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. Absorpční vlastnosti termického plazmatu

   Významnou roli v mnoha technologických zařízeních využívajících plazmové procesy hraje radiační přenos energie. Experimentální sledování je velmi obtížné, proto se často přistupuje k matematickému modelování. Pro teoretické modelování je nutná znalost absorpčních vlastností plazmatu. Cílem práce je shromáždit atomární a molekulární data, která budou sloužit jako vstupní data pro výpočet koeficientů absorpce vybraných druhů plazmatu. Jedná se o vyhledávání dat v dostupných databázích na Internetu, jejich počítačové zpracování, vytvoření vlastní databáze ve tvaru vstupních souborů pro další počítačové zpracování.

   Školitel: Bartlová Milada, doc. RNDr., Ph.D.

2. Dielektrická spektroskopie 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. V dnešní době je této oblasti výzkumu věnována velká pozornost např. CCTO materiály atd.

   Školitel: Holcman Vladimír, doc. Ing., Ph.D.

3. Elektrický transport v nanostrukturách

   V práci se bude vycházet z časopiseckého vyhledání doposud studovaných rozhraní mezi nanostrukturami (QD, QW aj.) a prostředím. Úkolem bude charakterizovat typ transportu přes toto rozhraní (např. rezonanční tunelování, přeskokový mechanizmus, Landauerův mechanizmus aj.) a vytvořit počítačovou simulaci transportu. Cílem je nalezení vztahu I = I(U) s užitím materiálových konstant prostředí a parametrů nanostruktury.

   Školitel: Hruška Pavel, doc. RNDr., CSc.

4. Elektro-ultrazvuková spektroskopie a elektromagnetická emise v pevných látkách

   Cíle disertační práce spočívají ve vytvoření modelu fyzikálního principu elektro-ultrazvukové spektroskopie a v analýze korelace výsledků této metody s metodou elektromagnetické emise. Speciální pozornost bude dána experimentální studii horninových vzorků a iontových krystalů.

   Školitel: Sedlák Petr, doc. Ing., Ph.D.

5. Moderní metody studia parametrů solárních článků

   V procesu zvyšování účinnosti a životnosti solárních článků je klíčovou otázkou určení základních parametrů sledované struktury. V současné době existuje k tomuto účelu řada metod, které však dávají často značně rozdílné výsledky. Cílem práce bude výzkum pokročilých moderních metod pro určování takových parametrů, jako jsou kvantová účinnost, doba života minoritních nosičů, koncentrační profily příměsí v PN přechodech a dalších. Získané výsledky budou využity pro návrh a ověření vhodných metodik pro měření a vyhodnocení vybraných parametrů konkrétních typů solárních článků, především monokrystalických, polykrystalických a amorfních Si článků, dále pak CIGS článků. Doktorand bude během své výzkumné práce zapojen do vědeckovýzkumných projektů SIX (Centrum senzorických, informačních a komunikačních systémů) a CEITEC (Středoevropský technologický institut).

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

6. Optimalizace signál/šum u vodivostních senzorů pro detekci chemických látek

   Vodivostní senzory jsou jedny z nejuniverzálnějších senzorů – detekují široké spektrum plynů a mohou být využívány v celé řadě různých aplikací. Práce se bude soustředit na vodivostní senzory a fluktuačními procesy, které vnikají v důsledku adsorpce molekul detekované látky. Cílem bude analýza těchto fluktuačních procesů v závislosti na koncentraci analyzovaných látek. Tato analýza může vylepšit selektivitu a citlivost vodivostních senzorů plynu a dále může optimalizace návrhu senzoru tak, aby se dosáhlo maximální citlivosti.

   Školitel: Sedlák Petr, doc. Ing., Ph.D.

7. Počítačová fyzika pro nanovědy a nanotechnologie

   Studium energetických spekter nanostruktur a nanoprvků jako jsou kvantové tečky a kvantové dráty a získávat nové poznatky pomocí počítačového řešení Schroedingerovy rovnice se specifikovanými okrajovými podmínkami. Cílem je shrnout dosavadní počítačové postupy a předložit jejich zdokonalené modifikace. Předpokládá se využítí toolboxu PDE Matlab a metody konečných elementů FEM rozpracované v Comsolu Multiphysics.

   Školitel: Hruška Pavel, doc. RNDr., CSc.

8. Pokročilé metody měření a analýzy ztrátových parametrů solárních článků a panelů v procesu zvyšování jejich účinnosti

   Při výrobě křemíkových solární článků dochází vzhledem k jejich velké ploše ke vzniku množství nehomogenit a defektů. Ty potom snižují kvalitu článků a způsobují při provozu v solárních panelech i snížení jejich účinnosti. Cílem práce bude měření a analýza těchto ztrátových mechanismů jak na hranách, tak i v objemu vzorků, pomocí sledování jejich projevů při elektrickém nebo optickém buzení. Zde budou studovány především charakteristiky emitovaného záření v závěrném i propustném stavu při elektrickém buzení (spektroskopie ve viditelné oblasti pomocí CCD kamery, infračervená spektroskopie, měření termokamerou), proudové fluktuace při napěťovém zatěžování, lokální studium povrchových vlastností (LBIC, elektronová mikroskopie) a další charakteristiky. Výsledkem bude popis jednotlivých typů ztrátových mechanismů a posouzení jejich vlivu na účinnost solárních článků a panelů. Doktorand bude během své výzkumné práce zapojen do vědeckovýzkumných projektů SIX (Centrum senzorických, informačních a komunikačních systémů) a CEITEC (Středoevropský technologický institut).

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

9. Polarizace a rozptyl světla pro diagnostiku biologických tkání

   Studium strukturálních a optických modelů tkání s jednoduchým a vícenásobným rozptylem a s pravidelně a náhodně rozmístěnými rozptylovými centry. Studium polarizačních stavů vpřed a vzad rozptýleného světla. Zpracování dat pomocí makroskopických a mikroskopických, např. Monte Carlo metody.

