Přístupnostní navigace
E-přihláška
Vyhledávání Vyhledat Zavřít
Detail oboru
FEKTZkratka: PP-METAk. rok: 2016/2017
Program: Elektrotechnika a komunikační technologie
Délka studia: 4 roky
Akreditace od: 25.7.2007Akreditace do: 31.12.2020
Profil
Studijní obor doktorského studia je zaměřen na přípravu špičkových vědeckých a výzkumných specialistů v nejrůznějších oblastech mikroelektroniky a elektrotechnologie, zejména pak v teorii, návrhu a testování integrovaných obvodů a systémů, v polovodičových prvcich a strukturách, v inteligentních senzorech, v optoelektronice, v elektrotechnických materiálech a výrobních procesech a ve zdrojích elektrické energie. 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.
Klíčové výsledky učení
Absolvent umí řešit vědecké a složité technické úlohy v oblasti mikroelektroniky a elektrotechnologie. Díky kvalitnímu rozvinutému teoretickému vzdělání a specializaci ve vybraném oboru jsou absolventi doktorského studia vyhledáváni jako specialisté v oblasti mikroelektroniky a elektrotechnologie. Absolventi doktorského studijního programu budou v oblasti mikroelektroniky a elektrotechnologie schopni pracovat jako vědečtí a výzkumní pracovníci v základním či aplikovaném výzkumu, jako specializovaní odborníci vývoje, konstrukce a provozu v různých výzkumných a vývojových institucích, elektrotechnických a elektronických výrobních firmách a společnostech a u výrobců či uživatelů elektrických systémů a zařízení, přičemž zde budou schopni tvůrčím způsobem využívat moderní výpočetní a měřicí techniku.
Profesní profil absolventů s příklady
Absolvent doktorského studia umí řešit vědecké a složité technické úlohy v oblasti mikroelektroniky a elektrotechnologie. 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 oblastech mikroelektroniky a elektrotechnologie. 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.
Garant
prof. Ing. Vladislav Musil, CSc.
Vypsaná témata doktorského studijního programu
Cílem práce je teoretické studium, charakterizace a optimalizace pole senzorů vyrobených z ultratenkého monokrystalického křemíku. Tento křemík může být zapojen na měření plošného odporu použitím Van der Pauwovy struktury nebo při změně konfigurace s použitím Hallova jevu bude měřit amplitudu magnetického pole. Doktorand nad polem senzorů vytvoří mikrofluidní systém, který umožní definovat tok kapalin buď podle sloupců, nebo řádků. Pole bude mít konfiguraci minimálně 4×4. Senzory se budou měřit lock-in zesilovači tak, aby bylo možné je měřit s velkým odstupem mezi signálem a šumem a tím optimalizovat limit detekce (LOD). Doktorand provede analýzu systému a zoptimalizuje roztoky na detekci biomarkerů tak, aby Debyova délka v roztoku díky koncentraci pufrů neovlivňovala měření. Doktorand dále zanalyzuje systém a zoptimalizuje jak typ crosslinkeru, tak jeho podmínky depozice z plynné fáze. Základní charakteristika bude provedena pomocí depozice albuminu. Dále doktorand provede pomocí specifické reakce detekci biomarkerů a to tak, aby na každém řádku pole byl jeden typ protilátky, a zjistí LOD systému. Doktorand bude pracovat s pracovištěm RECAMO, které má protilátky na detekci biomarkerů rakoviny.
Školitel: Neužil Pavel, prof. Ing., Dr., DSc.
Využití luminiscenčních metod pro detekci defektů v solárních článcích a panelech a jejich klasifikace.
Školitel: Vaněk Jiří, doc. Ing., Ph.D.
