Témy PhD prác

Pre akademický rok 2025/2026 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. Ján Kováč, PhD. ( Oddelenie supravodičov)
    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: Novel multi-physics modelling methods of superconducting high-field magnets and power applications

    Školiteľ: Mgr. Enric Pardo, PhD. ( Oddelenie supravodičov)
    Školiteľ  špecialista: MSc. Anang Dadhich, PhD.
    Popis:
    High-temperature superconducting electromagnets can generate extremely high magnetic fields beyond 40 T. These magnets enable cutting-edge fundamental research on materials and particle physics experiments, especially when using superconducting accelerator magnets like those in CERN. Superconducting magnets are also very promising for compact fusion reactors for emission-less clean energy and ion propulsion for spacecrafts. Other superconducting power applications can also reduce emissions, such as electric propulsion motors for hydrogen-electric aircraft and high-power wind generators. Designing all these applications require multi-physics computer modelling of their electromagnetic, thermal and mechanical properties. This PhD intends to develop novel multi-physics numerical modelling methods that go beyond finite-element methods in order to speed-up computations, which allows to model more complex devices and obtain novel insights. The newly developed models, which the student will program in C++, will be able to run in supercomputers like Devana in the Slovak Academy of Sciences. The new models will grow from our own software, following our guidance and experience. The student will be able to attend to international conferences in Europe and beyond once a year. This work will be part of our national projects and international collaborations that we gained from European Horizon 2020 projects, such as CNRS (Grenoble, France), CEA (Saclay, France), and HZDR (Dresden, Germany). This PhD joins knowledge from Physics, Engineering, Mathematics and Computational Sciences.
  • 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: Umelé magnetické kryštály s ferrotoroidným usporiadaním

Školiteľ: Mgr. Jaroslav Tóbik, PhD.  ( Oddelenie fyziky a technológie nanoštruktúr )
Popis:
Súčasná technológia umožňuje výrobu štruktúr s rozlíšením desiatok nanometrov s dobrou opakovateľnosťou. To umožňuje návrh a realizáciu periodicky sa opakujúcich vzorov, čo definuje kryštál. Takto umelo vytvorené kryštály môžu realizovať možnosti štruktúrnych usporiadaní a vzájomných interakcií, aké sa v prírodných materiáloch nevyskytujú. Relatívne novou oblasťou skúmania sú umelé kryštály z magnetických elementov. V niektorých geometriách sa pozorovalo takzvané ferrotoroidálne usporiadanie, kedy magnetizácia vrámci základnej bunky vytvára cirkulujúce pole. Cieľom tejto práce je preskúmať teoreticky, ale i prakticky, rôzne postupy ktorými sa dá dosiahnuť ferrotoroidálne usporiadanie v umelých kryštáloch.

  • Téma: Využitie memristorov v snímaní radiácie

Školiteľ: Ing. Boris Hudec, PhD.  ( Oddelenie fyziky a technológie nanoštruktúr )
Popis:
Rastúci počet aplikácií radiácie v rôznych oblastiach, ako je medicína, metrológia, spektroskopia atď., ako aj nedávne posunutie hodín posledného dňa na hodnotu 89 s pred polnocou (Bulletin of the Atomic Scientists), sú oba pádnymi dôvodmi na hľadanie nových typov jednoduchých a lacných senzorov žiarenia. Memristory sú jednoduché dvoj-terminálové elektronické súčiastky pozostávajúce z tenkých dielektrických vrstiev medzi elektródami, ktorých odpor je možné elektricky naprogramovať. Ukázalo sa, že rôzne typy memristorov môžu byť citlivé na rôzne typy ionizujúceho žiarenia, avšak zatiaľ bez praktických aplikácii.
V rámci tejto práce študent využije existujúcu výrobnú technológiu a odborné znalosti o memristorových zariadeniach vyvíjaných na našom Ústave v poslednej dekáde, na štúdium potenciálnych aplikácií v snímaní žiarenia. Práca bude zahŕňať charakterizáciu senzorických vlastností  a radiačnej odolnosti rôznych typov memristorových súčiastok na rôzne typy ionizujúceho žiarenia, vrátane štúdia súvisiacej fyziky. Vyšším cieľom práce bude navrhnúť polia memristívnych senzorov pre architektúry near-sensor a in-sensor computing. Získané odborné znalosti budú pokrývať techniky výroby a tvarovania tenkých vrstiev, materiálových analýz, elektrickej charakterizácie, snímania žiarenia a základy dizajnu hardvérových neurónových sietí.

