Témy PhD prác

Pre akademický rok 2026/2027 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 rozdelenia prúdu a striedavých strát v supravodivých vinutiach z filamentovaných vodičov
Školiteľ: Mgr. Mykola Soloviov, PhD. ( Oddelenie supravodičov)
Popis:
Vysokoteplotné supravodivé pásky sú pokročilé vodiče určené na výrobu cievok, káblov a ďalších prvkov výkonných zariadení. Bezpečná a stabilná prevádzka takýchto zariadení predpokladá ich ochladenie na pracovnú teplotu a udržiavanie supravodivého vodiča na tejto teplote. Z hľadiska tepelnej stability je dôležité presne odhadovať množstvo tepla generovaného v dôsledku striedavých strát vznikajúcich pri prevádzke supravodivých materiálov v striedavom magnetickom poli.
Je dobre známe, že zníženie striedavých hysteréznych strát sa dá dosiahnuť rozdelením supravodivej vrstvy na užšie filamenty – takzvaným procesom filamentizácie. Zníženie striedavých strát vo filamentovaných páskach bolo overené v prípade ich použitia v transponovaných kábloch, avšak pri cievkach je účinnosť tejto technológie otázna. Zároveň prerozdeľovanie prúdov medzi filamentmi zohráva kľúčovú úlohu pri stabilnej prevádzke supravodivých cievok. Bodové defekty vo filamentovaných páskach spôsobujú pretekanie prúdov cez odporovú kovovú stabilizačnú vrstvu, čo prispieva ku generácii tepla v supravodivej cievke.
V rámci tejto dizertačnej práce bude realizovaná séria experimentov s rôznymi supravodivými vinutiami, doplnená o numerické FEM modelovanie s cieľom lepšie objasniť a pochopiť prebiehajúce fyzikálne procesy, čo je doležíte pre praktické uplatnenie supravodivých pások.

Téma: Nové metódy multifyzikálneho modelovania supravodivých magnetov s vysokým poľom pre výkonové aplikácie
Školiteľ: Mgr. Enric Pardo, PhD. ( Oddelenie supravodičov)
Školiteľ  špecialista: MSc. Anang Dadhich, PhD.
Popis:
Vysokoteplotné supravodivé elektromagnety dokážu generovať extrémne vysoké magnetické polia presahujúce 40 T. Tieto magnety umožňujú špičkový základný výskum v oblasti materiálovej a časticovej fiziky, predovšetkým prostredníctvom magnetov v urýchľovačoch častíc, aké sa používajú napríklad v CERNe. Supravodivé magnety majú veľký potenciál pre kompaktné fúzne reaktory, ktoré ponúkajú čistú energiu bez emisií, ako aj pre iónové pohonné systémy kozmických lodí. Iné supravodivé energetické aplikácie môžu tiež prispieť k znižovaniu emisií, napríklad elektrické pohonné motory pre vodíkovo-elektrické lietadlá alebo vysokovýkonné generátory pre veterné turbíny.
Návrh všetkých týchto aplikácií si vyžaduje multi-fyzikálne počítačové modelovanie ich elektromagnetických, tepelných a mechanických vlastností. Táto doktorandská práca sa zameriava na vývoj nových multi-fyzikálnych numerických metód modelovania, ktoré presahujú možnosti metód konečných prvkov s cieľom urýchliť výpočty. To umožní modelovanie zložitejších zariadení a získanie nových poznatkov. Novo vyvinuté modely, ktoré bude doktorand programovať v jazyku C++, budú schopné bežať na superpočítačoch, ako je Devana v Slovenskej akadémii vied.

