studijní program

Microelectronics and Technology

Fakulta: FEKTZkratka: DKA-METAk. rok: 2021/2022

Typ studijního programu: doktorský

Kód studijního programu: P0714D060008

Udělovaný akademický titul: Ph.D.

Jazyk výuky: angličtina

Akreditace: 28.5.2019 - 27.5.2029

Forma studia

Kombinované studium

Standardní doba studia

4 roky

Garant programu

Oborová rada

Oblasti vzdělávání

Oblast Téma Podíl [%]
Elektrotechnika Bez tematického okruhu 100

Cíle studia

Studijní program doktorského studia je zaměřen na přípravu špičkových vědeckých a výzkumných specialistů v nejrůznějších oblastech mikroelektroniky, elektrotechnologie a fyziky materiálů zejména pak v teorii, návrhu a testování integrovaných obvodů a systémů, v polovodičových prvcích a strukturách, v inteligentních senzorech, v optoelektronice, v elektrotechnických materiálech a výrobních procesech, v nanotechnologiích, ve zdrojích elektrické energie, v defektoskopii materiálů a součástek.
Cílem je poskytnout ve všech těchto dílčích zaměřeních doktorské vzdělání absolventům vysokoškolského magisterského studia, prohloubit jejich teoretické znalosti, dát jím též potřebné speciální vědomosti i praktické dovednosti a naučit je metodám vědecké práce.

Profil absolventa

Absolvent doktorského studijního programu "Microelectronics and technology" umí řešit vědecké a složité technické úlohy v oblasti mikroelektroniky a elektrotechnologie. Dále je vybaven vědomostmi zejména z fyziky polovodičů, kvantové elektroniky, a umí samostatně řešit problematiku spojenou s mikro- a nanotechnologiemi.
Absolvent má obecné znalosti oboru na vysoké teoretické úrovni a jeho speciální znalosti jsou koncentrovány na úzkou oblast, ve které vypracoval svou disertační práci. Vzhledem k šíři teoretického vzdělání je absolvent schopen se přizpůsobit požadavkům praxe v základním i aplikovaném výzkumu a absolventi doktorského studia jsou vyhledáváni jako specialisté ve všech prezentovaných oblastech doktorského programu. Jsou schopni pracovat jako vědečtí a výzkumní pracovníci i jako řídicí pracovníci v základním či aplikovaném výzkumu, jako specializovaní odborníci vývoje, konstrukce a provozu v různých výzkumných a vývojových institucích, elektrotechnických výrobních firmách a u uživatelů elektrických systémů a zařízení, přičemž všude budou schopni tvůrčím způsobem využívat moderní technologii.

Charakteristika profesí

Absolvent doktorského studijního programu "Microelectronics and technology" je schopen řešit složité a časově náročné úkoly v oblastech jako návrhář integrovaných resp. elektronických obvodů a komplexních elektronických zařízení. Má kvalitní znalosti z oblasti moderních materiálů pro elektrotechniku a jejich využití v elektroprůmyslu. Dále je schopen se orientovat v oblasti fyziky materiálů a součástek, nanotechnologií a další.
Znamená to, že absolvent nalezne uplatnění na pozici člena vývojového týmu integrovaných obvodů, složitých elektronických přístrojů a zařízení, jejich testování a servis. Dále jako technolog ve výrobě elektronických součástek, výzkumník v oblasti materiálového inženýrství pro elektrotechnický průmysl, 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. Stejně tak je schopen vést i celý tým pracovníků v uvedených oblastech.
Typickým zaměstnavatelem absolventa studijního programu Mikroelektronika a technologie je výrobní a/nebo výzkumný podnik, který se oborově zaměřuje na uvedené oblasti. Dalším možným zaměstnavatelem může být výzkumná organizace typu ústavu AV ČR. Absolvent nalezne uplatnění i na univerzitní půdě jako akademický pracovník na pozici odborného asistenta.

