studijní program

Mikroelektronika a technologie

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

Typ studijního programu: doktorský

Kód studijního programu: P0714D060007

Udělovaný akademický titul: Ph.D.

Jazyk výuky: čeština

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 "Mikroelektronika a technologie" 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 "Mikroelektronika a technologie" 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

Studium doktoranda probíhá podle individuálního studijního plánu, který zpracuje v úvodu studia školitel doktoranda ve spolupráci s doktorandem. V individuálním studijním plánu jsou 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. Student si zapíše a vykoná zkoušky z povinných předmětů. Dále dle specifického zaměření doktorského studia má student povinnost absolvovat alespoň jeden z předmětů Moderní mikroelektronické systémy; Elektrotechnické materiály, materiálové soustavy a výrobní procesy; anebo Rozhraní a nanostruktury, a dalších povinně volitelných předmětů ohledem na zaměření jeho disertační práce, a dále minimálně dvou volitelných předmětů (Angličtina pro doktorandy, Řešení inovačních zadání, Vědecké publikování od A do Z).
Ke státní doktorské zkoušce se může student přihlásit až po vykonání všech zkoušek předepsaných jeho individuálním studijním plánem. Před státní doktorskou zkouškou student vypracuje pojednání k disertační práci, v němž detailně popíše cíle práce, důkladné zhodnocení stavu poznání v oblasti řešené disertace, charakteristiku metod, které hodlá při řešení uplatňovat. Obhajoba pojednání, které je oponováno, je součástí státní doktorské zkoušky. V další části zkoušky musí student prokázat hluboké teoretické i praktické znalosti v oblasti mikroelektroniky, elektrotechnologie, fyziky materiálů, nanotechnologií, elektrotechniky, elektroniky, teorie obvodů. Státní doktorská zkouška probíhá ústní formou a kromě diskuze nad pojednáním k disertační práci se také skládá z tematických okruhů týkajících se povinných a povinně volitelných předmětů.
K obhajobě disertační práce se student hlásí po vykonání státní doktorské zkoušky a po splnění podmínek pro ukončení, jakými jsou účast na výuce, vědecká a odborná činnost (tvůrčí činnost), a minimálně měsíční studijní nebo pracovní stáž na zahraniční instituci anebo účasti na mezinárodním tvůrčím projektu.

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. Návrh nízkopříkonových mikrosystémů využitelných v oblasti chytrých měst

    V práci se student seznámí se současnou problematikou chytrých měst. Výzkum povede k návrhu nových mikroelektronických obvodů využitelných v těchto systémech v oblasti telemetrie a monitorování budov. Hlavním cílem bude nízkopříkonový návrh vybraných komponent.

    Školitel: Šteffan Pavel, doc. Ing., Ph.D.

  3. Nová metoda dekodování pro asynchronní delta sigma modulátory

    Součastné motody dekódování signálů z asynchronních delta sigma modulátorů (ADSMs) limitují vstupní dynamický rozsah modulátoru a vyžadují vysoký vzorkovací kmitočet. Cílem práce je navrhnout novou metodu dekódování pro ADSMs. Dále navrhnout ADSMs včetně nové metody dekódování na tranzistorové úrovni v programu Cadence a ověřit dosažené parametry. Na závěr vyhodnotit přínos nové metody.

    Školitel: Kledrowetz Vilém, Ing., Ph.D.

  4. 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.

  5. 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.

  6. Pozorování dějů na elektrodách akumulátorů pomocí mikroskopie atomárních sil

    AFM mikroskopie je jedna z vhodných technik k pozorování povrchů elektrod v jejich přirozeném prostředí. Cílem zadání je vypracovat metodiku, která umožní využít tuto mikroskopickou techniku k pozorování dějů, které probíhají v různých typech akumulátorových systémů v různých provozních režimech. Výstupem zadání bude ověření dostupných znalostí o procesech probíhajících v akumulátorech a získání nových poznatků o těchto procesech.