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: Funkcionalizácia práškov pre nové nanokompozity pomocou depozície po atomárnych vrstvách

Školiteľ: Ing. Boris Hudec, PhD.  ( Oddelenie fyziky a technológie nanoštruktúr )
Školiteľka  špecialista: MSc. Helle-Mai Piirsoo, PhD.
Popis:
Nanoštruktúrované kompozity majú veľký potenciál, keďže nanoefekty výrazne modifikujú mechanické, optické, magnetické alebo elektrické vlastnosti materiálov v porovnaní s ich objemovými formami. Povlakovanie práškov alebo nanočastíc konformnými filmami s nanometrovou hrúbkou umožňuje výrazne zlepšiť ich mechanické vlastnosti a chemickú stabilitu prostredníctvom inžinierstva hraníc zŕn. Avšak povlakovanie mikrónových práškov, nehovoriac o nanočasticiach, kontrolovaným a konformným spôsobom zostáva výzvou. Pri navrhovaní týchto nanokompozitov je nevyhnutné zohľadniť aj priemyselnú škálovateľnosť a vplyv na životné prostredie.
Cieľom tejto dizertačnej práce je systematicky skúmať dve komplementárne metódy chemickej depozície na rôznych kovových a keramických práškoch s cieľom ich využitia v batériových elektródach s novým chemickým zložením. Na depozíciu a in-situ analýzu procesov rôznych oxidov kovov (Al₂O₃, TiO₂, ZnO, ZrO₂…) bude použitá depozícia po atomárnych vrstvách (atomic layer deposition, ALD) vo fluidizačnom reaktore (fluidized bed reactor, FBR) s využitím in-situ hmotnostnej spektrometrie. Nová komplementárna metóda depozície z roztokov bude použitá na povlakovanie nanočastíc v inertnom prostredí gloveboxu. Materiály pripravené oboma prístupmi budú charakterizované pomocou skenovacej elektrónovej mikroskopie s röntgenovou spektroskopiou (SEM-EDX) a röntgenovej difrakcie (XRD).
Študent bude súčasťou výskumného tímu pracujúceho na tejto téme v rámci prebiehajúcich výskumných projektov. Hľadáme kreatívnych a odhodlaných tímových hráčov; predchádzajúce skúsenosti v príbuzných oblastiach sú výhodou.

Téma: Analýza vplyvu dopovania na vlastnosti ultratenkých vrstiev dichalkogenidov prechodných kovov
Školiteľ: Mgr. Michaela Sojková, PhD. ( Oddelenie mikroelektroniky a senzoriky )
Popis:
Objav grafénu podnietil rozsiahly výskum ďalších 2D materiálov. Osobitnú pozornosť si získali dichalkogenidy prechodných kovov (TMD) so všeobecným vzorcom MX₂, kde M predstavuje prechodný kov (napr. Mo, W) a X je chalkogén (S, Se, Te). Tieto materiály majú vrstevnatú štruktúru a v závislosti od kryštalickej štruktúry môžu vykazovať rôzne elektrické vlastnosti (polovodičové, kovové, supravodivé a pod.). Podľa teoretických výpočtov TMD materiály ponúkajú jedinečné charakteristiky, ako je vysoká flexibilita, zvýšená pohyblivosť nosičov náboja a elektronické či optické vlastnosti závislé od počtu vrstiev, čo ich predurčuje na široké spektrum aplikácií. Mnoho predpovedaných vlastností týchto materiálov však stále nie je experimentálne dosiahnutých, najmä pokiaľ ide o pohyblivosť nosičov náboja. Jedným zo spôsobov, ktorý by mohol zlepšiť elektrické vlastnosti 2D-TMDC materiálov, je dopovanie, podobne ako pri dopovaní polovodičov požadovanými prísadovými prvkami.
Práca bude zameraná na prípravu dopovaných ultratenkých vrstiev TMD. Použitá bude dvojkroková metóda, pri ktorej sa najskôr deponujú tenké vrstvy kovov alebo ich oxidov pomocou magnetrónového naprašovania alebo naparovania. V druhom kroku sa tieto vrstvy žíhajú v prítomnosti pár síry alebo selénu (tzv. sulfurizácia / selenizácia) spolu so sulfidom dopantu. Budeme sledovať vplyv dopantu na štruktúrne, optické a elektrické vlastnosti vrstiev 2D materiálov. Pripravované budú viaceré typy TMD (MoS2, PtSe2, NbSe2…), na dopovanie budú využité viaceré kovy a ich kombinácie (Ni, Cu). Pripravené vrstvy 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: Príprava a charakterizácia UV fotodetektorov na báze heteroštruktúry Ga₂O₃-diamant
Školiteľ: Ing. M. Varga, PhD. ( Oddelenie mikroelektroniky a senzoriky )
Školiteľ špecialista: Ing. Filip Gucmann, PhD.
Popis:
Opticky aktívne diamanty s rôznymi farebnými centrami sú veľmi zaujímavé pre kvantovú technológiu, vrátane kvantovej metrológie, spracovania informácií a komunikáciu. Aby sa využili sľubné vlastnosti farebných centier v diamante pre kvantové optické aplikácie, je veľmi prospešné manipulovanie s elektronickým stavom týchto centier pomocou elektrického poľa. Elektrická excitabilita umožňuje prekonať difrakčný limit vyskytujúci sa pri optickej (laserovej) excitácii a otvára priestor pre miniaturizáciu budúcich zariadení.
Dizertačná práca je zameraná na výskum a vývoj FET tranzistorov a p-i-n diód na báze diamantu pre ich optoelektronickú charakterizáciu. Hlavnou úlohou je návrh, implementácia a charakterizácia týchto zariadení na štúdium elektrickej excitability luminiscencie rôznych farebných centier v diamante. Elektroluminiscenčné merania sa budú vykonávať na mono- a polykryštalických diamantoch dotovaných napr. atómami Si, Ge alebo Er. Okrem toho sa uskutočnia experimenty na skúmanie luminiscenčných vlastností aj na diamantoch s rôzne terminovaným povrchom (terminácia vodíkom, kyslíkom a fluórom), ktorý ovplyvňuje jeho stav nabitia.
Doktorand bude súčasťou mladého výskumného tímu s rozvinutou medzinárodnou spoluprácou a prístupom k špičkovej technologickej infraštruktúre. Získané výsledky môžu byť veľmi žiaduce pre nové návrhy pokročilých projektov (vrátane európskych) a spoluprácu s firmami.

