Témy PhD prác

Pre akademický rok 2023/2024 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: Veľkoplošná výroba a charakterizácia 2D materiálov

    Školiteľ: Ing. Marián Varga, PhD. ( Oddelenie mikroelektroniky a senzoriky )
    Popis: Dvojrozmerné (2D) materiály, vrátane dichalkogenidov prechodných kovov (TMD), ako je disulfid molybdénu (MoS2) alebo diselenid platiny (PtSe2), sú jednými zo sľubných materiálov a vstupnou bránou do moderných technológií a optoelektroniky. V súčasnosti existuje veľa výskumov, ktoré študujú výrobu TMD materiálov chemickou depozíciou z pár plynov (CVD), vďaka čomu je použitie týchto 2D materiálov na elektronickom trhu realizovateľné. Použitie alternatívnych metód, ako je pulzná laserová depozícia (PLD), otvára ďalšie možnosti v tejto oblasti a môže poskytnúť porovnávacie výsledky na objasnenie optimalizácie rastu. CVD a PLD systémy dostupné na ElÚ SAV budú použité na štúdium základného aspektu rastu a vlastností TMD materiálov. Pre výskumné aktivity sa optimalizované TMD vrstvy zvyčajne rastú na štandardných substrátoch o veľkosti 1×1 cm2. Z technologického hľadiska je však veľkou výzvou rozšírenie výrobného procesu. Mnohokrát depozičné podmienky (teplota, prietok plynu, tlak, výkon atď.) používané na prípravu vzoriek malých rozmerov nemusia dobre fungovať aj vo väčšom merítku. Z tohto pohľadu, štúdium a optimalizácia veľkorozmernej (4-palcovej) prípravy vrstiev budú novou kapitolou v tejto zaujímavej oblasti výskumu 2D materiálov. Dizertačná práca bude zameraná najmä na vývoj technologických postupov pre prípravu presne definovaných, homogénnych a reprodukovateľných TMD vrstiev na veľkých plochách v novo-inštalovanej dvojzónovej peci. Okrem toho sa predpokladá aj komplexná charakterizácia povrchových a objemových vlastností (vrátane morfologických, chemických, optických a optoelektronických vlastností) pripravených 2D materiálov.
  • Téma: Využitie prostriedkov strojového učenia pri návrhoch supravodivých zariadení 

    Školiteľ: Mgr. Mykola Soloviov PhD. ( Oddelenie supravodičov)
    Školiteľ  špecialista: doc. Ing. Fedor Gömöry DrSc.
    Popis:
    Pri návrhu supravodivého magnetu alebo supravodivého prenosového kábla sa tradične používa rozmiestnenie vodičov v niekoľkých vrstvách, v ktorých sú už jednotlivé vodiče rozložené rovnomerne. Vďaka pokrokom v oblasti 3D tlače sa však v súčasnosti dá uvažovať o realizácii návrhu, v ktorom by každý jednotlivý vodič mal presne určené mesto. K tomu by ale bolo najprv potrebné vyhľadať konfiguráciu, ktorá je optimálna z pohľadu niektorého úžitkového parametra, napríklad dosiahnutého magnetického poľa alebo minimálnych prevádzkových nákladov, prípadne  ich vhodnej kombinácie. Riešenie takejto úlohy postupom, založeným na intuícii a skúsenostiach návrhára, je obmedzené na prípady, kde celkový počet vodičov nepresahuje niekoľko málo desiatok. Použitie postupov strojového učenia, ktoré v ostatnom období zaznamenávajú búrlivý pokrok, by malo umožniť optimalizovať návrh supravodivých zariadení obsahujúcich stovky či tisíce vodičov.Dizertant bude mať za úlohu aplikovať metódu strojového učenia na návrh supravodivého magnetu s vinutím typu „racetrack“, obsahujúceho 100 vodičov z vysokoteplotného supravodiča REBCO, a tiež na návrh architektúry prenosového kábla, v ktorom je použitých aspoň 20 supravodivých vodičov. Bude potrebné vyhľadať postupy, umožňujúce rýchle vyhodnotenie vlastností skúšobných konfigurácií, a tiež nájsť vhodnú metódu strojového učenia. Na základe predbežnej diskusie sa predpokladá možnosť konzultácií aj prípadne hlbšia spolupráca s kolegami z FEI STU – odborníkmi na umelú inteligenciu. Výsledkom práce bude overenie, či takýmto postupom je možné dospieť k návrhu zariadenia, ktorý bude mať v porovnaní s referenčným, klasicky vytvoreným návrhom, vylepšené niektoré vlastnosti.Riešená problematika môže nájsť uplatnenie v našom príspevku do projektu HorizonEurope „SCARLET“ (trvanie do 02/2027), z ktorého bude možné aj financovanie niektorých nákladov.
  • 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, ktoré majú, v ultimatívnom prípade, hrúbku len jednej základnej bunky. V takom prípade sa dá hovoriť o naozaj dvojrozmernom systéme.
Na Elektrotechnickom ústave SAV, v.v.i. 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. Ďalším cieľom práce je identifikácia možných „exotických“ elektronických stavov vo vybraných TMD materiáloch, ako je napr. supravodivosť alebo vlny nábojovej hustoty.
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 štruktúr ultratenkých vrstiev 2D materiálov na použitie v elektronike a pre pokročilé senzory