Podmínky splnění

Doctoral studies are carried out according to the individual study plan, which will prepare the doctoral student in cooperation with the doctoral student at the beginning of the study. The individual study plan specifies all the duties stipulated in accordance with the BUT Study and Examination Rules, which the doctoral student must fulfill to successfully finish his studies. These responsibilities are time-bound throughout the study period, they are scored and fixed at fixed deadlines. The student enrolls and performs tests of compulsory coursed. Additionally, with regard to the focus of dissertation it is compulsory to enroll and pass at least one of the following courses: Modern microelectronic systems; Electrotechnical materials, material systems and production processes; and/or Interfaces and nanostructures; and other obligatory elective subjects with regard to the focus of his dissertation, and at least two elective courses (English for PhD students, Solutions for Innovative Entries, Scientific Publishing from A to Z).
The student may enroll for the state doctoral exam only after all the tests prescribed by his / her individual study plan have been completed. Before the state doctoral exam, the student prepares a dissertation thesis describing in detail the goals of the thesis, a thorough evaluation of the state of knowledge in the area of the dissertation solved, or the characteristics of the methods it intends to apply in the solution. The defense of the controversy that is opposed is part of the state doctoral exam. In the next part of the exam the student must demonstrate deep theoretical and practical knowledge in the field of microelectronics, electrotechnology, materials physics, nanotechnology, electrical engineering, electronics, circuit theory. The State Doctoral Examination is in oral form and, in addition to the discussion on the dissertation thesis, it also consists of thematic areas related to compulsory and compulsory elective subjects.
To defend the dissertation, the student reports after the state doctoral examination and after fulfilling conditions for termination, such as participation in teaching, scientific and professional activity (creative activity) and at least a monthly study or work placement at a foreign institution or participation in an international creative project.

Vytváření studijních plánů

Studium doktoranda probíhá podle individuálního studijního plánu (dále jen ISP), který zpracuje v úvodu studia školitel doktoranda ve spolupráci s doktorandem. Individuální studijní plán je pro doktoranda závazný. Jsou v něm specifikovány všechny povinnosti stanovené v souladu se Studijním a zkušebním řádem VUT, které musí doktorand k úspěšnému ukončení studia splnit. Tyto povinnosti jsou časově rozvrženy do celého období studia, jsou bodově ohodnoceny a v pevně daných termínech probíhá kontrola jejich plnění. Průběžné bodové hodnocení všech aktivit doktoranda je vedeno v dokumentu „Celkové bodové hodnocení doktoranda“ a je součástí ISP. Při zahájení dalšího roku studia pak školitel do ISP zaznamená případné změny. Nejpozději do 15. 10. každého roku studia odevzdává doktorand vytištěný a podepsaný ISP na vědeckém oddělení fakulty ke kontrole a založení.
Během prvních čtyř semestrů skládá doktorand zkoušky z povinných, povinně volitelných anebo volitelných předmětů pro splnění bodových limitů ze Studijní oblasti, a současně se intenzivně zabývá vlastním studiem a analýzou poznatků v oboru stanoveném tématem disertační práce a průběžným publikováním takto získaných poznatků a vlastních výsledků. V dalších semestrech se doktorand již více soustřeďuje na výzkum a vývoj, který souvisí s tématem disertační práce, na publikování výsledků své tvůrčí práce a na vlastní zpracování disertační práce.
Do konce druhého roku studia skládá doktorand státní doktorskou zkoušku, kterou prokazuje široký rozhled a hluboké znalosti v oboru, souvisejícím s tématem disertační práce. K této zkoušce se musí přihlásit nejpozději do 30. dubna ve druhém roce svého studia. Státní doktorské zkoušce předchází zkouška z anglického jazyka.
Ve třetím a čtvrtém roce svého studia provádí doktorand potřebnou výzkumnou činnost, publikuje dosažené výsledky a zpracovává svoji disertační práci. Součástí studijních povinností v doktorském studijním programu je absolvování části studia na zahraniční instituci nebo účast na mezinárodním tvůrčím projektu s výsledky publikovanými nebo prezentovanými v zahraničí nebo jiná forma přímé účasti studenta na mezinárodní spolupráci, což je nutné doložit nejpozději při odevzdání disertační práce.
Doktorandi ve čtvrtém roce studia předkládají do konce zimního zkouškového období svému školiteli rozpracovanou disertační práci, který ji ohodnotí. Disertační práci doktorand odevzdává do konce 4. roku studia.
Student prezenční formy doktorského studia je v průběhu studia povinen absolvovat pedagogickou praxi, tj. působit v procesu výuky. Zapojení doktoranda do pedagogické činnosti je součástí jeho vědecké přípravy. Pedagogickou praxí doktorand získává zkušenosti v předávání poznatků a zdokonaluje prezentační dovednosti. Skladbu pedagogických aktivit (cvičení, laboratorní cvičení, vedení projektů apod.) určí doktorandovi vedoucí daného ústavu po dohodě se školitelem. Povinnost pedagogické praxe se nevztahuje na doktorandy-samoplátce a na doktorandy v kombinované formě studia. Zapojení do výuky v rámci pedagogické praxe potvrdí po jejím splnění školitel v IS VUT.