  • 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: Elektroluminiscencia opticky aktívnych hybridných p-i-n heteroštruktúr na báze diamantu

    Školiteľ: Ing. T. Izsák, PhD. ( Oddelenie mikroelektroniky a senzoriky )
    Školiteľ špecialista: Doc. Ing. Jaroslav Kováč, PhD. (ÚEF FEI STU)
    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: 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 )
    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: Príprava a charakterizácia Ga2O3 DUV fotodetektorov pre nehostinné prostredia

Školiteľ: Ing. Milan Ťapajna, PhD. ( Oddelenie III-V polovodičov )
Školiteľ  špecialista: Mgr. Iryna Kozak, PhD.
Popis:
Oxid galitý (Ga2O3) je nový, ultraširokopásmový polovodičový materiál so šírkou energetickej medzery (Eg) približne 5 eV. Vďaka veľmi malému rozdielu medzi priamym a nepriamym optickým prechodom (~50 meV) môže byť monoklinická (β) fáza Ga2O3 považovaná za priamy polovodič, čo umožňuje jej široké uplatnenie v rôznych optoelektronických aplikáciách v hlbokej UV (DUV) oblasti. Možné aplikácie zahŕňajú napríklad nízkošumové UV detektory necitlivé na viditeľné slnečné žiarenie využiteľné v priemysle a obrannom sektore, radiačne odolné senzory pre družicové aktuátory v otvorenom vesmíre a scintilačné heteroštruktúrne detektory vhodné na detekciu ionizujúceho žiarenia.
Táto práca bude zameraná na vývoj technológie a  optoelektronickú charakterizáciu jednoduchých kov-polovodič-kov (metal-semiconductor-metal, MSM) DUV fotodetektorov na báze Ga2O3 vrstiev pre nové satelitné senzory polohy slnka do otvoreného vesmíru, ako aj heteroštruktúrnych DUV fotodetektorov kombinujúcich n-Ga2O3 a p-SiC/p-Si, ktoré budú tvoriť základ nového druhu súčiastok pre cenovo-dostupné systémy detekcie ionizujúceho žiarenia. Študent alebo študentka sa budú podieľať na príprave Ga2O3 vrstiev metódou chemickej depozície z pár (CVD), výrobe testovacích štruktúr a súčiastok litografickými technikami v čistých priestoroch ElÚ SAV, v.v.i., testovaní parametrov vyrobených súčiastok vrátane ich radiačnej odolnosti a príprave elektronického vyčítavacieho systému. Práca vzniká v rámci medzinárodnej projektovej spolupráce s Bolu University (TR) a za účasti priemyselného partnera.

„Elektronika a fotonika“

  • Téma: Vyšetrovanie nukleačných mechanizmov pri MOCVD raste III-N a GaO polovodičov pomocou in-situ reflektancie a strojového učenia

    Školiteľ: Ing. Filip Gucmann, PhD.  ( Oddelenie III-V polovodičov )
    Školiteľ špecialista: Ing. Stanislav Hasenöhrl, Ing. Michal Blaho, PhD.
    Popis:
    Táto dizertačná práca si kladie za cieľ preskúmať procesy nukleácie počas rastu vrstiev metódou chemickej depozície z pár organokovov (MOCVD) široko- a ultraširokopásmových zlúčeninových polovodičov na báze oxidu galitého (GaO) a materiálov zo skupiny III-N. Nukleácia predstavuje kľúčový krok v epitaxnom raste, ktorý výrazne ovplyvňuje kryštalickú kvalitu všetkých vrstiev v epitaxnej štruktúre. Pochopenie jej dynamiky môže viesť k významným pokrokom vo vývoji optoelektronických a výkonových súčiastok. Doktorand/ka využije in-situ reflektančné merania na monitorovanie rastového procesu v reálnom čase, ktoré poskytnú rozsiahly experimentálny súbor údajov, dôležitý pre pochopenie rôznych štádií nukleácie rastu vrstiev. Analýzou reflektančných meraní študent/ka identifikuje kritické parametre rastového procesu ovplyvňujúce nukleáciu, ako sú teplota, prietoky prekurzorov a vplyv substrátu. Povrchová morfológia, štrukturálne a elektrické vlastnosti budú tiež analyzované a použité napr. na vyhodnotenie koalescencie, hustoty dislokácií a pohyblivosti nosičov náboja a tým pomôžu podporiť/optimalizovať hypotézy, ktoré budú vytvorené z in-situ reflektančných meraní. Taktiež použijeme metódy strojového učenia, ktoré budú využité na modelovanie komplexných vzťahov medzi rôznymi rastovými parametrami a výslednými reflektančnými signálmi. Tento prístup uľahčí vývoj prediktívnych modelov na optimalizáciu podmienok MOCVD rastu, čo povedie k zlepšenej kvalite rastených polovodičových vrstiev a výkonnejším mikroelektronickým súčiastkám na báze III-N a GaO.
  • Téma: Dvojrozmerné sulfidy a selenidy: Inovatívne materiály pre efektívne zariadenia na ukladanie energie