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

  7. Snižování vnitřního pnutí a zlepšování tribologických vlastností materiálů

    Disertační práce se bude zaměřovat na zkoumání vlastností polymerních, kompozitních a jiných materiálů vyrobených aditivní výrobou, a to zejména 3D tiskem. U této metody vzniká mnoho aspektů, ovlivňující výsledné parametry a vlastnosti, které lze dalším postprocessingem odstranit. U povrchů budou zkoumány tribologické vlastnosti materiálů a výsledkem bude návrh několika metod, pro vylepšení mechanických, tepelných a chemických odolností. Mezi metody budou patřit cold spray, pokovování, naprašováni apod. Dále budou navrhovány metody, které budou měnit vlastnosti materiálů bez dalšího aditivního postupu. Vlastnosti budou měněny pomocí metod jako je žíhání, a to buď v peci nebo ve vodní lázni, sléváním vrstev, sintrování apod. Výsledkem by měl být souhrn postupů, jak správně a přesně zlepšovat určité parametry materiálů.

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

  8. Využití metody akustické emise pro hodnocení degradačních procesů v implantátech a vytvořené vrstvy studené kinetické depozice

    Cílem této práce bude objasnění možnosti využití metody akustické emise pro kvalitativní posouzení degradačních procesů a mezních stavů v materiálech implantátů s vytvořenou vrstvou studené kinetické depozice (cold spray). Výzkum bude sice primárně zaměřen na nové implantáty z různých materiálů, ale výsledky budou metodou komparace posuzovány, jak pro nové, tak současné implantáty. Během základního výzkumu bude nutné provést celou řadů laboratorních měření zasahující do různých vědních oborů, při jejichž řešení bude nutné použít interdisciplinární přístup. Získané výsledky a poznatky ze základního výzkumu budou plně využitelné pro aplikovaný výzkum.

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

  9. Využití metody akustické emise pro hodnocení degradačních procesů v implantátech z 3D tisku a vytvořené vrstvy studené kinetické depozice

    Objasnění možnosti využití metody akustické emise pro kvalitativní posouzení degradačních procesů a mezních stavů v materiálech implantátů z 3D tisku s vytvořenou vrstvou studené kinetické depozice (cold spray). Výzkum bude sice primárně zaměřen na nové implantáty z 3D tisku různých materiálů, ale výsledky budou metodou komparace posuzovány, jak pro nové, tak současné implantáty. Během základního výzkumu bude nutné provést celou řadů laboratorních měření zasahující do různých vědních oborů, při jejichž řešení bude nutné použít interdisciplinární přístup. Získané výsledky a poznatky ze základního výzkumu budou plně využitelné pro aplikovaný výzkum.

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

  10. Využití metody akustické emise pro hodnocení degradačních procesů v materiálech s vytvořenou vrstvou studené kinetické depozice

    Objasnění možnosti využití metody akustické emise pro kvalitativní posouzení degradačních procesů a mezních stavů v materiálech používaných v elektrotechnice s vytvořenou vrstvou studené kinetické depozice (cold spray). Výzkum bude sice primárně zaměřen na materiály určené pro elektrotechniku, ale výsledky budou metodou komparace posuzovány, také pro jiné materiály používané v různých vědních oborech (podle zvoleného výběru). Během základního výzkumu bude nutné provést celou řadů laboratorních měření zasahující do různých vědních oborů, při jejichž řešení bude nutné použít interdisciplinární přístup. Získané výsledky a poznatky ze základního výzkumu budou plně využitelné pro aplikovaný výzkum.

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

1. kolo (podání přihlášek od 01.04.2021 do 15.05.2021)

  1. Fluktuační jevy u křemenných krystalových mikrovážek

    Křemenné krystalové mikrovážky (QCM) patří do skupiny vysoce citlivých senzorů detekující chemické látky rozptýlené v plynném nebo kapalném prostředí. Tento typ senzoru je běžně používán biology a chemiky k monitorování chemických procesů. Jádrem QCM tvoří piezoelektrický krystal křemene, který osciluje na rezonanční frekvenci definovanou hmotnosti krystalu a ostatními parametry jako je geometrie, teplota atd. Elektrody krystalu jsou pokryty sorpční vrstvy s afinitou k molekulám detekované látky. Detekovaná látka (molekuly) reprezentují přírůstek hmotnosti a změnu viskózně elastických vlastností sorpční vrstvy, což vede ke změně rezonanční frekvence. Cíle této disertační práce jsou dvojího charakteru: teoretická a experimentální studie fluktuačních procesů v piezoelektrických senzorech .