Vypsaná témata doktorského studijního programu

  1. Dielektrická relaxační spektroskopie ligninu

    Cílem práce je prozkoumat dielektrické chování ligninu ve frekvenčním intervalu 1 mHz – 1 GHz a v teplotním intervalu 20 K – 400 K. Lignin je nepravidelný polymer tří základních alkoholů a tvoří cca 15 – 30 % dřevní hmoty. Lignin je ve dřevu zodpovědný za mechanickou pevnost a tuhost, a tedy za růst stromů. Po léta stál ve stínu mnohem lépe využitelnější složky dřeva, totiž celulózy, ale v posledních letech se komerční zájem začíná stáčet v jeho prospěch. Lignin lze použít pro různé průmyslové a biomedicínské aplikace, včetně biopaliv, chemických sloučenin a polymerů a také pro vývoj nanomateriálů pro aplikaci léků a genů. Nedávno si výzkumná skupina CEITECu na Masarykově univerzitě, spolu se svými norskými kolegy dala patentovat hormony podporující nárůst podílu ligninu ve dřevě. K dispozici je následující: měřicí vybavení pro frekvenční rozsah 10-3 – 109 Hz a héliový kryostat Janis CCS-400/204 pro teplotní interval 10 – 500 K. Vlastní měřicí systém je tvořen frekvenčním analyzátorem Novocontrol ALPHA-AT s vysokým rozlišením a s frekvenčním rozsahem 3 μHz – 40 MHz. Dále je k dispozici FTIR-spektrometr Nicolet 8700 s rozsahem vlnových čísel 20 000 – 350 cm-1.

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

  2. Mikroskopické metody pro lokální opracování a charakterizaci solárních článků

    Obecně řešeným problémem solárních článků jsou lokální defekty ve struktuře, které výrazně snižují účinnost konverze optické energie, spolehlivost a živostnost. V současné době je k dispozici řada vědeckých metod vhodných pro studium povrchu, nalezení fyzikálního původu defektů a jejich odstraňování. Lze využít například elektronové mikroskopie (SEM), iontové opracování povrchů (FIB, RIE), prvkovou analýzu (EDS) a mapování lokální odezvy materiálu (EBIC). Tyto metody představují unikátní možnost zjištění vlastností defektů a vrstev. Cílem vědecké práce je detailní analýza moderních materiálů pro fotovoltaiku (CIGS, GaAs, perovskit) katalogizace defektů a případná úprava výrobní technologie.

    Školitel: Macků Robert, Ing., Ph.D.

  3. Nové obvodové principy pro návrh analogových obvodů s nízkým příkonem a napájecím napětím

    Využití nových obvodových principů pro návrh analogových obvodů s nízkým příkonem a napájecím napětím. Obvody budou sloužit především v oblasti biomedicíny. Teoretický návrh a experimentální ověření analogových obvodů s nízkým napájecím napětím a nízkým příkonem za použití programu Cadence a technologie TSMC 0.18 um. Výstupem bude verifikovaný návrh proudového conveyoru.