Cílem práce je teoretické studium, charakterizace a optimalizace pole zlatých elektrochemických senzorů vyrobených pomocí planární technologie. Doktorand provede detailní analýzu chování těchto elektrod a zoptimalizuje jejich geometrii. Doktorand nad polem senzorů vytvoří mikrofluidní systém, který umožní definovat tok kapalin buď podle sloupců, nebo řádků. Pole bude mít konfiguraci minimálně 4X4 se čtyřmi senzory v každém místě měření. Elektrochemické senzory se budou měřit lock-in zesilovači tak, aby bylo možné měřit minimálně 4 najednou. Základní charakteristika bude provedena systémem Fe2+/Fe3+ a bude provedeno porovnání s klasickým systémem cyklické voltametrie, případně diferenční pulzní voltametrie. Dále doktorand provede specifickou reakci na zlatě a deponuje na něm vhodné protilátky na detekci biomarkerů a to tak, aby na každém řádku pole byl jeden typ protilátky. Dále doktorand prověří detekci biomarkerů na elektrodách pokrytých amalgámem zlata. Doktorand bude pracovat s pracovištěm RECAMO, které má protilátky na detekci biomarkerů rakoviny a dále s Biofyzikálním Ústavem Akademie Věd České Republiky
Cílem práce je hledání nových materiálů s dobrými teplotními vlastnostmi jako je vysoký teplotní součinitel odporu (TCR) nebo využívající jiných jevů jako pyroelektrický nebo termoelektrický pro zvýšení citlivosti na adsorbované infračervené vlnové délky. Materiály budou vytvořeny jako tenké vrstvy pomocí PVD nebo CVD technik. Materiál bude aplikován na míru vytvořených membránách pomocí MEMS technologie na VUT v Brně a vyhodnoceny. Specifické materiály, jako je nitrid hliníku, mohou být poskytnuty prof. Ulrichem Schmidem z TU Vídeň v rámci spolupráce.
Školitel: Hubálek Jaromír, prof. Ing., Ph.D.
Teoretické studium jevů, které způsobují poruchovost pájeného spoje v elektronice (při termomechanickém namáhání). Měření a simulace (ANSYS) spolehlivosti konkrétních pájených spojů. Stanovení metodiky vyhodnocení a určení spolehlivosti, určení únavových koeficientů. Disertabilní jádro: Originální metodika výpočtu spolehlivosti a stanovení únavových koeficientů pro konkrétní aplikaci
Školitel: Šandera Josef, doc. Ing., Ph.D.
Práce je zaměřena na studium fotoaktivních vlastností keramických materiálů a jejich schopnost dodávat elektrickou energii v závislosti na prostředí roztoků, ve kterých jsou tyto systémy ponořeny. Tento výzkum bude sloužit k optimalizaci jak nově vytvářených keramických materiálů, tak pracovních roztoků, vhodných k fotokatylitické konverzi.
Školitel: Novák Vítězslav, doc. Ing., Ph.D.
Cíl práce je zaměřen na vývoj na křemíku integrovaného superkondenzátoru na bázi nových materiálů pro elektrody a elektrolytů. Studie se bude skládat z nových principů skladování energie, které umožňují rychlejší nabíjení. Vlastnosti těchto materiálů budou charakterizovány. Budou vyvinuty, a vyhodnoceny postupy výroby superkondenzátoru na čipu pomocí MEMS technologií. Postup bude diskutován s prof. Ulrichem Schmidem z TU Vídeň.
U olověných akumulátorů dosahujeme nízkého využití aktivních hmot, které se pohybuje kolem 40%. Možným způsobem překonání tohoto omezení je přechod z mikro na nanorozměrné velikosti částic aktivních hmot (zejména PbO2), díky čemuž by mělo dojít ke vzrůstu aktivního povrchu s výsledkem vyšší výtěžnosti. Úkolem výzkumu bude zvládnutí přípravy aktivních hmot nanostrukturních velikostí a ověření výše zmíněné hypotézy.
Školitel: Bača Petr, doc. Ing., Ph.D.
