Témy PhD prác

Pre akademický rok 2024/2025 vypisuje Elektrotechnický ústav, v.v.i. nasledovné témy doktorandských prác pre študijné programy Fyzikálne inžinierstvo, Elektronika a fotonika a  Fyzika kondenzovaných látok a akustika

Fyzikálne inžinierstvo

  • Téma: Štúdium  magnetizačných a transportných striedavých strát v progresívnych supravodičoch

    Školiteľ: Mgr. Enric Pardo, PhD. ( Oddelenie supravodičov)
    Školiteľ  špecialista: Mgr. Ján Kováč, PhD.
    Popis:
    Progresívne supravodiče sú obyčajne vláknité kompozitné materiály s vysokými prúdovými hustotami a kritickými teplotami (Tc) nad 30 K, ktoré umožňujú generovať  magnetické polia alebo prenášať veľké elektrické výkony bez strát čo umožňuje ich efektívne použitie v energetike. Napriek veľkému počtu existujúcich supravodivých materiálov sú dnes iba niektoré s Tc > 30 K a tiež vyrobiteľné v dĺžkach  ³ 1000 m. Sú nimi predovšetkým MgB2 (Tc = 39 K), BSCCO (Tc = 80-103 K), a ReBCO (Tc = 90 K) a tieto materiály sú použiteľné pri jednosmerných a aj striedavých prúdoch. V prípade striedavých  prúdov sú však v nich generované prídavné straty v supravodivých vláknach a aj v kovových obaloch meniace sa na teplo a zvyšujúce náklady na chladenie. Preto budú v rámci tejto dizertačnej témy detailne študované striedavé straty predovšetkým v MgB2 a ReBCO supravodičoch pomocou magnetizačných a transportných meraní pri teplotách nad 20 K a kvantifikované ich hlavné zložky (magnetizačné, väzobné a od vírivých prúdov). Experimentálne namerané výsledky budú porovnávané s teoretickými závislosťami a prípadne i s modelovanými závislosťami. Toto problematika bude úzko naviazaná na domáce projekty (APVV) a tiež na medzinárodné akým je SCARLET (Supravodivé káble podporujúce prechod na udržateľnú energetiku), kde je minimalizácia striedavých strát veľmi dôležitá.
  • Téma: Elektrický transport v tenkých vrstvách niektorých TMDC materiálov

Školiteľ: Dr. rer. nat. Martin Hulman  ( Oddelenie fyziky a technológie nanoštruktúr )
Popis:
Materiály, ktorá sa vyznačujú výraznou rozmerovou anizotropiou predstavujú v posledných dvoch desaťročiach jednu z najviac skúmaných skupín materiálov vo fyzike tuhých látok a materiálovom výskume. Do tejto skupiny patria aj dichalkogenidy prechodových kovov (angl. TMDC) – zlúčeniny prvkov S, Se a Te s kovmi ako sú Mo, W a  Pt. Látky s chemickým vzorcom MX2 sa dajú pripraviť vo forme veľmi tenkých vrstiev.
Na Elektrotechnickom ústave SAV je skupina zaoberajúca sa rastom tenkých vrstiev TMDC materiálov a ich charakterizáciou. Dizertačná práca by dopĺňala aktivity tejto skupiny.
Témou dizertačnej práce je skúmanie elektrických transportných vlastností (ultra)tenkých vrstiev TMDC  materiálov. A to špecificky tej podskupiny materiálov, ktoré majú polokovový a kovový charakter, resp. táto ich vlastnosť závisí od hrúbky vrstvy.  Práca má experimentálny charakter. Čiastočne zahŕňa aj rast tenkých vrstiev, ale ťažisko práce je meranie transportných charakteristík. Cieľom práce je charakterizácia materiálov a vyšetrovanie vplyvu teploty, dopovania a štruktúry na vodivosť 2D materiálov.
V rámci dizertácie bude študent/študentka pracovať s vákuovými a nízkoteplotnými zariadeniami. Experimentálne výsledky sa budú analyzovať z hľadiska rôznych modelov fyziky tuhých látok.
Počas dizertácie sa predpokladá aj prezentácia výsledkov na domácich a zahraničných konferenciách, takže dobrá znalosť angličtiny slovom aj písmom je potrebná.