    Školitel: Khateb Fabian, prof. Ing. et Ing., Ph.D. et Ph.D.

  4. Pokročilá obvodová a strukturální řešení nízkonapěťových analogově digitálních převodníků pro energy harvesting a biomedicínské aplikace

    Cílem práce je základní výzkum pokročilých obvodových a strukturálních řešení pro nízkonapěťové analogově digitální převodníky s optimalizovanou spotřebou energie pro energy harvesting a biomedicínské aplikace. Cílové napájecí napětí je v rozmezí 0,5 V až 0,3 V a výkonová spotřeba v řádech nanowattů. Funkčnost a správnost navržené struktury bude popsána a ověřena jak matematicky, tak i simulačně za použití 0,18 µm CMOS technologie od TSMC. Výstupem bude verifikovaný návrh nízkonapěťového převodníku.

    Školitel: Khateb Fabian, prof. Ing. et Ing., Ph.D. et Ph.D.

  5. Senzory fyzikálních veličin na bázi grafenu

    Grafen jako monoatomární vstva šetiúhelníkově uspořádaných atomů uhlíku v současné době vyžaduje silné výzkumné úsilí. Vzhledem ke své unikátní struktuře a elektrickým vlastnostem je tento materiál předurčen k využití v moderní elektronice například jako extrémně citlivý plynový nebo kapalinový senzor. Unikátní citlivost a chemickou selektivitu lze podpořit měřením šumové odezvy namísto měření středních hodnot napětí a proudů. Šumové procesy jsou obecně sledovány u mnoha elektronických součástek a jsou spojovány s jejich lokálním/objemovým namáháním, změnou dotace, projevy zachytávání náboje a podobně. Dominantně je pozorován šum 1/f, který ve spojení s 2D strukturou grafenu poskytuje unikátní možnost rozšíření znalostí v oblasti senzoriky a moderní elektroniky založené na grafenu.

    Školitel: Macků Robert, Ing., Ph.D.

  6. Techniky pro návrh operačních zesilovačů s extrémně nízkým napájecím napětím

    Nové techniky pro návrh operačních zesilovačů s extrémně nízkým napájecím napětím. Cílové napájecí napětí je v rozmezí 0,5 V až 0,3 V a výkonová spotřeba v řádech nanowatů. Funkčnost a správnost navržené struktury bude popsána a ověřena jak matematicky, tak i simulačně za použití 0,18 µm CMOS technologie od TSMC. Výstupem bude verifikovaný návrh operačního zesilovače.

    Školitel: Khateb Fabian, prof. Ing. et Ing., Ph.D. et Ph.D.

1. kolo (podání přihlášek od 01.04.2021 do 15.05.2021)

  1. Pokročilé technologie akumulátorů a jejich vliv na materiálové a energetické nároky při jejich výrobě

    V rámci práce budou studovány nové vývojové trendy v oblasti Li-ion akumulátorů a dalších moderních bateriových systémů a jejich budoucí aplikovatelnost do komerční výroby a jejich aplikace především v oblasti elektromobility. V souvislosti s rostoucí penetrací akumulátorů do automobilového průmyslu bude vytvořena predikce vývoje výroby těchto akumulátorů především v oblasti EU a jejich následný dopad na materiálové potřeby a energetickou náročnost procesu výroby těchto akumulátorů od těžby materiálů až po jejich výrobu. Současně bude zpracována celková CO2 stopa vznikající při výrobě těchto nových bateriových systémů a to včetně zahrnutí potenciálních možností recyklace a druhého života baterií. Pro zpracování této predikce bude využito jak veřejně dostupných dat tak dat z vybraných databází a dat od výrobců akumulátorů a dat od dalších zástupců průmyslu na výrobu a využití akumulátorů navázaných. Výsledná práce tak vytvoří přehled o budoucích technologiích a jejich materiálové a energetické náročnosti a představu o ideálním využití materiálových zdrojů pro výrobu těchto akumulátorů v prostoru EU.