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

  2. 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.

Struktura předmětů s uvedením ECTS kreditů (studijní plán)

Libovolný ročník, zimní semestr
ZkratkaNázevJ.Kr.Pov.Uk.Hod. rozsahSk.Ot.
DKC-ET1Elektrotechnické materiály, materiálové soustavy a výrobní procesycs4Povinně volitelnýdrzkS - 39ano
DKC-EE1Matematické modelování v elektroenergeticecs4Povinně volitelnýdrzkS - 39ano
DKC-ME1Moderní mikroelektronické systémycs4Povinně volitelnýdrzkS - 39ano
DKC-RE1Návrh moderních elektronických obvodůcs4Povinně volitelnýdrzkS - 39ano
DKC-TK1Optimalizační metody a teorie hromadné obsluhycs4Povinně volitelnýdrzkS - 39ano
DKC-FY1Rozhraní a nanostrukturycs4Povinně volitelnýdrzkS - 39ano
DKC-TE1Speciální měřicí metodycs4Povinně volitelnýdrzkS - 39ano
DKC-MA1Statistika. stochastické procesy, operační výzkumcs4Povinně volitelnýdrzkS - 39ano
DKC-AM1Vybrané kapitoly řídicí technikycs4Povinně volitelnýdrzkS - 39ano
DKC-VE1Vybrané statě z výkonové elektroniky a elektrických pohonůcs4Povinně volitelnýdrzkS - 39ano
DKX-JA6Angličtina pro doktorandyen4VolitelnýdrzkCj - 26ano
DKC-RIZŘešení inovačních zadánícs2VolitelnýdrzkS - 39ano
DKC-EIZVědecké publikování od A do Zcs2VolitelnýdrzkS - 26ano
Libovolný ročník, letní semestr
ZkratkaNázevJ.Kr.Pov.Uk.Hod. rozsahSk.Ot.
DKC-TK2Aplikovaná kryptografiecs4Povinně volitelnýdrzkS - 39ano
DKC-MA2Diskrétní procesy v elektrotechnicecs4Povinně volitelnýdrzkS - 39ano
DKC-ME2Mikroelektronické technologiecs4Povinně volitelnýdrzkS - 39ano
DKC-RE2Moderní digitální bezdrátová komunikacecs4Povinně volitelnýdrzkS - 39ano
DKC-EE2Nové trendy a technologie výroby energiecs4Povinně volitelnýdrzkS - 39ano
DKC-TE2Numerické úlohy s parciálními diferenciálními rovnicemics4Povinně volitelnýdrzkS - 39ano
DKC-FY2Spektroskopické metody pro nedestruktivní diagnostikucs4Povinně volitelnýdrzkS - 39ano
DKC-ET2Vybrané diagnostické metody, spolehlivost, jakostcs4Povinně volitelnýdrzkS - 39ano
DKC-AM2Vybrané kapitoly měřicí technikycs4Povinně volitelnýdrzkS - 39ano
DKC-VE2Vybrané statě z elektrických strojů a přístrojůcs4Povinně volitelnýdrzkS - 39ano
DKX-JA6Angličtina pro doktorandyen4VolitelnýdrzkCj - 26ano
DKC-CVPCitování ve vědecké praxics2VolitelnýdrzkP - 26ano
DKC-RIZŘešení inovačních zadánícs2VolitelnýdrzkS - 39ano
Libovolný ročník, celoroční semestr
ZkratkaNázevJ.Kr.Pov.Uk.Hod. rozsahSk.Ot.
DKX-QJAZkouška z angličtiny před státní doktorskou zkouškuen4VolitelnýdrzkK - 3ano