Cílem práce je teoretické studium, depozice a charakterizace nanostrukturovaných materiálů vhodných pro absorpci elektromagnetického záření v rozsahu spektra od viditelné oblasti až do oblasti THz. Klíčový problém, který musí doktorand vyřešit, je depozice či růst materiálu při pokojové teplotě substrátu. Materiál je potřeba charakterizovat nedestruktivní metodou jako je FTIR a dále integrovat s membránou MEMS bolometru. Konečný výsledek bude optimalizace materiálu s ohledem na jeho maximální absorpci v žádaném spektru a charakterizace bolometrů s tímto materiálem na membráně. Charakterizace ve viditelném spektru se může provádět na VUT, charakterizace s oblasti THz ve spolupráci s pracovištěm National Institute of Standard and Technology (NIST), Gaithersburg, USA a v Naval Graduate School, Monterey, USA.
CCílem práce je příprava nanostrukturovaných elektrod z různých materiálů a jejich využití pro elektrochemickou analýzu DNA s využitím redoxních či enzymových značek. Klíčovým krokem bude optimalizace procesu elektrodepozice kovů či jejich slitin pomocí nanoporézní membrány na rigidní či flexibilní substráty a dále dosažení stability i dostatečné citlivosti připraveného biosenzoru. Podle vlastností připravených povrchů budou vybrány vhodné detekční metody a budou testovány možnosti využití nových senzorů pro účely detekce hybridizace DNA, jejího poškození a enzymatického opracování. Bionalytická část práce bude probíhat na Biofyzikálním ústavu AV ČR pod vedením doc. Miroslava Fojty.
Školitel: Drbohlavová Jana, doc. Ing., Ph.D.
Cílem práce je návrh a aplikace nových mikroelektronických obvodů využitelných v systému chytrých měst. Práce bude zaměřena na využití nových obvodových principů umožňujících snížení spotřeby těchto systémů.
Školitel: Šteffan Pavel, doc. Ing., Ph.D.
Nekonvenční polovodičové struktury pro nízkonapěťové integrované obvody. Teoretický návrh, simulace a experimentální ověření analogových integrovaných obvodů s nízkým napájecím napětím a nízkým příkonem.
Školitel: Musil Vladislav, prof. Ing., CSc.
Výzkum metod a instrumentace pro studium obtížně pozorovatelných vzorků v EREM
Školitel: Neděla Vilém, doc. Ing. et Ing., Ph.D., DSc.
Cílem výzkumu je nalezení nových obvodových principů v obvodech ASIC pro zpracování a digitalizaci biologických signálů s ohledem na dosažení velmi nízké potřeby pro aplikce nositelné elektoroniky s bateriovým napájením.
Školitel: Fujcik Lukáš, doc. Ing., Ph.D.
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.
Školitel: Khateb Fabian, prof. Ing. et Ing., Ph.D. et Ph.D.
Práce je zaměřena na studium jevu povrchové plasmonové rezonance (SPR) pro zvýšení absorpce infračervených (IR) vlnových délek. Práce bude zaměřena na modelování a simulaci absorpční účinnosti několika nanostruktur s cílem absorbovat široké spektrum infračervených vlnových délek. Nejlepší výsledky simulace budou ověřeny na vzorcích vyrobených pomocí technologie MEMS a metod nanostrukturování (e-litografie nebo FIB). Technologie bude diskutována s prof. Ulrichem Schmidem z TU Vídeň.
Předmětem práce bude studium vlastností par kovových převážně ferromagnetických materiálů v procesu vakuového napařování. Budou zkoumány procesy vakuového napařování a jeich vliv na mechanické a elektrické vlastnosti vrstev. Disertabilní jádro: Stanovení nového technologického postupu napařování, který zaručí požadované vlastnosti tenké vrstvy.
V práci se student seznámí se současnou problematikou uchovávání energie v elektrochemických průtokových redoxních článcích a monitorování míry jejich nabití. Výzkum povede k návrhu a vývoji metod, které lze použít na průběžné monitorování stavu nabití. Dva základní principy budou využity: optické sledování u těch systémů, kde se zabarvení mění v důsledku stavu nabití a měření elektrochemické v případech ostatních.
V praxi se používají kyselé palivové články pouze typu PEM, hlavní nevýhodou je vysoká korozivita většiny kovů. Nosným tématem bude výzkum možností použití olova v palivových článcích s kyselým elektrolytem.