    Školitel: Kazda Tomáš, doc. Ing., Ph.D.

Struktura předmětů s uvedením ECTS kreditů (studijní plán)

Libovolný ročník, zimní semestr
ZkratkaNázevJ.Kr.Pov.Uk.Hod. rozsahSk.Ot.
DKA-ET1Electrotechnical Materials, Material Systems and Production Processesen4Povinně volitelnýdrzkK - 39 / S - 39ano
DKA-FY1Junctions and Nanostructuresen4Povinně volitelnýdrzkK - 39 / S - 39ano
DKA-EE1Mathematical Modelling of Electrical Power Systemsen4Povinně volitelnýdrzkK - 39 / S - 39ano
DKA-RE1Modern Electronic Circuit Designen4Povinně volitelnýdrzkK - 39 / S - 39ano
DKA-ME1Modern Microelectronic Systemsen4Povinně volitelnýdrzkK - 39 / S - 39ano
DKA-TK1Optimization Methods and Queuing Theoryen4Povinně volitelnýdrzkK - 39 / S - 39ano
DKA-AM1Selected Chaps From Automatic Controlen4Povinně volitelnýdrzkK - 39 / S - 39ano
DKA-VE1Selected Problems From Power Electronics and Electrical Drivesen4Povinně volitelnýdrzkK - 39 / S - 39ano
DKA-TE1Special Measurement Methodsen4Povinně volitelnýdrzkK - 39 / S - 39ano
DKA-MA1Statistics, Stochastic Processes, Operations Researchen4Povinně volitelnýdrzkK - 39 / S - 39ano
DKX-JA6Angličtina pro doktorandyen4VolitelnýdrzkCj - 26ano
DKA-EIZScientific Publishing A to Zen2VolitelnýdrzkK - 26ano
DKA-RIZSolving of Innovative Tasksen2VolitelnýdrzkK - 39 / S - 39ano
Libovolný ročník, letní semestr
ZkratkaNázevJ.Kr.Pov.Uk.Hod. rozsahSk.Ot.
DKA-TK2Applied Cryptographyen4Povinně volitelnýdrzkK - 39 / S - 39ano
DKA-MA2Discrete Processes in Electrical Engineeringen4Povinně volitelnýdrzkK - 39 / S - 39ano
DKA-ME2Microelectronic Technologiesen4Povinně volitelnýdrzkK - 39 / S - 39ano
DKA-RE2Modern Digital Wireless Communicationen4Povinně volitelnýdrzkK - 39 / S - 39ano
DKA-EE2New Trends and Technologies in Power System Generationen4Povinně volitelnýdrzkK - 39 / S - 39ano
DKA-TE2Numerical Computations with Partial Differential Equationsen4Povinně volitelnýdrzkK - 39 / S - 39ano
DKA-ET2Selected Diagnostic Methods, Reliability and Qualityen4Povinně volitelnýdrzkK - 39 / S - 39ano
DKA-AM2Selected Chaps From Measuring Techniquesen4Povinně volitelnýdrzkK - 39 / S - 39ano
DKA-FY2Spectroscopic Methods for Non-Destructive Diagnosticsen4Povinně volitelnýdrzkK - 39 / S - 39ano
DKA-VE2Topical Issues of Electrical Machines and Apparatusen4Povinně volitelnýdrzkK - 39 / S - 39ano
DKX-JA6Angličtina pro doktorandyen4VolitelnýdrzkCj - 26ano
DKA-CVPQuotations in a Research Worken2VolitelnýdrzkK - 26ano
DKA-RIZSolving of Innovative Tasksen2VolitelnýdrzkK - 39 / S - 39ano
Libovolný ročník, celoroční semestr
ZkratkaNázevJ.Kr.Pov.Uk.Hod. rozsahSk.Ot.
DKX-QJAZkouška z angličtiny před státní doktorskou zkouškuen4VolitelnýdrzkK - 3ano