Diplomové práce

Výhodou pre prihlásené študentky a študentov je možnosť pracovať na moderných zariadeniach a popritom si aj privyrobiť 150 – 200 € mesačne.

Témy pre rok 2023/2024

  • Téma: Optimalizácia prípravy 2D sulfidov prechodných kovov pre superkapacitory
    Vedúci: Mgr. Michaela Sojková, PhD. (Odd. mikroelektroniky a senzoriky ElÚ SAV)
    Pedagogický vedúci: Ing. Peter Ondrejka, PhD. (ÚEF FEI STU)
    Štud. program: Elektronika a fotonika
    Popis:
    Cieľom práce je optimalizácia prípravy práškov 2D sulfidov prechodných kovov pomocou sulfurizácie oxidov prechodných kovov. Úlohou bude nájsť optimálne podmienky prípravy práškov s cieľom dosiahnuť čo najvyššie hodnoty kapacity. Pripravené prášky budú skúmané pomocou RTG difrakčnej analýzy, skenovacej elektrónovej mikroskopie, Ramanovej spektroskopie, cyklickej voltametrie, elektrochemickej impedančnej spektroskopie a ďalšími analýzami. Skúmať sa bude aj kombinácia dvoch rôznych 2D materiálov, prípadne kombinácia 2D sulfidov a oxidov.
  •  Téma: Príprava a štúdium optických vlastností TMDC vrstevnatých materiálov
    Vedúci: RNDr. Lenka Pribusová Slušná, PhD. (Odd. Fyziky a technológie nanoštruktúr ElÚ SAV)
    Pedagogický vedúci: RNDr. Soňa Kotorová, PhD. (FEI STU)
    Študijný program: Jadrové a fyzikálne inžinierstvo
    Popis:
    Dichalkogenidy prechodových prvkov (TMDC) sú 2-rozmerné vrstevnaté materiály so zaujímavými optickým a elektronickými vlastnosťami, ktoré sa menia v závislosti od počtu vrstiev a kryštálovej štruktúry. Tieto vrstvy sú navzájom viazané len slabými Van der Waalsovými väzbami a najzaujímavejšie vlastnosti majú vtedy, ak je materiál extrémne tenký o hrúbke pár atomárnych rovín uložených na sebe. Táto vlastnosť odlišuje vrstevnaté materiály od objemových, ktoré, ak sú veľmi tenké, môžu stratiť svoje užitočné vlastnosti. K vrstevnatým materiálom patria aj teluridy molybdénu, platiny a wolfrámu. Pre využitie týchto materiálov v elektronike je nutné poznať ako ich elektrické, tak aj optické vlastnosti.
    Cieľom práce je príprava ultratenkých vrstiev 2D materiálu MoTe2, PtTe2, WTe2 pomocou telurizácie tenkých vrstiev kovov alebo ich oxidov. Úlohou bude nájsť optimálne podmienky prípravy vrstiev TMDC materiálov, ich chemická charakterizácia pomocou Ramanovej spektroskopie a optická charakterizácia s využitím transmisie a reflexie v infračervenej spektroskopii (FTIR).
  • Téma:Vývoj výkonových tranzistorov na báze GaN pre elektrické autá
    Vedúci: Ing. Michal Blaho, PhD. (Odd. III-V polovodičov ElÚ SAV)
    Pedagogický vedúci:doc. Ing. Aleš Chvála, PhD. (Ústav elektroniky a fotoniky, FEI STU)
    Študijný program:    Elektronika a fotonika
    Popis:
    Očakávaný nárast počtu elektrických áut zo súčasných pár miliónov je v roku 2035 až 125 miliónov. Takéto zvýšenie vyžaduje vývoj nových elektrických komponentov pre efektívne, ľahké a cenovo dostupné systémy elektrického pohonu a nabíjania. V súčasnosti sú komerčne dostupné výkonové súčiastky vhodné na tento účel postavené najmä na širokopásmových polovodičoch ako je nitrid gália (GaN). Tieto obvykle pracujú v napäťovej oblasti do 600 V, čo je ešte ďaleko od jeho medzných teoretických materiálových vlastností. Ďalšie zlepšenie v tejto oblasti ponúka zvýšenie pracovného napätia až na 900 V, čo je možné dosiahnuť zvýšením kvality epitaxných vrstiev GaN. Túto je možné dosiahnuť zmenou substrátu, pre rast GaN vrstiev zo súčasného často využívaného a cenovo dostupného kremíka, na karbid kremíka (SiC), ktorý umožňuje plne využiť materiálový potenciál nitridu gália.
