosti, čo sú dva klúčové aspekty určujúce vlastnosti budúcich elektronických súčiastok.
    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 p-dotácia pre dierovú vodivosť a rozvoj CMOS techniky na báze GaN. Návrh heteroštruktúr a energetické pásmové diagramy budú analyzované  pomocou numerických simulácií. Materiálový výskum bude zahŕňat viaceré techniky na posúdenie štrukturálnych, elektrických a optických vlastností narastených epitaxných vrstiev.
  • Téma: Vývoj a charakterizácia štruktúr MOS pre výkonové tranzistory na báze širokopásmových polovodičov
    Školiteľ: Ing. Milan Ťapajna, PhD. ( Oddelenie III-V polovodičov )
    Popis: Napriek novej technológii, laterálne tranzistory na báze GaN už dnes prevyšujú parametre moderných Si súčiastok, vďaka čomu prevodníky s GaN prvkami dosahujú efektivitu prevodu až na úroveni 99%. Pri zvyšovaní výkonu prevodníkov však laterálne GaN tranzistory narážajú na obmedzenia v oblasti dosahovaných prierazných napätí (~1 kV), tepelných efektov, frekvenčnej disperzie a púzdrenia. Pre plné využitie potenciálu excelentných vlastností GaN materiálu je preto žiadúci vývoj vertikálnych konceptov GaN spínacích tranzistorov s hradlovou štruktúrou kov-oxid-polovodič (MOS). Ďalším sľubným materiálom pre realizáciu výkonových MOSFET-ov predstavuje b-Ga2O3, ktorý dosahuje prierazné elektrické pole až 8 MV/cm. Cieľom dizertačnej práce bude vývoj technológie a detailná charakterizácia elektro-fyzikálnych vlastností MOS hradiel s 2-D a 3-D architektúrou pre výkonový GaN prípadne b-Ga2O3 MOSFET. Pre tento účel bude potrebné získanie nových poznatkov o tvorbe a rozložení nábojov v MOS štruktúre a možností ich technologickej kontroly pre nastavenie prahového napätia tranzistora a optimalizácia kvality rozhrania oxid/polovodič za účelom potlačenia nežidúcich nestabilít súčiastky. V práci budú využité moderné technologické postupy dostupné na Elektrotechnickom ústave SAV, detailná elektrická a štruktúrna charakterizácia a simulácie MOSFET štruktúr.
  • Téma: Akumulátor energie pre novú generáciu MEMS senzorov

    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). Akumulátor energie patrí 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 HEMT štruktúr 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) Dizertačná práca bude orientovaná na samotnú prípravu týchto vrstiev a takisto aj ich charakterizáciu, ďalej na skúmanie možností ich integrácie do existujúcich MEMS konceptov.

4.1.3 „Fyzika kondenzovaných látok a akustika“

  • Téma: Magnetické nanoštruktúry

    Školiteľ: RNDr. V. Cambel, DrSc.  ( Oddelenie fyziky a technológie nanoštruktúr )
    Školiteľ špecialista 1: Dr. Jan FedorOddelenie fyziky a technológie nanoštruktúr )
    Školiteľ špecialista 2: Dr. Michal Mruczkiewicz ( Oddelenie fyziky a technológie nanoštruktúr )
    Popis: Magnetické nanoštruktúry sú považované za perspektívne súčiastky pre ukladanie informácií, realizáciu logických operácií a dokonca aj pre oblasť kvantovej informatiky. Svojimi vlastnosťami majú potenciál prekonať obmedzenia polovodičovej technológie najmä čo sa týka vysokej energetickej účinnosti – tieto magnetické pamäte vykazujú nízke straty energie pri zápise a čítaní. V poslednom období bol záujem o magnetické prvky znovu obnovený  tzv. Dzyaloshinskii-Moriya interakciou, ktorá v ultratenkých kovových vrstvách vytvára zaujímavé magnetické objekty (skyrmióny, doménové steny,…) s jedinečnými fyzikálnymi vlastnosťami.
    Doktorand bude študovať tieto objekty ako teoreticky – pomocou numerických simulácií, tak aj experimentálne. V experimentálnej časti zvládne prípravu nanomagnetických objektov a bude sa podieľať na stavbe zariadenia magnetickej nízkoteplotnej skenovacej mikroskopie na ElÚ SAV. V spolupráci s partnermi sa zameria na vyhodnocovanie statických a dynamických vlastností magnetických objektov metódami magnetickej mikroskopie, technikami FMR, BLS, STXM, spinovo-polarizovanou tunelovacou mikroskopiou a pod. Svojimi experimentami prispeje k poznatkom o možnom využití skyrmiónov ako pamäťových objektov schopných uchovávať kvantovú informáciu.
  • Téma: Optická spektroskopia 2D materiálov

