Cílem studia je poskytnout ve všech dílčích zaměřeních doktorské vzdělání absolventům vysokoškolského magisterského studia. Vytvořit interdisciplinární přehled současného vývoje, prohloubit teoretické základy ve zvoleném oboru, zvládnout metody vědecké práce, rozvíjet tvůrčí schopnosti a využít je při řešení vědeckého problému, který vyústí ve vypracování disertační práce přinášející vlastní původní přínos v daném oboru.

Absolvent oboru získá znalosti mezioborového charakteru z technických a přírodovědních disciplin na vysoké teoretické úrovni. Pro další samostatnou výzkumnou a vývojovou práci je vybaven vědomostmi zejména z fyziky polovodičů, kvantové elektroniky, matematického modelování a umí samostatně řešit problematikou spojenou s nanotechnologiemi. Uplatnění najde především jako vědecký pracovník základního nebo aplikovaného výzkumu při tvůrčím zavádění a využívání nových perspektivních a ekonomicky výhodných postupů v oblasti elektroniky, elektrotechniky, nedestruktivního testování spolehlivosti a materiálové analýze.

Absolvent oboru získá znalosti mezioborového charakteru z technických a přírodovědních disciplin na vysoké teoretické úrovni. Pro další samostatnou výzkumnou a vývojovou práci je vybaven vědomostmi zejména z fyziky polovodičů, kvantové elektroniky, matematického modelování a umí samostatně řešit problematikou spojenou s nanotechnologiemi. Uplatnění najde především jako vědecký pracovník základního nebo aplikovaného výzkumu při tvůrčím zavádění a využívání nových perspektivních a ekonomicky výhodných postupů v oblasti elektroniky, elektrotechniky, nedestruktivního testování spolehlivosti a materiálové analýze.

prof. RNDr. Pavel Tománek, CSc.

1. Dielektrické vlastnosti rostlinných olejů pro elektrotechniku

   V současné době se zvyšují požadavky na environmentální kompatibilitu izolačních olejů používaných v silnoproudé elektrotechnice, zejména na jejich biodegradabilitu, ovšem při zachování dosavadních standardně požadovaných vlastností, tj. vysoké elektrické pevnosti, vysoké rezistivity, nízké permitivity, dlouhodobé stability a nízké ceny. Těmto požadavkům vyhovují rostlinné oleje (např. ze lnu či řepky olejné), především metylestery či etylestery, někdy i triglyceridy, eventuálně i jejich synteticky vyráběné analogy. Mnohdy lze pro elektroizolační účely použít i obvyklé komerčně dostupné motorové oleje. Předmětem studia budou dielektrické vlastnosti rostlinných olejů, určených pro použití v silnoproudé elektrotechnice. Zvláštní pozornost by měla být věnována jejich vhodnosti při nízkých teplotách a dopadu konkrétní chemické struktury na jejich elektrické vlastnosti. Zpracování tématu si bude vyžadovat experimentální práce při přípravě vzorků, teoretické studium možností dosažení nízkých permitivit i měření elektrických vlastností vytvořených materiálových systémů. K dispozici je vybavení laboratoře dielektrické relaxační spektroskopie na Ústavu fyziky FEKT VUT v Brně s frekvenčním rozsahem cca 10^(-3) - 10^9 Hz, včetně héliového kryostatu pro teplotní interval 10 - 500 K.

   Školitel: Liedermann Karel, doc. Ing., CSc.

2. Elektrické vlastnosti systémů polydimetylsiloxan - SiO2 a vytváření kompozitních vrstev s velmi nízkou permitivitou

   Cílem práce bude prostudovat elektrické vlastnosti systémů polydimetylsiloxan - SiO2 a tenkých vrstev na nich vytvořených. Tyto systémy se vyznačují velmi nízkou relativní permitivitou (< 3,5) a jeví se jako slibný materiál pro dielektrické filmy určené pro organické tenkovrstvé tranzistory (OTFT). Zpracování tématu si bude vyžadovat experimentální práce při přípravě vzorků, teoretické studium mikroskopického chování systémů polydimetylsiloxan - SiO2 v elektrických polích i měření elektrických vlastností vytvořených struktur. K dispozici je vybavení laboratoře dielektrické relaxační spektroskopie na Ústavu fyziky FEKT VUT v Brně s frekvenčním rozsahem cca 10E-3 - 10E+9 Hz, včetně héliového kryostatu pro teplotní interval 10 - 500 K.