Školiteľ: Mgr. Michaela Sojková, PhD. ( Oddelenie mikroelektroniky a senzoriky )
Školiteľ  špecialista: RNDr. Dagmar Gregušová, DrSc.
Popis:
Miniaturizácia elektronických súčiastok v súčasnosti dosahuje svoje limity a preto sa výskumu nových polovodičových materiálov venuje veľká pozornosť. Jednou z možností je použitie 2D materiálov, teda materiálov, ktoré sú tvorené len jednou vrstvou atómov. Najmä dichalkogenidy prechodných kovov (TMD) so všeobecným vzorcom MX2, kde M je prechodný kov (napr. Mo, W, Pt) a X je chalkogén (S, Se alebo Te), priťahujú veľkú pozornosť vďaka svojej vrstevnatej štruktúre a polovodičovým vlastnostiam. Tieto vrstevnaté materiály vykazujú zaujímavé elektrické a optické vlastnosti, ktoré závisia od počtu vrstiev. Vďaka tomuto sú 2D TMD materiály vhodné pre rôzne aplikácie, ako napríklad field effect tranzsitory (FET), fotodetektory, fotovoltaické články, svetelné diódy či katalyzátory.
Práca bude zameraná na optimalizáciu prípravy elektronických súčiastok (hlavne poľom riadených tranzistorov) s využitím ultratenkých vrstiev rôznych typov 2D TMD materiálov (PtSe2, PtS2, GaS). Na prípravu ultratenkých vrstiev bude použitá dvojkroková metóda, pri ktorej sa najskôr deponujú tenké vrstvy kovov alebo ich oxidov. V druhom kroku sa tieto vrstvy žíhajú v prítomnosti pár síry alebo selénu (tzv. sulfurizácia / selenizácia).  Elektronické súčiastky budú pripravené rôznymi metódami. Budeme sledovať vplyv parametrov prípravy štruktúr na vlastnosti a funkčnosť pripravených štruktúr. Dôležitá bude aj optimalizácia kontaktov.  Pripravené 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, v.v.i., ktorý disponuje potrebnými technologickými a charakterizačnými zariadeniami. Doktorand získa univerzálne zručnosti s množstvom experimentálnych metód a bude aktívne zapojený do spolupráce v rámci niekoľkých projektov.
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.

„Elektronika a fotonika“

  • Téma: Memristívna senzorika pre post-digitálnu elektroniku

    Školiteľ: Ing. B. Hudec, PhD. ( Oddelenie fyziky a technológie nanoštruktúr )
    Popis:
    „In-sensor computing“ je novou paradigmou pre elektroniku 21. storočia, inšpirovanou prírodou. V dnešnej elektronike je pre ďalšie spracovanie potrebné všetky zašumené, neštruktúrované dáta zo senzorov najprv digitalizovať. Toto bude čoskoro problém vzhľadom na exponenciálny nárast počtu senzorov a nimi produkovaným dát, ako v spotrebiteľskej elektronike ako sú samojazdiace vozidlá, tak aj v priemysle v rámci Industrie 4.0. Na druhej strane, v systémoch inšpirovaných prírodou nie sú senzory a spracovanie oddelené, naopak, senzorické uzly priamo 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.
    V tejto téze sa študent naučí a porozumie ako postaviť takýto prototypový „smart“ senzorový systém od základov, a to depozíciou, tvarovaním a skladaním ultra-tenkých (~nm) kovových a oxidových filmov do jednoduchých senzorov a memristorov, s následným usporiadaním týchto súčiastiek do funkčných senzorických matíc neurónovej siete na čipe. Študent získa expertízu v nano-fabrikačných metódach s dôrazom na depozíciu po atomárnych vrstvách (ALD), metódach materiálových a elektrických analýz, a návrhu hardvérových neurónových sietí na báze nových súčiastok.
    Téza je súčasťou širšieho projektu a študent bude súčasťou nášho výskumného tímu. Hľadáme kreatívneho a nadšeného tímového hráča, predchádzajúca skúsenosť v príbuzných oblastiach je plusom.
  • Téma: Technológia a charakterizácia vertikálnych spínacích GaN tranzistorov