Školiteľ: Mgr. Michaela Sojková, PhD. ( Oddelenie mikroelektroniky a senzoriky )
Školiteľ špecialista: Doc. Ing. Miroslav Mikolášek, PhD. (ÚEF FEI STU)
Popis:
Rýchly technologický pokrok a rastúci dopyt po obnoviteľných zdrojoch energie vyžadujú vývoj nových materiálov pre efektívne a spoľahlivé zariadenia na ukladanie energie. Dvojrozmerné (2D) materiály, ako sú chalkogenidy prechodných kovov na báze sulfidov a selenidov, sa ukazujú ako sľubní kandidáti vďaka svojej jedinečnej vrstvenej štruktúre, vysokej špecifickej ploche a vynikajúcim elektrickým vlastnostiam. Tieto materiály ponúkajú jedinečnú kombináciu chemickej stability, vysokej pohyblivosti nosičov náboja a možnosti prispôsobenia elektronických a optických vlastností pomocou dopovania či úpravou počtu vrstiev.
Dizertačná práca sa zameriava na výskum a vývoj dvojrozmerných sulfidov a selenidov pre aplikácie v superkapacitoroch, lítium-iónových batériách a ďalších zariadeniach na ukladanie energie. Cieľom je pochopiť vplyv chemického zloženia, štruktúry a dopovania na elektrické, elektrochemické a mechanické vlastnosti týchto materiálov. Súčasťou práce bude príprava práškov a tenkých vrstiev týchto materiálov, ako aj ich charakterizácia pomocou pokročilých techník vrátane RTG difrakcie, Ramanovej spektroskopie, XPS a meraní elektrochemickej kapacity.
Výsledky práce prispejú k hlbšiemu porozumeniu správania dvojrozmerných materiálov v elektrochemických systémoch a poskytnú základ pre návrh nových zariadení na ukladanie energie s vyššou účinnosťou a stabilitou. Tieto materiály môžu predstavovať dôležitý krok smerom k udržateľným a inovatívnym riešeniam energetických výziev budúcnosti.
Práca bude realizovaná v spolupráci ElÚ SAV a ÚEF FEI STU. Obidve inštitúcie disponujú 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: 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 (MOCVD). GaN (ako základný materiál skupiny III-N) je v súčasnosti asi najdynamickejšie sa rozvíjajúcim 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 heteroštruktúr vykazujúcich kvantové efekty. Ide predovšetkým o vytvorenie 2-rozmerného plynu nosičov náboja veľkej hustoty a pohyblivosti, čo sú dva kľúčové aspekty určujúce vlastnosti budúcich elektronických súčiastok. InN súčasne predstavuje materiál s najvyššou driftovou rýchlosťou elektrónov zo všetkých známych polovodičových materiálov.
    Študent/ka 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.
  • 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: Rekonfigurovateľný topologický magnónový kryštál s chirálnou geometriou a jeho vlastnosti
    Školiteľ: Mgr. Juraj Feilhauer, PhD.  ( Oddelenie fyziky a technológie nanoštruktúr )
    Popis:
    Topologické izolanty sú atraktívne materiály vďaka svojmu nevodivému objemu a vodivým povrchom/hranám. Ich povrchové/okrajové stavy sú odolné voči spätnému rozptylu, čo z nich robí sľubných kandidátov na nosiče informácií v budúcich výpočtových zariadeniach. Topologické izolanty a povrchové/okrajové stavy boli predpovedané a pozorované na mnohých platformách nesúcich vlny, napr. v elektronických systémoch, fotonických kryštáloch, akustických kryštáloch alebo mechanických kryštáloch. Chýbajú však výsledky o magnónových topologických izolantoch nesúcich spinové vlny. Hlavným cieľom tejto PhD. práce je teoreticky a numericky realizovať 2D topologický magnónový kryštál, ktorý je možné rekonfigurovať pulzom homogénneho magnetického poľa. Navyše, geometria tohto magnónového kryštálu bude navrhnutá v chirálnom usporiadaní, čo umožní kryštálu byť topologický aj bez potreby vonkajšieho kolmého magnetického poľa. Dôraz sa bude klásť na geometrie kryštálov, ktoré sú experimentálne najviac uskutočniteľné a budú navrhnuté zodpovedajúce experimenty potvrdzujúce ich topologickú povahu.
  • 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 (MOCVD). GaN (ako základný materiál skupiny III-N) je v súčasnosti asi najdynamickejšie sa rozvíjajúcim 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 heteroštruktúr vykazujúcich kvantové efekty. Ide predovšetkým o vytvorenie 2-rozmerného plynu nosičov náboja veľkej hustoty a pohyblivosti, čo sú dva kľúčové aspekty určujúce vlastnosti budúcich elektronických súčiastok. InN súčasne predstavuje materiál s najvyššou driftovou rýchlosťou elektrónov zo všetkých známych polovodičových materiálov.
    Študent/ka 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.