Téma: Vplyv substrátu, bufferovej vrstvy a modulovaného zloženia na mikroštruktúru a elektrické vlastnosti epitaxných vrstiev Ga₂O₃ a príbuzných zlúčenín pripravených metódou chemickej depozície z pár organokovov (MOCVD)
Školiteľ: Ing. Alica Rosová, CSc. ( Oddelenie III-V polovodičov )
Školiteľ špecialista: Ing. Zdenko Zápražný, PhD.
Popis:
Ultraširokopásmový polovodič Ga₂O₃ je v posledných rokoch v centre pozornosti materiálového výskumu ako sľubný materiál pre použitie v elektronických súčiastkach pre spínanie a usmerňovanie vysokých výkonov a napätí optoelektronických prvkoch pre detekciu ultrafialového žiarenia v UV-C oblasti necitlivých na viditeľné svetlo. Kým homoepitaxné vrstvy vedú v oblasti kryštalickej kvality a elektrických vlastností, pripraviť kvalitnú epitaxnú vrstvu na technologicky vhodných substrátoch (napr. Al₂O₃, SiC, Si) stále zostáva výskumnou výzvou vďaka vysokej hustote defektov, najmä doménových hraníc rôzne orientovaných kryštalických domén.
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, depozíciou vhodných bufferových vrstiev (napr. (Al_xGa_1-x)₂O₃), prípadne prípravou heteroštruktúr s modulovaným zložením s ohľadom na zmenu napätí vnášaných kontakom substrát – vrstva pri epitaxnom raste.
Hľavným nástrojom mikroštrukturálnej analýzy bude transmisná elektrónová mikroskopia (TEM), RTG difrakcia (XRD), rastrovacia elektrónová 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).