   Školitel: Liedermann Karel, doc. Ing., CSc.

3. Elektrický šum chemických QCM sensorů

   Práce řeší problematiku signál-šum chemických QCM sensorů. Práce bude zaměřena na analýze šumu 1/f a GR šumu vznikajícího při adsorbci a desorbci molekul plynu na povrchu QCM senzoru. Cílem je optimalizace poměru signál-šum z hlediska přípravy sorbentu.

   Školitel: Šikula Josef, prof. Ing. RNDr., DrSc.

4. Nedestruktivní diagnostika a lokální charakterizace optoelektronických součástek

   Nedestruktivní diagnostika a lokální charakterizace optoelektronických součástek. Studium charakteristik optoelektronických součástek v blízkém poli.

   Školitel: Tománek Pavel, prof. RNDr., CSc.

5. Nedestruktivní diagnostika Shottkyho a studenoemisních katod

   Cílem práce je výzkum spolehlivosti Shottkyho studenoemisních katod pomocí elektronického šumu. Práce je zaměřena experimentálně na měření a analýzu šumového napětí nebo proudu, spektrální šumové hustoty na teplotě, elektrickém poli a toku elektronů. Je k dispozici funkční vakuová aparatura a technologie přípravy studenoemisních katod.

   Školitel: Grmela Lubomír, prof. Ing., CSc.

6. Nelineární ultrazvuková spektroskopie odporů

   Nová nedestruktivní metoda testování kvality a spolehlivosti elektrických odporů založená na interakci ultrazvukového vlnění a transportu elektrického náboje ve vodivých vrstvách.

   Školitel: Sedláková Vlasta, doc. Ing., Ph.D.

7. Použití nanočástic pro bezolovnaté pájecí pasty v elektrotechnice

   Úkolem práce bude řešit problematiku použití nanočástic pro pájecí pasty, řešit problematiku přípravy nanočástic pro bezolovnaté slitiny (slitina SAC), problémy s oxidací nanočástic, příprava nanočástic ve vakuu. Předpokládá se spolupráce ČSAV a průmyslovými podniky.

   Školitel: Šandera Josef, doc. Ing., Ph.D.

8. Rekonstrukce původního průběhu ze změřeného vybíjecího proudu v dielektriku obsahujícího šum.

   Předmětem studia a výzkumu bude získání nezašuměného průběhu vybíjecího proudu dielektrik a následná Fourierova transformace s cílem stanovit průběh frekvenční závislosti komplexní permitivity (jejíž imaginární část se označuje jako dielektrické spektrum). Těžiště práce by mělo spočívat ve zpracování velkého počtu naměřených vzorků vybíjecího proudu obsahujících šum, v definici šumu a jeho filtraci. Na tuto první část bude navazovat část druhá, spočívající ve Fourierově transformaci již odfiltrovaného průběhu vybíjecího proudu. Tato část si bude vyžadovat studium metod diskrétní Fourierovy transformace a výběr metody, která bude pro případ neperiodického průběhu výchozí funkce nejvhodnější.

   Školitel: Liedermann Karel, doc. Ing., CSc.

9. Stochastické jevy v polovodičových strukturách MIS

   Objasnit vztah mezi elektronickým šumem, dobou relaxace nosičů náboje a energetickými hladinami lokalizovaných stavů v izolačních vrstvách pro hradla MOSFETů a izolačních vrstvách tantalových kondenzátorů.

   Školitel: Šikula Josef, prof. Ing. RNDr., DrSc.

10. Studium dielektrických materiálů s nízkou permitivitou

    Zmenšování rozměrů v integrovaných obvodech (dnes 32 nm) vede ke zvyšování kapacit mezi vodiči, a ve svém důsledku ke snižování rychlosti přenosu signálu. Limitujícím faktorem pro zvyšování výkonu IC se tak stávají nikoli již vlastnosti samotných polovodičových prvků, ale rychlost přenášení signálu mezi nimi, a tedy kapacit. Jednou z možností pro snižování kapacit mezi vodiči je snižování permitivity dielektrických izolačních vrstev (kapacita je přímo úměrná permitivitě použitého materiálu). Dnes jsou patrné dvě cesty, buď nahrazování polárních vazeb Si-O vazbami méně polárními (Si-F, Si-C) nebo zvyšování porozity (tj. vytváření směsi původního dielektrika se vzduchem). Nově navrhované materiály s nízkou permitivitou přitom nesmějí výrazně omezovat současně používané křemíkové technologie a dále musí být schopny absolvoval všechny výrobní kroky (včetně teplot cca 1100°C). Zpracování tématu si bude vyžadovat experimentální práce při přípravě vzorků, teoretické studium možností dosažení nízkých permitivit i měření elektrických vlastností vytvořených materiálových systémů. K dispozici je vybavení laboratoře dielektrické relaxační spektroskopie na Ústavu fyziky FEKT VUT v Brně s frekvenčním rozsahem cca 10^(-3) - 10^9 Hz, včetně héliového kryostatu pro teplotní interval 10 - 500 K.