    Školiteľ: Dr. M. Hulman, PhD. ( Oddelenie fyziky a technológie nanoštruktúr )
    Popis: Dvojrozmerné materiály predstavujú v súčasnosti jednu z najintenzívnejšie skúmaných tried materiálov. Dôvodov je viac, stačí však spomenúť dva: 1) že tieto materiály sa dajú pripraviť vo forme ultimatívne tenkej vrstvy, ktorá má hrúbku len jednej základnej bunky, 2) ich elektronické vlastnosti pokrývajú celú škálu od izolátorov až po supravodiče. Na Elektrotechnickom ústave SAV je skupina zaoberajúca sa rastom a charakterizáciou 2D materiálov [1,2]. Dizertačná práca by dopĺňala aktivity tejto skupiny.
    Témou dizertačnej práce je spektroskopická charakterizácia (ultra)tenkých filmov materiálov zo skupiny dichalkogenidov prechodových kovov (TMDs: MoS2, WS2, TiSe2 a iné). Práca má experimentálny charakter a využíva dve hlavné techniky: 1. Ramanovu spektroskopiu a 2. optickú spektroskopiu od infračervenej až po UV frekvenčnú oblasť. Cieľom práce je charakterizácia materiálov a vyšetrovanie vplyvu teploty, dopovania a štruktúry na optické vlastnosti 2D materiálov. Ďalším cieľom práce je identifikácia „exotických“ elektronických stavov vo vybraných TMD materiáloch, ako napr. stavu vĺn nábojovej hustoty (charge density wave) alebo fázových prechodov, spektroskopickými metódami.
  • Téma: Rast a vlastnosti III-N kvantových štruktúr pre elektronické súčiastky
    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 najdynameckejšie sa rozvýjajúcim materiálom v polovodičovom priemysle, ktorého výskum v nedávnej dobe viedol k udeleniu Nobelovej ceny (modré resp. biele LED diódy). V súčastnosti je predmetom intenzívneho záujmu z hladiska aplikácií vo výkonovej a automobilovej elektronike.
    Príbuzné III-N zlúčeniny (GaN, AlN, InN) a ich kombinácie umožňujú prípravu širokej škaly hetero-štruktúr vykazujúcich kvantové efekty. Jedná sa predovšetkým o vytvorenie 2-rozmerného plynu nosičov náboja veľkej hustoty a pohyblivosti, čo sú dva klúčové aspekty určujúce vlastnosti budúcich elektronických súčiastok.
    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 p-dotácia pre dierovú vodivosť a rozvoj CMOS techniky na báze GaN. Návrh heteroštruktúr a energetické pásmové diagramy budú analyzované  pomocou numerických simulácií. Materiálový výskum bude zahŕňat viaceré techniky na posúdenie štrukturálnych, elektrických a optických vlastností narastených epitaxných vrstiev.
  • Téma: Modelovanie magnetických procesov na submikrometrovej škále
    Školiteľ: Ing. Jaroslav Tóbik, PhD. ( Oddelenie fyziky a technológie nanoštruktúr )
    Popis: Súčastná technológia umožňuje tvarovanie súčiastok na nanometrovej škále. Redukcia dimenzií súčiastok je zvlášť dramatická v prípade feromagnetických materiálov. Magnetický stav a teda aj vlastnosti feromagnetických súčiastok sú definované rovnováhou viacerých interakcií. Niektoré sú lokálne – napríklad anizotropia, Zeemanov člen, iné krátkodosahové – napríklad výmenná interakcia a dipól-dipólová interakcia magnetických dipólov je ďalekodosahová. Zmenšovanie rozmerov feromagnetických súčiastok mení proporcie jednotlivých príspevkov k celkovej energii systému. Vlastnosti magnetických stavov sa zmenšovaním menia nielen kvantitatívne ale aj kvalitatívne. Pretože sa zvyčajne jedná o neuniformnú magnetizáciu, použitie analytických metód je limitované na geometrie súčiastok s vysokou symetriou. Praktická analýza preto zvyčajne vychádza z počítačových simulácií. Cieľom práce je modelovanie statických a dynamických procesov v magnetických súčistkach submikrónovej veľkosti. Náplňou práce bude aj rozširovanie možností našeho softvérového vybavenia o nové možnosti implemntáciou nových algoritmov.