Téma: Rast a vlastnosti III-N kvantových štruktúr pre rýchlu elektroniku
Školiteľ: Ing. Roman Stoklas, PhD. ( Oddelenie III-V polovodičov )
Školitelia špecialisti: Ing. Michal Blaho, PhD, Ing. J. Kuzmík, DrSc.
Popis:
Predmetom práce bude rast a vyšetrovanie vlastností epitaxných III-N kvantových štruktúr narastených pomocou chemickej depozície z pár organokovov (MOCVD). GaN ako základný materiál skupiny III-N je v súčastnosti asi najdynamickejšie sa rozvíjajúcim 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. Ide predovšetkým o vytvorenie 2-rozmerného plynu nosičov náboja vysokej hustoty a pohyblivosti, čo sú dva klúčové aspekty určujúce vlastnosti budúcich elektronických súčiastok. InN súčasne reprezentuje materiál s najvyššou driftovou rýchlosťou elektrónov zo všetkých známych polovodičových materiálov.
Študent sa oboznámi s technikou rastu na strategickom komerčnom MOCVD zariadení firmy 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 zahŕňať viaceré techniky na posúdenie štrukturálnych, elektrických a optických vlastností narastených epitaxných vrstiev. Práca bude zavŕšená prípravou a demonštráciou testovacích štruktúr a inovatívnych súčiastok.

„Elektronika a fotonika“

Téma: Príprava a charakterizácia usmerňovacích diód na báze Ga₂O₃ pre vysokonapäťové aplikácie
Školiteľ: Ing. Filip Gucmann, PhD.  ( Oddelenie III-V polovodičov )
Školiteľka špecialistka: RNDr. Dagmar Gregušová, DrSc.
Popis:
Oxid galitý (Ga₂O₃) je nový tzv. ultraširokopásmový polovodičový materiál so šírkou energetickej medzery (E_g) približne 5 eV a teoretickým kritickým prierazným poľom (E_cr) >8MV/cm, čo tento materiál predurčuje k aplikáciám pre usmerňovanie a spínanie vysokých výkonov a napätí.  Súčiastky na báze Ga₂O₃ monoklinickej fázy (β) majú potenciál významne rozšíriť schopnosti súčasných etablovaných polovodičov ako GaN a SiC a umožniť rozšírenie spoľahlivo riadených napätí v oblasti nad 6 kV, kde vhodná aternatíva v súčasnosti nie je dostupná. Takéto súčiastky nájdu uplatnenie vo vysokoúčinných zariadeniach pre konverziu el. výkonu napr. v rýchlonabíjačkách bateríí pre elektromobilitu, elektrárňach produkujúcich energiu z obnoviteľných zdrojov (slnko, vietor), resp. v obrannom segmente.
Táto práca bude zameraná na optimalizáciu technológie prípravy spínacích diód so Schottkyho kontaktom vo vertikálnom, resp. semivertikálnom usporiadaní a detailnom štúdiu transportných a degradačných dejov v týchto súčiastkách. Základný polovodičový materiál Ga₂O₃ bude pripravený technikou MOCVD na Elektrotechnickom ústave SAV, v. v. i. (ElÚ SAV) na rôznych podložkách (Ga₂O₃, SiC, Si, zafír), ktoré umožnia sledovať rôzny vplyv samoohrevu. Súčasťou výskumu bude sledovanie vplyvu rôznych ochranných štruktúr (field plate, guard rings,..) na záverné prierazné napätie diód. Súčiastky budú pripravené za využitia moderných výrobných procesov fotolitografie a ďalších technológií dostupných na ElÚ SAV a v spolupráci s taiwanským Inštitútom pre výskum priemyselných technológií (ITRI).