  • Téma: Optimalizácia prípravy heteroštruktúr na báze grafénu a TMD

Školiteľ: Mgr. Michaela Sojková, PhD. ( Oddelenie mikroelektroniky a senzoriky )
Popis:
Na rozdiel od polokovového grafénu, niektoré dvojrozmerné dichalkogenidy prechodných kovov (TMD) vykazujú polovodičové vlastnosti, ktoré ponúkajú zaujímavé aplikácie v mnohých oblastiach (elektronika, senzorika). Pre aplikáciu TMD materiálov je však limitujúcim faktorom malá kryštalinita vrstiev a rýchla chemická degradácia vplyvom vonkajšieho prostredia. Jedným z riešení problému degradácie je použitie ochrannej vrstvy tvorenej materiálom, ktorý je dokonale izolačný (napr. grafén, h-BN).
V rámci dizertačnej práce navrhujeme riešenie založené na jednoduchej myšlienke vyrobiť TMD materiál pod grafénom. Takáto dvojrozmerná heteroštruktúra bude pripravená v jednom kroku, kde je tenká kovová vrstva pokrytá vrstvou oxidu grafénu a následne žíhaná v prítomnosti chalkogénu. Počas žíhania sa vytvára vrstva TMD, zatiaľ čo oxid grafénu sa redukuje na grafén. Grafén bude slúžiť ako ochranná vrstva a zabráni oxidácii/rozkladu materiálu TMD. To môže umožniť výrobu inak nestabilného materiálu TMD, ako je NbSe2 alebo TaS2. Budeme študovať, ako grafénová vrstva na povrchu kovu ovplyvní kryštalinitu a priestorovú orientáciu finálnych TMD vrstiev. Navyše, tieto heteroštruktúry v kombinácii s vhodnou izolačnou spodnou vrstvou (SiO2, h-BN) môžu byť vhodné pre viaceré aplikácie.
Práca bude zameraná na optimalizáciu prípravy TMD-grafén heteroštruktúr s využitím ultratenkých vrstiev rôznych typov 2D TMD materiálov (PtSe2, MoS2, NbSe2, TaS2). Budeme sledovať vplyv parametrov prípravy heteroštruktúr na ich vlastnosti. Pripravené heteroštruktúry budú skúmané pomocou RTG difrakčnej analýzy, RTG fotoelektrónovej spektroskopie (XPS), Ramanovej spektroskopie, optických meraní, meraní elektrických vlastností a ďalšími analýzami.
Práca bude realizovaná na ElÚ SAV, ktorý disponuje potrebnými technologickým a charakterizačným zariadením. Doktorand získa univerzálne zručnosti s množstvom experimentálnych metód a bude aktívne zapojený do spolupráce v rámci niekoľkých projektov.

  • Téma: Štúdium a optimalizácia detektorov ionizujúceho žiarenia na báze širokopásmových polovodičov SiC a diamantu

    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 vplyvu radiačnej záťaže na ich charakteristiky. Detekčnými materiálmi sú vysokokvalitná epitaxná vrstva na báze 4H-SiC, polykryštalická a monokryštalická diamantová vrstva. V prvej fáze sa práca sústredí na návrh a prípravu rôznych typov detekčných štruktúr so Schottkyho kontaktom. Následne sa vykoná elektrická charakterizácia (IV a CV merania pri rôznych teplotách). SiC a diamant sú širokopásmové polovodiče schopné pracovať aj pri zvýšených teplotách. Vybrané vhodné detekčné štruktúry sa pripoja k nízkošumovej spektrometrickej aparatúre a vyhodnotia sa ich vlastnosti pri detekcii častíc nielen pri izbovej ale aj zvýšenej teplote. Štruktúry budú následne ožarované rôznymi dávkami ionizujúceho žiarenia generovaného elektrónmi, protónmi alebo neutrónmi a skúmané zmeny ich charakteristík. V závere sa vyhodnotí ich radiačná odolnosť a porovná so štandardnými detektormi na báze kremíka.
    Práca bude realizovaná na ElÚ SAV, ktorý disponuje modernými technologickými zariadeniami potrebnými pre prípravu a testovanie polovodičových štruktúr. Doktorand získa znalosti z prípravy polovodičových štruktúr a bude aktívne zapojený do tímovej spolupráce v rámci domácich a medzinárodných projektov zaoberajúcich sa prípravou a testovaním detektorových štruktúr.
  • Téma: Príprava a charakterizácia UV fotodetektorov na báze heteroštruktúry Ga2O3-diamant