    Cieľom diplomovej práce bude príprava a charakterizácia tranzistorov na báze epitaxných GaN vrstiev pripravených metódou chemickej depozície z pár organokovov (MOCVD) využívanej na ElÚ SAV. Úlohou študenta/ky bude výroba tranzistorov s využitím moderných technologických postupov (litografia, plazmatické leptanie, depozícia po atomárnych vrstvách,..) a pokročilá elektrická charakterizácia pripravených štruktúr. Získané poznatky budú využité pre optimalizáciu rastu GaN vrstiev v rámci aktuálne riešených národných a medzinárodných výskumných projektov.
  • Téma:Príprava mikroelektronických súčiastok na báze ultraširokopásmového polovodiča Ga2O3 a vyšetrovanie ich tepelných vlastnosti
    Vedúci: Ing. Filip Gucmann, PhD. (Odd. III-V polovodičov ElÚ SAV, v.v.i.)
    Pedagogický vedúci: Ing. Juraj Priesol, PhD. (Ústav elektroniky a fotoniky, FEI STU)
    Študijný program: Elektronika a fotonika
    Popis:
    Súčasný moderný trend vývoja materiálov vhodných pre ďalšie generácie elektronických súčiastok potvrdzuje záujem o polovodiče s väčšou šírkou energetickej medzery (Eg) ako Si. Týmito boli dlho najmä nitrid gália (GaN) a karbid kremíka (SiC), no tento trend pokračuje ďalej a privádza do pozornosti materiály ako AlN, AlGaN  vysokým obsahom Al, diamant a oxid gália (Ga2O3) ako vhodných kandidátov pre vysokonapäťové/vysokovýkonové súčiastky. Kvôli relatívne jednoduchej príprave substrátov aj epitaxných vrstiev, veľkej šírke energetickej medzery (Eg ~5 eV) a vysokému teoretickému prieraznému poľu (Ecr ~8 MV/cm) je práve Ga2O3 veľmi sľubným materiálom pre elektronické súčiastky s vysokým blokovacím napätím (>8 kV) a potenciálne pre vysoké spínacie výkony.
    Hlavné uplatnenie môžu takéto súčiastky nájsť napr. v elektrických dopravných prostriedkoch či zariadeniach pre transformáciu vysokých napätí v budúcich jednosmerných distribučných sieťach, vďaka čomu môžu významnou mierou prispieť k zníženiu konverzných strát, širokému nasadeniu elektrických osobných a nákladných automobilov a tak napomôcť k budúcej nízkouhlíkovej ekonomike.
    Hlavným cieľom tejto diplomovej práce bude príprava mikroelektronických súčiastok (napr. diódy, tranzistory) na báze polovodiča Ga2O3 a štúdium ich tepelných vlastností, najmä tepelného odporu Rth, ktorý bude meraný vhodnou termometrickou metódou, napr. sledovaním tepelne-závislého odporu kovu hradlovej elektródy. V práci budú využívané moderné technologické prístroje a postupy dostupné na Fakulte Elektrotechniky a informatiky STU a Elektrotechnickom ústave SAV, v. v. i.
  • Téma: Teplotná analýza transportných vlastností tenkých InN vrstiev rastených na horčíkom (Mg) dotovaných InAlN štruktúrach pomocou Van der Pauw a Hall meracích techník
    Vedúci: Ing. Roman Stoklas, PhD. (Odd. III-V polovodičov)
    Pedagogický vedúci:  Ing. Aleš Chvála, PhD.  (UEF FEI STU)
    Študijný program: Elektronika a fotonika
    Popis:
    Vysoká prevádzková rýchlosť tranzistorov závisí od driftovej rýchlosti v kanály. Podľa teoretických výpočtov poskytuje InN najvyššia rýchlosť driftu elektrónov v ustálenom stave medzi všetkými polovodičmi, s hodnotou ∼5–6 × 107 cm s-1. V spolupráci s univerzitou na Kréte (FORTH) sa nám podarilo pripraviť a analyzovať vrstvu s 1×108 cm/s driftovou rýchlosťou pri elektrickej intenzite 48kV/cm, čo je najvyššia ustálená rýchlosť elektrónov aká bola kedy nameraná v akejkoľvek pevnej látke. Avšak hrúbka vrstvy bola 700nm. Pre tranzistory je požadovaná hrúbka do 20nm. Taktiež štruktúry InAlN dotované horčíkom (Mg) sú žiadúce ako bufferová vrstva pre HFET tranzistory s InN kanálom, a to z dôvodu zníženia vysokej elektrónovej koncentrácie akumulovanej na povrchu InAlN vrstvy a zníženiu celkového zvodového prúdu tranzistora.