Téma: Potlačenie tvorby rotačných domén pri heteroepitaxnom raste Ga₂O₃ metódou chemickej depozície z pár organokovov (MOCVD)
Školiteľ: Ing. Filip Gucmann, PhD.  ( Oddelenie III-V polovodičov )
Školiteľka špecialistka: Ing. Michal Blaho, PhD.
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 (E_g). Vhodným materiálom pre vysokovýkonové a vysokonapäťové aplikácie je oxid galitý (Ga₂O₃), ultraširokopásmový polovodič s E_g ~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 a taktiež k zvýšeniu účinnosti pri konverzii el. energie pri výrobe z obnoviteľných zdrojov (slnko, vietor).
Hlavným cieľom dizertačnej práce bude výskum a optimalizácia rastu tenkých epitaxných vrstiev Ga₂O₃, resp. príbuzných materiálov napr. (Al_xGa_1-x)₂O₃ na cudzích podložkách (Al₂O₃, SiC, Si) metódou chemickej depozície z pár organokovov (MOCVD) s ohľadom na potlačenie tvorby tzv. rotačných domén súvisiacich so symetriou povrchu podložiek. Tvorba rotačných domén predstavuje aktuálne veľkú výskumnú výzvu a ich prítomnosť zásadne negatívne ovplyvňuje štruktúrne, tepelné a transportné vlastnosti heteroepitaxných Ga₂O₃ vrstiev a zabraňuje plnému využitiu jeho materiálového potenciálu vo výkonových súčiastkách.
Pre epitaxný rast bude využitá komerčná MOCVD rastová aparatúra Aixtron s vetrikálným CCS reaktorom ako aj experimentálna MOCVD aparatúra využívajúca vstrekovanie tekutého prekurzora. Ďalej budú využívané 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: Príprava p- a n-polovodičových vrstiev dichalkogenidov prechodných kovov pre CMOS- kompatibilnú elektroniku
Školiteľ: Mgr. Michaela Sojková, PhD. ( Oddelenie mikroelektroniky a senzoriky )
Popis:
Práca bude zameraná na vývoj škálovateľných a CMOS-kompatibilných technológií pre prípravu poľom riadených tranzistorov (FET) založených na dichalkogenidoch prechodných kovov (TMD). TMD sú vrstevnaté materiály so všeobecným vzorcom MX₂, kde M predstavuje prechodný kov (napr. Mo, W) a X je chalkogén (S, Se, Te). Vďaka ich atomárnemu charakteru a laditeľným elektronickým vlastnostiam predstavujú TMD materiály perspektívne kanálové materiály pre FET zariadenia novej generácie presahujúce možnosti konvenčnej kremíkovej technológie. Ich praktické využitie je však obmedzené výzvami súvisiacimi s veľkoplošnou syntézou, inžinierstvom kontaktov a kompatibilitou so štandardnými CMOS procesmi.
Cieľom práce bude realizácia p-typu aj n-typu FET zariadení na báze TMD integrovaných na jednej technologickej platforme, čo umožní komplementárnu činnosť tranzistorov analogickú CMOS logike. Zameriame sa na riadenú syntézu vysoko kvalitných tenkých vrstiev TMD pomocou CMOS-kompatibilných depozičných a chalcogenizačných techník, ako aj na ich priamu integráciu do architektúr FET s dolnou aj hornou hradlovou elektródou. Na prípravu TMD bude použitá dvojkroková metóda, pri ktorej sa najskôr deponujú tenké vrstvy kovov alebo ich oxidov pomocou magnetrónového naprašovania alebo naparovania. V druhom kroku sa tieto vrstvy žíhajú v prítomnosti pár síry alebo selénu (tzv. sulfurizácia / selenizácia).
Pripravené vrstvy a štruktúry 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: Vertikálne GaN MOS štruktúry s polo-izolačným kanálom pre vysoko-výkonové spínacie aplikácie
Školiteľ: Ing. Roman Stoklas, PhD. ( Oddelenie III-V polovodičov )
Školiteľ  špecialista: Ing. J. Kuzmík, DrSc.
Popis:
GaN súčiastky na báze nitridu gália (GaN) vo vertikálnej konfigurácii, ponúkajú významné výhody pre výkonové a vysoko-frekvenčné aplikácie. Polo-izolačná vrstva GaN pomáha znižovať parazitnú kapacitu, zmierňovať zvodové prúdy a zlepšovať prierazné napätie, vďaka čomu sú tieto súčiastky veľmi vhodné pre výkonovú elektroniku, RF zosilňovače a motorové pohony. Začlenením vertikálnych konštrukcií tieto súčiastky dosahujú schopnosť dosahovať hodnoty pracovného napätia až po režim lavínového prierazu pri zachovaní efektívneho tepelného manažmentu. Kombinácia širokého zakázaného pásma GaN, vysokej mobility elektrónov a polo-izolačných vlastností vedie k zlepšenému výkonu, vďaka čomu sú vertikálne súčiastky GaN ideálnou voľbou pre energetické systémy novej generácie. Vo vertikálnej konfigurácii je dôležité zabezpečiť rovnomerný tok prúdu v celej oblasti súčiastky. Štrukturálne úpravy, ako sú rozdeľovače prúdu, prerastenie kanála tzv. „over-growth“ alebo optimalizované konštrukcie elektród, pomáhajú zmierniť efekty prúdového zhluku, čím sa zlepšuje výkon kanála. Okrem toho proces prerastania kanála tiež zvyšuje kvalitu rozhrania medzi hradlom a semi-izolačným GaN buferom, čo je rozhodujúce pre spoľahlivosť a výkon súčiastky. Vertikálna štruktúra MOS na nitride gália (GaN) prostredníctvom prerastania kanálov predstavuje pokročilý prístup k výrobe vysoko-výkonných elektronických súčiastok. Táto metóda zahŕňa prerastanie polovodičovej vrstvy na vytvorenie vysoko-kvalitného kanála, zvyčajne pomocou selektívneho epitaxného rastu. Konfigurácia nami navrhnutého polo-izolačného vertikálneho GaN tranzistora je patentovaná v SR, podaná je tiež patentová prihláška v rámci EU.
Hlavnými cieľmi dizertačnej práce bude pochopenie základných princípov vertikálnych štruktúr GaN. Elektrická charakterizácia vertikálnych súčiastok GaN zahŕňa analýzu kľúčových parametrov, ako sú prierazné napätie, charakteristiky prúdového transportu, kapacita a odpor. Tieto metriky poskytujú prehľad o výkone súčiastky v rôznych prevádzkových podmienkach. Vysoké prierazné napätie a nízky odpor pri zapnutí sú mimoriadne dôležité pre optimalizáciu účinnosti súčiastok a minimalizáciu strát energie. Analyzované budú aj mechanizmy zlyhania vrátane tepelného namáhania, prierazu hradlových oxidov a degradácie súvisiacej s štrukturálnymi defektami.