    Školiteľ: Ing. Marian Varga, PhD. ( Oddelenie mikroelektroniky a senzoriky )
    Školiteľ  špecialista: Ing. Filip Gucmann, PhD.
    Školiteľ  špecialista: prof. Ing. Alexander Kromka, DrSc.
    Popis: Jednu z najvýznamnejších výziev posledných rokov, ktorá súvisí s vývojom elektronických súčiastok a má potenciál zásadného zlepšenia súčasného stavu v širokej škále ľudských činností, možno nájsť v oblasti ultrafialových (UV) fotodetektorov (PD) necitlivých na slnečné svetlo (solar-blind, SB). Pre mnohé optoelektronické aplikácie, najmä v hlbokej UV (DUV) oblasti (vlnová dĺžka menej ako 280 nm) sú potrebné nové UV fotodetektory, ktoré spravidla nie je možné pripraviť z konvenčných materiálov. To viedlo k vývoju polovodičov s veľkou šírkou zakázaného (UWBG) pásu (ako sú AlxGa1-xN, hBN, Ga2O3 a diamant) a ich využitiu ako SB UV PD. Oxid galitý (Ga2O3), prirodzený polovodič typu n, predstavuje vhodný UWBG materiál s veľkým potenciálom a schopnosťou významne zlepšiť súčasné najmodernejšie súčiastky. Na druhej strane si syntetický diamant získal povesť mimoriadne všestranného materiálu vďaka svojim atraktívnym fyzikálnym a chemickým vlastnostiam, a naviac, diamantové vrstvy vodivosti typu p sa dajú pomerne ľahko pripraviť. Naproti tomu, je veľmi technologicky náročné pripraviť Ga2O3 p-typu a diamant n-typu.
    V tejto práci sa zameriame na vývoj a detailnú charakterizáciu nových vysokovýkonných DUV SB PDs, ktoré budú využívať p-n alebo p-i-n štruktúry, pozostávajúce z n– a i-typu Ga2O3 a p-typu diamantu.  Takéto heteroštruktúrne súčiastky sú perspektívnym riešením spájajúcim to najlepšie z dvoch UWBG svetov. Vrstvy Ga2O3 budú pripravené chemickou depozíciou z pár organo-kovových zlúčenín so vstrekovaním prekurzora v kvapalnej fáze (LI-MOCVD), rastovou technikou vyvinutou na ElÚ SAV. Polykryštalické diamantové vrstvy budú pripravené MW plazmou-podporenou CVD metódou v úzkej spolupráci s Fyzikálnym ústavom AV ČR v Prahe. UV PD a iné elektronické súčiastky budú vyrobené použitím moderných techník a zariadení dostupných na ElÚ SAV, t. j. optickej alebo elektrónovej litografie, reaktívneho iónového leptania a depozície tenkých vrstiev. Navrhnuté periodické štruktúry, elektrické kontakty, interdigitálne polia a van der Pauwove testovacie štruktúry budú pripravené pomocou kovovej masky pripravenej technikou vákuového naprašovania alebo naparovania a pomocou litografických masiek a lift-off procesu. Polykryštalické diamantové vrstvy budú pripravené v úzkej spolupráci s Fyzikálnym ústavom Českej akadémie vied v Prahe.
    Cieľom tejto dizertačnej práce je vyrobiť, charakterizovať a pochopiť javy na rozhraní Ga2O3-diamantových heteroštruktúr a definovať ich vplyv na vlastnosti takéhoto heteroprechodu. Okrem toho sa práca zameria aj na testovanie parametrov UV fotodetektora ako aj jeho odolnosti a životnosti po vystavení ionizujúcemu žiareniu.
  • Téma: Vplyv substrátu a bufferovej vrstvy na mikroštruktúru a elektrické vlastnosti epitaxných vrstiev Ga2O3 a príbuzných zlúčenín deponovaných metódou chemickej depozície z pár organokovov (MOCVD)