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

10. Přenos záření v termickém plazmatu

    Radiační přenos energie výrazně ovlivňuje fyzikální procesy probíhající v plazmatu, hraje důležitou roli v mnoha zařízeních využívajících plazmové procesy, např. při tvorbě povrchů specifických vlastností, pro syntézu látek, likvidaci škodlivin, plazmovou metalurgii, apod. Cílem práce je pomocí aproximační metody diskrétních ordinát (SN-aproximace) najít řešení rovnice přenosu záření, získané výsledky pro vyzářenou energii a tok záření pro vybrané druhy plazmatu srovnat s již známými výsledky získanými jinými aproximačními metodami (metodou parciálních charakteristik, difuzní aproximací), diskutovat výhodnost a použitelnost jednotlivých výpočetních metod.

    Školitel: Bartlová Milada, doc. RNDr., Ph.D.

11. RTS šum v tranzistorech MOSFET

    Cílem práce je stanovení parametrů pastí v izolační vrstvě submikronových tranzistorů MOSFET na základě analýzy jejich šumových charakteristik, zejména šumu typu RTS (random telegraph noise). Experimentální část práce spočívá v měření teplotní závislosti šumu pomocí heliového kryostatu a studiu amplitudy a střední doby zachycení a emise jako funkce intenzity pole a koncentrace nosičů náboje v kanálu. Tyto výsledky pak budou použity pro zpřesnění generačně-rekombinačního modelu vzniku šumu a lokalizaci pastí.

    Školitel: Pavelka Jan, doc. Mgr., CSc. Ph.D.

12. 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 – 109 Hz, včetně héliového kryostatu pro teplotní interval 10 – 500 K.

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

13. Studium dielektrických materiálů s vysokou permitivitou na bázi titaničitanů mědi

    Tématem doktorandského studia je výzkum elektrických vlastností elektrotechnické keramiky na bázi CaCu3Ti4O12 (CCTO) s příměsemi přechodových kovů a lanthanidů. Pozornost bude soustředěna především na identifikaci mechanismů vedoucích k vysoké permitivitě (řádu 10^4 – 10^5) a na následnou modifikaci keramiky CCTO s cílem snížit dielektrické ztráty a rozšířit frekvenční interval, v němž si permitivita zachovává svou vysokou hodnotu, směrem do oblasti GHz. Materiály s vysokou permitivitou jsou zapotřebí pro nové elektrotechnické 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. 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 10^2 – 10^9 Hz, včetně héliového kryostatu Janis CCS-400/204 pro teplotní interval 10 – 500 K a řídícího softwaru. K dalším již zakoupeným, ale dosud nezprovozněným zařízením, která budou pro měření k dispozici, patří analyzátor Novocontrol ALPHA-AT s vysokým rozlišením a s frekvenčním rozsahem 3 mikroHz – 40 MHz a rovněž infračervený spektrometr Nicolet 8700 s Fourierovou transformací pro interval vlnových čísel 20 000 – 350 cm-1.

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

14. Studium parametrů mikrotrhlin pomocí elektromagnetické a akustické emise

    Při mechanickém zatěžování elektricky nevodivých pevných látek dochází ke vzniku mikrotrhlin, který je provázen generací akustického (AE) a elektromagnetického (EME) signálu. Tyto signály lze využít pro sledování vznikajících mikrotrhlin, určování některých jejich parametrů, jejich lokalizaci a na základě toho provádět hodnocení míry porušení daného materiálu. Aplikace těchto metod lze využít například ve elektrotechnice, strojírenství a stavebnictví při diagnostice materiálů a konstrukcí nebo v geofyzice při predikci zemětřesení. Cílem práce bude posoudit možnosti určování primárních parametrů vznikajících mikrotrhlin a jejich lokalizace jak v klasických materiálech jako je beton nebo žula, tak i v moderních kompozitních materiálech určených pro konstrukční účely. Bude proveden rozbor vzniku a šíření signálů EME a AE ve sledovaných materiálech a vypracovány příslušné modely. Bude navržena a laboratorně ověřena metodika určování vybraných primárních parametrů a lokalizace vznikajících mikrotrhlin využitelná v diagnostice daných materiálů. Důležitou součástí řešení bude i problematika řízení hydraulického lisu a vytvoření automatizovaného pracoviště pro měření signálů EME a AE. Doktorand bude během své výzkumné práce zapojen do vědeckovýzkumného projektu GAČR P104/11/0734 (Využití elektromagnetické a akustické emise ve výzkumu moderních kompozitních materiálů pro konstrukční aplikace) a projektů SIX (Centrum senzorických, informačních a komunikačních systémů) a CEITEC (Středoevropský technologický institut).

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

15. Studium vlastností detektorů vysokoenergetických senzorů

    Doktorská práce je zaměžena na studium proplematiky polovodičových detektorů vysokoenergetického záření na bázi Kadmium-Teluru. Náplní práce je experimentální studium transportu nosičů náboje, modelování heterostruktury kontaktu polovodič - kov. Součástí práce je také studium dlouhodobé stability detektoru, spojené s odhadem životního cyklu detektoru s ohledem na jeho spolehlivost. Práce se zabývá posouzením vlivů provozních podmínek na změnu elektrických parametrů detektorů a na změnu odstupu signál - šum.

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

16. Šum jako indikátor spolehlivosti pasivních součástek využitelných ve vesmírném výzkumu

    Využití elektronického šumu k odhadu kvality a spolehlivosti pasivních součástek. Určení korelace mezi hladinou elektronického šumu a výsledky testů po dlouhodobém stárnutí.

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