Téma: Neuromorfné systémy využívajúce nanoelektronické memristory
Školiteľ: Ing. Boris Hudec, PhD. ( Oddelenie fyziky a technológie nanoštruktúr )
Popis:
Táto dizertačná práca sa zameriava na výskum memristívnych zariadení ako kľúčových prvkov neuromorfných hardvérových systémov. Výskum bude orientovaný na návrh, výrobu a charakterizáciu tenkovrstvových memristívnych štruktúr a ich integráciu do neuromorfných hardvérových systémov s potenciálnym využitím v inteligentnom in-sensor a near-sensor computing a v robotike. Cieľom práce je prispieť k vývoju škálovateľných a energeticky efektívnych výpočtových architektúr inšpirovaných biologickými neurónovými systémami.

Odborné znalosti, ktoré študent získa v rámci tejto dizertačnej práce, budú zahŕňať depozíciu tenkých vrstiev a nanofabrikačné techniky v čistých priestoroch, so zameraním na depozíciu po atomárnych vrstvách (atomic layer deposition, ALD), materiálové analýzy a techniky elektrickej charakterizácie, ako aj porozumenie hardvérovým neurónovým sieťam využívajúcim nové súčiastky.

Dizertačná práca bude súčasťou širšieho projektu a študent sa stane súčasťou nášho výskumného tímu. Hľadáme kreatívnych a zanietených tímových hráčov; predchádzajúce skúsenosti v príbuzných oblastiach sú výhodou.