    Školiteľ: Ing. Alica Rosová, CSc.  ( Oddelenie III-V polovodičov )
    Popis: V posledných rokoch zaujal pozornosť materiálového výskumu širokopásmový polovodič Ga2O3 ako sľubný materiál pre použitie v elektronických súčiastkach pre spínanie vysokých výkonov a napätí, krátkovlnných svetloemitujúcich diódach a laseroch pre ultrafialové svetlo. Pripraviť kvalitnú epitaxnú vrstvu na technologicky vhodných substrátoch však stále zostáva výskumnou výzvou. Táto práca bude zameraná na štúdium mikroštruktúry epitaxných vrstiev Ga2O3 a príbuzných materiálov pripravených metódou nanášania z chemických pár metaloganických prekurzorov (MOCVD) pripravených na Elektrotechnickom ústave SAV. Zmena mikroštrukúry a teda aj vlastností vrstiev bude vnášaná zmenou použitého substrátu a depozíciou vhodných bufferových vrstiev s ohľadom na zmenu napätí vnášaných kontakom substrát – vrstva pri epitaxnom raste. Hľavným nástrojom mikroštrukturálnej analýzy bude transmisná elektrónová mikroskopia (TEM), rastrovacia eletrónová mikroskopia (SEM) a prvková analýza typu energodisperznej a vlnovodisperznej spektroskopie (EDS a WDS). Skúmaný bude aj vplyv zvolených rastových parametrov na elektrické vlastnosti pripravených Ga2O3 vrstiev, napr. dosiahnutej koncentrácie nosičov náboja a ich pohyblivosti. Práca bude realizovaná v rámci spoločného projektu s taiwanským partnerom ITRI (Industrial Technology Research Institute).

„Elektronika a fotonika“

  • Téma: Epitaxný rast vrstiev Ga2O3 a príbuzných zlúčenín metódou chemickej depozície z pár organokovov (MOCVD)

    Školiteľ: Ing. Filip Gucmann, PhD.  ( Oddelenie III-V polovodičov )
    Popis:
    Takmer tretina všetkej vyrobenej elektrickej energie prichádza pred svojou spotrebou do styku s výkonovými elektronickými súčiastkami a v najbližšej dekáde je očakávaný nárast tohto množstva až na 80 %. Aj malé zvýšenie účinnosti výkonových súčiastok preto predstavuje nezanedbateľnú úsporu elektriny a uhlíkových emisií. Jedným zo spôsobov ako toto zvýšenie účinnosti dosiahnuť je vývoj výkonových súčiastok na báze nových polovodičov s veľkou šírkou energetickej medzery (Eg). Veľmi vhodným materiálom pre vysokovýkonové a vysokonapäťové aplikácie je oxid galitý (Ga2O3), ultraširokopásmový polovodič s Eg ~4,9 eV, ktorý svojimi parametrami prekonáva súčasne využívané polovodičové materiály v oblasti spínacích napätí do niekoľko kV (Si, SiC, GaN). Okrem toho môžu súčiastky na báze Ga2O3 zásadne prispieť k rýchlejšiemu rozvoju elektromobility vďaka vývoju rýchlych nabíjačiek a účinnému prenosu medzi batériou a systémami elektrického pohonu.
    Hlavným cieľom dizertačnej práce bude výskum a optimalizácia rastu tenkých epitaxných vrstiev Ga2O3, resp. príbuzných materiálov napr. (AlxGa1-x)2O3 alebo (InxGa1-x)2O3 na rôznych substrátoch (napr. Al2O3, SiC) metódou chemickej depozície z pár organokovov (MOCVD) a taktiež štúdium technologického vplyvu prípravy týchto vrstiev na ich materiálové vlastnosti – štruktúrne, elektrické a optické.
    V práci bude využitá komerčná MOCVD rastová aparatúra Aixtron (CCS) a moderné technologické prístroje a postupy dostupné na Elektrotechnickom ústave SAV, v. v. i. a úspešná absolventka/úspešný absolvent nadobudne široké spektrum experimentálnych zručností pre diagnostiku materiálov (napr. Röntgenová difrakcia, mikroskopia atomárnych síl, Ramanova spektroskopia a pokročilé elektrické metódy). Práca bude realizovaná v rámci spoločného projektu s taiwanským partnerom ITRI (Industrial Technology Research Institute).
  • Téma: Výskum Ga2O3 tranzistorov pre aplikácie v kV oblasti