    Školiteľ: Ing. Ján Kuzmík, DrSc.  ( Oddelenie III-V polovodičov )
    Školiteľ  špecialista: RNDr. Dagmar Gregušová, DrSc., Mgr. Peter Šichman
    Popis: Predpokladané masívne nasadenie spínacích tranzistorov na báze III-N polovodičov v elektrických prevodníkoch sľubuje nevídané celosvetové úspory energie. Tento predpoklad je dôsledok materiálových parametrov III-N polovodičov, vďaka čomu III-N tranzistory vykazujú neobvykle vysokú účinnosť spínania, robustnosť a tepelnú odolnosť. Predmetom dizertačnej práce bude návrh, technologická príprava a analýza normálne zatvorených vertikálnych tranzistorov s dôrazom na optimalizáciu jeho elektrických vlastností, bezpečnosť spínania a maximalizáciu dodávaného výkonu.  Zvláštny dôraz bude kladený na analýzu a realizáciu možností zvýšenia hodnoty prahového napätia spínacích tranzistorov, čo je nevyhnutný predpoklad pre komercionalizáciu súčiastok. Práca bude súčasťou predpokladanej spolupráce s Taiwanom.
  • Téma: III-N kvantové štruktúry pre novú generáciu rýchlych tranzistorov a logických obvodov

    Školiteľ: Ing. Ján Kuzmík, DrSc.  ( Oddelenie III-V polovodičov )
    Školiteľ  špecialista:  Ing. Milan Ťapajna, PhD., Ing. Ondrej Pohorelec
    Popis: Predmetom práce je návrh, príprava a charakterizácia kvantových štruktúr vhodných pre novú generáciu veľmi rýchlej elektroniky. Použitý bude silne polárny materiálový systém na báze III-N polovodičov obsahujúci In(Al)N. Vyšetrované budú vlastnosti tranzistorov v závislosti od použitého substrátu (zafír, SiC, homoepitaxia na GaN), použitej technológie prípravy hradla (Schottky kontakt versus MOS) ako aj módu činnosti a hodnoty prahového náboja (normálne zatvorený versus otvorený). Práca bude súčasťou EU projektov Nanomat a Agami_Eurigami.
  • Téma: Štúdium transportných vlastností Ga2O3 tranzistorov pre aplikácie v kV oblasti

    Školiteľ: Ing. Milan Ťapajna, PhD. ( Oddelenie III-V polovodičov )
    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. Aktuálne vo svete prebieha intenzívny výskum v oblasti epitaxného rastu vrstiev a vývoja Ga2O3 elektronických výkonových súčiastok. Cieľom práce bude príprava a detailná charakterizácia tranzistorov na báze Ga2O3 vrstiev pripravených metódami chemickej depozície z pár na Elektrotechnickom ústave SAV, v.v.i. Práca bude zameraná na študovanie transportných a štruktúrnych vlastností pripravených epitaxných vrstiev Ga2O3 s cieľom dosiahnutia vysokej pohyblivosti nosičov náboja. Budú študované vrstvy s rôznou kryštalickou štruktúrou a rôznymi prímesami. Na základe získaných poznatkov bude realizovaná príprava Ga2O3 tranzistorov a ich detailná elektrická charakterizácia. Detailne analyzovaný bude aj mechanizmus elektrického prierazu pripravených súčiastok.
  • Téma: Štúdium radiačnej odolnosti detektorov ionizujúceho žiarenia na báze 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 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.

 „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, ktoré majú, v ultimatívnom prípade, hrúbku len jednej základnej bunky. V takom prípade sa dá hovoriť o naozaj dvojrozmernom systéme.
    Na Elektrotechnickom ústave SAV, v.v.i. 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. Ďalším cieľom práce je identifikácia možných „exotických“ elektronických stavov vo vybraných TMD materiáloch, ako je napr. supravodivosť alebo vlny nábojovej hustoty.
    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.