    Úlohou študenta bude oboznámenie sa s metodikou merania Van der Pauw a Hall meraní. Interpretácia nameraných výsledkov. V rámci bakalárskej práce sa zameriame na analýzu tenkých InN vrstiev. Taktiež bude skúmaná teplotná závislosť spomínaných techník na určenie rozptylových mechanizmov, a analyzovanie teplotnej závislosti driftovej rýchlosti, čo je veľmi žiadúce pre návrh tranzistorov s InN kanálom pre oblasť THz.
  • Téma:Príprava a charakterizácia Ga2O3 tranzistorov pre aplikácie v kV oblasti
    Vedúci: Ing. Milan Ťapajna, PhD. (Odd. III-V polovodičov)
    Pedagogický vedúci: Ing. Peter Ondrejka, PhD. (Ústav elektroniky a fotoniky, FEI STU)
    Študijný program: Elektronika a fotonika
    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 galitý (Ga2O3) je nový ultra-širokopásmový polovodičový materiál, ktorý má technologický potenciál pre vývoj nových súčiastok v tejto oblasti. Ich využitie môže zahŕňať elektrickú dopravu (elektromobilita, elektrická trakcia) či transformáciu vysokých jednosmerných napätí v distribučných sieťach. Cieľom práce bude príprava a elektrická charakterizácia tranzistorov na báze Ga2O3 vrstiev pripravených na Elektrotechnickom ústave SAV, v.v.i. Práca bude zameraná na prípravu jednoduchého tranzistora typu MOSFET a detailná elektrická charakterizácia pripravených súčiastok. Analyzovaný bude aj mechanizmus elektrického prierazu pripravených súčiastok.
  • Téma: Výpočet energetických bariér medzi magnetickými stavmi
    Vedúci: Ing. Jaroslav Tóbik, PhD. (Odd. Fyziky a technológie nanoštruktúr ElÚ SAV)
    Študijný program: Fyzika
    Popis:
    Ferromagnetický systém môže byť pri tých istých vonkajších podmienkach v rôznych stavoch. To je pôvod hysterézy alebo pamäťového efektu v magnetických systémoch. Stabilita magnetických stavov je spôsobená prítomnosťou energetických bariér medzi jednotlivými stavmi. Pre praktické aplikácie je dôležité vedieť určiť, prípadne manipulovať s energetickými bariérami. Cieľom tohoto projektu je počítať energetické bariéry pomocou algoritmu metadynamiky a zistiť či je možné pripraviť pole samoorganizovaných chirálnych magnetických stavov.
  • Téma: Porovnanie AFM a EBL litografie
    Vedúci: Ing. Ján Šoltýs, PhD. (Odd. Fyziky a technológie nanoštruktúr ElÚ SAV)
    Pedagogický vedúci: Ing. Milan Pavúk, PhD. (FEI STU)
    Študijný program: Jadrové a fyzikálne inžinierstvo
    Popis:
    Nanotechnológia je vytváranie a riadenie funkčných systémov, ktorých rozmery sú pod 100 nm. Je to jedno z najrýchlejšie sa rozvíjajúcich odvetví v súčasnej fyzike. Vhodným prostriedkom na definovanie nanoštruktúr je elektrónová litografia (EBL – Electron Beam Lithography) a tiež tzv. AFM litografia, ktorá využíva veľmi ostrý hrot (AFM – Atomic Force Microscope). Bolo preukázané, že obidvoma technikami možno vytvárať elektronické súčiastky alebo magnetické elementy, ktorých rozmer je ďaleko pod 100 nm. Úlohou študenta bude porovnať tieto techniky a analyzovať ich výhody a nevýhody. Študent sa pod vedením diplomového vedúceho naučí pracovať v čistých priestoroch, obsluhovať špičkové moderné zariadenia (AFM, SEM), čím získa zručnosti pri tvarovaní materiálov na mikro a nano úrovni. Súčasťou práce bude príprava jednoduchých nanoštruktúr obidvoma technikami na vybraných materiáloch s cieľom nájsť limity týchto metód.
  • Téma: Technológia memristorov pre hardvérové synapsie neurónových sietí
    Vedúci: Ing. Boris Hudec, PhD. (Odd. Fyziky a technológie nanoštruktúr ElÚ SAV)
    Pedagogický vedúci: Ing. Peter Ballo, PhD.