Téma: Štúdium transportných vlastností Ga₂O₃ tranzistorov pre aplikácie v kV oblasti
Školiteľ: Ing. Milan Ťapajna, PhD. ( Oddelenie III-V polovodičov )
Školiteľ  špecialista: Ing. Ondrej Pohorelec, PhD.
Popis:
Oxid galitý (Ga₂O₃) je nový polovodičový materiál s ultraširokou energetickou medzerou (UWBG, Eg = 4,8 – 5,3 eV), vďaka čomu je vhodný pre vysokonapäťové (VN) a vysokovýkonné aplikácie. Tento materiál umožňuje prípravu polovodičových diód a tranzistorov s bezprecedentnými blokovacími napätiami, ktoré ďaleko presahujú možnosti moderných technológií založených na konkurenčných zlúčeninových polovodičov ako GaN a SiC. Ich využitie môže zahŕňať elektrickú dopravu (elektromobilita, elektrická trakcia) či transformáciu vysokých jednosmerných napätí v distribučných sieťach. Aktuálne vo svete prebieha intenzívny výskum v oblasti epitaxného rastu vrstiev a vývoja Ga₂O₃ elektronických výkonových súčiastok.
Cieľom práce bude štúdium a detailná charakterizácia elektrického prierazu tranzistorov a diód na báze heteroepitaxných vrstiev Ga₂O₃ pripravených na Elektrotechnickom ústave SAV, v.v.i. pomocou metód chemickej depozície z pár. Práca bude zameraná na identifikovanie módov elektrického prierazu a popisu mechanizmu prierazu s cieľom návrhu optimálneho dizajnu na zvýšenie blokovacieho napätia študovaných súčiastok. Okrem toho budú realizované aj štandardné spoľahlivostné testy (HTRB, HTGB) pripravených súčiastok, s cieľom identifikácie parazitných nestabilít elektrických parametrov súčiastok. Tieto výsledky prispejú k pochopeniu špecifických degradačných módov Ga₂O₃ výkonových súčiastok za účelom ich efektívneho potlačenia.

 „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: Príprava a charakterizácia usmerňovacích diód na báze Ga₂O₃ pre vysokonapäťové aplikácie
Školiteľ: Ing. Filip Gucmann, PhD. ( Oddelenie III-V polovodičov )
Školiteľ  špecialista: RNDr. Dagmar Gregušová, DrSc.
Popis:
Oxid galitý (Ga₂O₃) je nový tzv. ultraširokopásmový polovodičový materiál so šírkou energetickej medzery (E_g) približne 5 eV a teoretickým kritickým prierazným poľom (E_cr) >8MV/cm, čo tento materiál predurčuje k aplikáciám pre usmerňovanie a spínanie vysokých výkonov a napätí.  Súčiastky na báze Ga₂O₃ monoklinickej fázy (β) majú potenciál významne rozšíriť schopnosti súčasných etablovaných polovodičov ako GaN a SiC a umožniť rozšírenie spoľahlivo riadených napätí v oblasti nad 6 kV, kde vhodná aternatíva v súčasnosti nie je dostupná. Takéto súčiastky nájdu uplatnenie vo vysokoúčinných zariadeniach pre konverziu el. výkonu napr. v rýchlonabíjačkách bateríí pre elektromobilitu, elektrárňach produkujúcich energiu z obnoviteľných zdrojov (slnko, vietor), resp. v obrannom segmente. Táto práca bude zameraná na optimalizáciu technológie prípravy spínacích diód so Schottkyho kontaktom vo vertikálnom, resp. semivertikálnom usporiadaní a detailnom štúdiu transportných a degradačných dejov v týchto súčiastkách. Základný polovodičový materiál Ga₂O₃ bude pripravený technikou MOCVD na Elektrotechnickom ústave SAV, v. v. i. (ElÚ SAV) na rôznych podložkách (Ga₂O₃, SiC, Si, zafír), ktoré umožnia sledovať rôzny vplyv samoohrevu. Súčasťou výskumu bude sledovanie vplyvu rôznych ochranných štruktúr (field plate, guard rings,..) na záverné prierazné napätie diód. Súčiastky budú pripravené za využitia moderných výrobných procesov fotolitografie a ďalších technológií dostupných na ElÚ SAV a v spolupráci s taiwanským Inštitútom pre výskum priemyselných technológií (ITRI).

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.