    Školiteľ: Ing. Milan Ťapajna, PhD. ( Oddelenie III-V polovodičov )
    Školiteľ  špecialista: RNDr. Dagmar Gregušová, DrSc.
    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 vďaka svojej vysokej elektrickej pevnosti technologický potenciál pre vývoj nových súčiastok v tejto oblasti. Ich využitie môže zahŕňať bezemisnú dopravu (elektromobilita, elektrická trakcia) či transformáciu vysokých jednosmerných napätí v distribučných sieťach. Cieľom práce bude návrh a príprava výkonových súčiastok (diód, tranzistorov) na báze Ga2O3 vrstiev pripravených na Elektrotechnickom ústave SAV, v.v.i. Práca bude zameraná na návrh a simuláciu súčiastok pre oblasť kV s využitím komplexných softvérových nástrojov ako aj prípravu Schottkyho diód a tranzistorov typu MOSFET s využitím najmodernejších polovodičových technológií dostupných na ElÚ SAV. Analyzovaný bude aj mechanizmus elektrického transportu a prierazu pripravených súčiastok. Práca bude realizovaná v rámci spoločného projektu s taiwanským partnerom ITRI (Industrial Technology Research Institute).

 „Fyzika kondenzovaných látok a akustika“

  • Téma: Elektrický transport v tenkých vrstvách niektorých TMDC materiálov
    Školiteľ: Dr. rer. nat. Martin Hulman  ( Oddelenie fyziky a technológie nanoštruktúr )
    Popis:
    Materiály, ktorá sa vyznačujú výraznou rozmerovou anizotropiou predstavujú v posledných dvoch desaťročiach jednu z najviac skúmaných skupín materiálov vo fyzike tuhých látok a materiálovom výskume. Do tejto skupiny patria aj dichalkogenidy prechodových kovov (angl. TMDC) – zlúčeniny prvkov S, Se a Te s kovmi ako sú Mo, W a  Pt. Látky s chemickým vzorcom MX2 sa dajú pripraviť vo forme veľmi tenkých vrstiev.
    Na Elektrotechnickom ústave SAV je skupina zaoberajúca sa rastom tenkých vrstiev TMDC materiálov a ich charakterizáciou. Dizertačná práca by dopĺňala aktivity tejto skupiny.
    Témou dizertačnej práce je skúmanie elektrických transportných vlastností (ultra)tenkých vrstiev TMDC  materiálov. A to špecificky tej podskupiny materiálov, ktoré majú polokovový a kovový charakter, resp. táto ich vlastnosť závisí od hrúbky vrstvy.  Práca má experimentálny charakter. Čiastočne zahŕňa aj rast tenkých vrstiev, ale ťažisko práce je meranie transportných charakteristík. Cieľom práce je charakterizácia materiálov a vyšetrovanie vplyvu teploty, dopovania a štruktúry na vodivosť 2D materiálov.
    V rámci dizertácie bude študent/študentka pracovať s vákuovými a nízkoteplotnými zariadeniami. Experimentálne výsledky sa budú analyzovať z hľadiska rôznych modelov fyziky tuhých látok.
    Počas dizertácie sa predpokladá aj prezentácia výsledkov na domácich a zahraničných konferenciách, takže dobrá znalosť angličtiny slovom aj písmom je potrebná.
  • Téma: Optimalizácia prípravy magnetických nanoštruktúr pre magnonické aplikácie
    Školiteľ: Ing. Ján Šoltýs, PhD.,  ( Oddelenie fyziky a technológie nanoštruktúr )
    Školiteľ  špecialista: Mgr. Juraj Feilhauer, PhD.
    Popis:
    Magnonika je začínajúci vedný odbor v nanomagnetizme, ktorý sa zaoberá využitím spinových vĺn na prenos, ukladanie a spracovanie informácií. Magnóny sú kvantá spojené so spinovými vlnami. Nesú informácie o kolektívnom spinovom správaní, pričom môžu byť modulované prostredníctvom vhodného usporiadania magnetických štruktúr v kombinácií s vonkajším elektrickým a magnetickým poľom. Potenciálne využitie zahŕňa široké spektrum aplikácií ako napr. RF súčiastky (rekonfigurovateľné filtre, oneskorovacie vedenia), multiplexory, logické hradlá založené na interferencii, nekonvenčné spin-wave výpočty a neuromorfné a kvantové výpočty.
    Práca bude zameraná na návrh vhodného tvaru a usporiadania magnetických nanoelementov a taktiež na optimalizáciu ich prípravy.  Na ich prípravu bude využívaná elektrónová litografia v kombinácií s ďalšími mikrofabrikačnými  technológiami ako sú depozícia a leptanie metalických vrstiev. Optimalizácia procesu zahŕňa aj charakterizáciu štruktúr pomocou skenovacích techník ako SEM a AFM. Pripravené štruktúry budú následne študované pomocou rôznych techník, prevažne však pomocou mikroskopu magnetických síl.