    Školitel: Liedermann Karel, doc. Ing., CSc.

11. Studium dielektrických materiálů s vysokou permitivitou

    Materiály s vysokou permitivitou jsou zapotřebí pro nové aplikace, např. v integrovaných obvodech další generace (32 nm) či v kondenzátorech. Ve výrobě kondenzátorů jsou materiály s vysokou permitivitou žádoucí pro dosažení vyšší hustoty energie v kondenzátoru, a tedy ke zmenšování rozměrů kondenzátoru samého. Ve výrobě polovodičových prvků je materiálů s vysokou permitivitou zapotřebí pro zachování hradlové kapacity při zvyšování tloušťky izolační vrstvy, vynuceném nárůstem svodových proudu při jejím ztenčování. Vzhledem k tomu, že hledané materiály s vysokou permitivitou jsou určeny pro použití v křemíkových technologií, musí být schopny projít jednotlivými výrobními kroky bez poškození. Jedná se o ZrO2, HfO2, Al2O3, Y2O3, La2O3, Ta2O3 a další. Navíc musí být tyto materiály na křemíku dlouhodobě stabilní. Zpracování tématu si bude vyžadovat experimentální práce při přípravě vzorků, teoretické studium fyzikálních příčin vysoké permitivity i měření elektrických vlastností vybraných materiálů. K dispozici je vybavení laboratoře dielektrické relaxační spektroskopie na Ústavu fyziky FEKT VUT v Brně s frekvenčním rozsahem cca 10^(-3) - 10^9 Hz, včetně héliového kryostatu pro teplotní interval 10 - 500 K.

    Školitel: Liedermann Karel, doc. Ing., CSc.

12. Studium metod rozptylu světla pro diagnostiku biologických tkání

    Studium strukturálních a optických modelů tkání s jednoduchým a vícenásobným rozptylem a s pravidelně a náhodně rozmístěnými rozptylovými centry.

    Školitel: Tománek Pavel, prof. RNDr., CSc.

13. Studium vzniku trhlin v pevných látkách na základě signálů elektromagnetické a akustické emise

    Při zatěžování elektricky nevodivých látek dochází ke vzniku trhlin, který je provázen generací elektromagnetického (EME) a akustického (AE) signálu. Tyto signály lze využít pro studium průběhu vzniku mikrotrhlin a k určování jejich charakteristik. Cílem práce bude návrh metodiky zpracování naměřených signálů EME a AE. Dále budou nalezeny postupy, které umožní na základě těchto signálů určovat parametry vhodné pro popis trhlin a pro popis průběhu jejich vývoje. Výsledky budou využity v diagnostice mechanicky zatěžovaných nevodivých látek.

    Školitel: Koktavý Pavel, prof. Ing., CSc. Ph.D.

14. Šumová diagnostika organických polymerů

    Cílem práce bude studium šumů vznikajících při vedení elektrického proudu v organických polymerech a v elektronických součástkách na nich založených. Budou popsány jednotlivé zdroje šumu a navržen model jejich vzniku. Získané výsledky budou využity pro návrh metodiky nedestruktivního testování těchto materiálů a součástek.

    Školitel: Koktavý Pavel, prof. Ing., CSc. Ph.D.

15. Šumová spektroskopie senzorů záření na bázi CdTe

    Šumová spektroskopie senzorů záření na bázi CdTe patří mezi nedestruktivní metody pro studium degradačních procesů v polovodičových strukturách .Jsou založeny na zjišťování transportních a šumových charakteristik. Pomocí typu nízkofrekvenčního šumu indikovaného v měřené součástce je možno určit spektrální hustotu fluktuací při osvětlení, energetické stavy pastí v zakázaném pasu a tím provádět odhad spolehlivosti těchto součástek, které mají velký význam pro bezpečnost.

    Školitel: Grmela Lubomír, prof. Ing., CSc.