    Študijný program: Fyzikálne inžinierstvo (FEI STU)
    Popis:
    Memristory sú elementárne elektronické súčiastky so štruktúrou kondenzátora. Odpor tzv. analógových memristorov je možné spojite modulovať v niekoľko-rádovom rozsahu, napäťovými pulzami oboch polarít. V tzv. dynamických memristoroch sa využíva ich krátkodobá odozva na napäťový pulz, ktorá je vysoko nelineárna, a tendencia relatívne rýchleho návratu odporu do pôvodného stavu. Memristory sú horúcim želiezkom v doméne hardvérových neurónových sietí (HNN), kde sa dá zmena odporu ako funkcia počtu impulzov priamo interpretovať ako zmena synaptickej váhy takejto hardvérovej synapsie. Dynamické memristory sa zase dajú priamo využiť v konštrukcii tzv. fyzického rezervoára neurónovej siete.
    Predmetom práce bude preskúmanie technológie prípravy analógových memristorov kde aktívne vrstvy sú ultra-tenké (~nm) oxidy narastené depozíciou po atómových vrstvách (ALD), a následná elektrická charakterizácia týchto memristorov. Práca je súčasťou väčšieho projektu s komerčným presahom zameraného na vývoj memristorovej HNN. Študent bude súčasťou výskumného tímu kde sa okrem detailného uchopenia ním využívaných charakterizačných a analytických techník priučí celému procesu vývoja mikroelektronických súčiastok.
  • Téma: Diódové senzory plynov vhodné pre in-sensor computing
    Vedúci: Ing. Boris Hudec, PhD. (Odd. Fyziky a technológie nanoštruktúr ElÚ SAV)
    Pedagogický vedúci: Ing. Peter Ballo, PhD.
    Študijný program: Fyzikálne inžinierstvo (FEI STU)
    Popis:
    V nových elektronických systémoch inšpirovaných prírodou nie sú senzory a spracovanie dát oddelené, v “in-sensor computing” senzorické uzly tvoria synaptické spojenia hardvérovej neurónovej siete, kde vonkajšie senzorické stimuly priamo ovplyvňujú maticu synaptických váh. Toto umožňuje do siete zakódovať jednoduché algoritmy pre spracovanie signálov do rozumných výstupov v reálnom čase.
    Predmetom práce bude preskúmanie technológie prípravy tenko-vrstvových senzorov plynov s diódovou charakteristikou, keďže iba takéto senzory sú vhodné pre priamu integráciu do maticových senzorových polí vo forme ‚cross-bar‘. Výsledkom práce bude príprava takéhoto čipu použitím technológie ElÚ SAV s dôrazom na depozíciu po atómových vrstvách (ALD). Študent bude súčasťou výskumného tímu kde sa okrem detailného uchopenia ním využívaných charakterizačných a analytických techník priučí celému procesu vývoja mikroelektronických súčiastok.
  • Téma: Modifikácia mezo-poréznych elektród batérii pomocou depozície po atómových vrstvách (ALD)
    Vedúci: Ing. Boris Hudec, PhD. (Odd. Fyziky a technológie nanoštruktúr ElÚ SAV)
    Pedagogický vedúci: Ing. Martin Kemény, PhD.
    Študijný program: Elektronika a fotonika (FEI STU)
    Popis:
    Pre zvyšovanie energetickej hustoty moderných Li-Ion batérii sa uvádzajú do praxe nové materiály elektród, ako napr. NMC pre katódy a Si/Gr pre anódy. Mnohé takéto systémy ale trpia rýchlym poklesom výkonu a kapacity, najmä kvôli neželaným reakciám materiálu elektródy s elektrolytom. Metóda depozície po atómových vrstvách (ALD) umožňuje narásť len niekoľko molekúl hrubú, zato homogénnu, oxidovú vrstvu aj do veľmi komplikovanej mezo-poréznej štruktúry takýchto elektród, obmedzujúc tak reakciu katódy s elektrolytom na nanoškále. Aj náš výskum ukázal, že takáto modifikácia výrazne zlepší výdrž týchto experimentálnych batérii, hlavne pri rýchlom nabíjaní a vybíjaní. Práca bude zameraná na systematickú štúdiu vplyvu ALD nano-vrstiev a ich parametrov na výsledné elektrické vlastnosti batérii. K dispozícii bude škála spektroskopických metód na vyhodnocovanie priebehu depozície (napr. analýza reziduálnych reakčných plynov) a výsledného pokrytia mezo-poréznych substrátov. Študent bude súčasťou výskumného tímu kde získa ucelenú predstavu o príprave a charakterizácii moderných batériových systémov ako aj detailné vedecké poznanie o ALD a spektroskopických metódach použitých v tejto práci.