Termoelektrické generátory mohou využívat teplotních gradientů z přírodních zdrojů nebo teplotních gradientů při zpracování odpadního tepla. Tyto tepelné toky jsou hojné, předvídatelné a v omezeném časovém intervalu stabilní takže mohou posloužit jako spolehlivý zdroj energie v mnoha aplikacích. Malé napětí dosažitelné v jednom termoelementu vyžaduje integraci extrémně velkého počtu termočlánků nebo Peltiérových článků v jednom systému a jejich napojení na měniče pracující s extrémně malým napětím. Masovou produkci těchto systémů umožní využití organických polovodičů a tiskařských technologií.
Školitel: Boušek Jaroslav, prof. Ing., CSc.
V práci se student seznámí se současnou problematikou uchovávání energie prostřednictvím elektrochemických průtokových redoxních článků. Experimentální práce povede ke zdokonalení článků založených na principu redukce vanadových sloučenin a k návrhu a vývoji článků bez vanadových redoxních párů.
Práce je zaměřena na studium nabíjení a vybíjení roztoků obsahujících soli redoxních systémů, které se mohou opakovaně nabíjet a vybíjet. Prvotní výzkum se bude věnovat roztokům sloučenin vanadu a bude možné jej rozšířit na další systémy. Cílem měření bude porozumění vazby experimentálních podmínek na účinnost a trvanlivost navržených systémů. Metody měření budou spočívat ve všech moderních přístrojových technikách elektrochemie a materiálových věd.
Téma disertační práce se týká studia vlivu přídavné ultrazvukové energie v čase formování pájeného spoje olovnatých a bezolovnatých slitin. Cílem je prozkoumání vlivu na mikrostrukturu spoje a makrostrukturní vlastnosti (mechanické, elektrické, životnostní, spolehlivostní). Při analýze mikrostruktury pájeného spoje se předpokládá využití elektronového mikroskopu, mikrotvrdoměru. Současně se předpokládá prověření metody založené na vzniku termonapětí v jednotlivých krystalografických oblastí pájeného spoje.
Školitel: Řezníček Michal, Ing., Ph.D.
Cílem práce je realizace neperiodických difrakčních struktur v optických vláknech založených na Braggových i Long Period (LP)mřížkách určených pro konstrukci senzorů a prvků upravujících optické spektrum. Práce bude využívat a navrhne úpravy stávajícího maskového expozičního systému výroby vláknových mřížek pro přípravu difrakčních struktur. Experimentálně budou ověřeny možnosti přípravy (LP) neperiodických struktur a zjištěné vlastnosti porovnány s možnostmi Braggových mřížek. V práci se předpokládá vytvoření návrhového modelu pro realizaci neperiodických struktur s žádanými spektrálními vlastnostmi. Budou navrženy, experimentálně ověřeny a porovnány způsoby ovládání vlastností neperiodických mřížek a rychlého vyhodnocení změn jejich spektrálních vlastností. Literatura: Kayshyap, R.: Fiber Bragg Gratings. AP, San Diego, 1999.ISBN 0-12-400560-8 Othonos, A, Kyriacos, K.: Fiber Bragg Gratings, fundamentaks and applications in telecommunications and sensing. AH, Norwood, 1999. ISBN0-89006-344-3
Školitel: Urban František, doc. Ing., CSc.
Téma doktorské práce je zaměřeno na definici, vytváření a ověřování modelů intermetalických vrstev v bezolovnatých pájených spojích. Cílem práce je definice konstant a vstupních dat pro simulaci, vytvoření modelu spoje zahrnujícího elektrické, tepelné i mechanické jevy a porovnání jeho vlastností (pevnost, pnutí ...) s vybraným typem reálného bezolovnatého spoje. Pro modelování a simulace bude použit program ANSYS.
Školitel: Adámek Martin, Ing., Ph.D.
Moderní metody pájení v parách vyžadují jen jednu operaci pájení, což je garancí kvalitních výsledků, za předpokladu analýzy všech procesů a následné optimalizace.
Školitel: Szendiuch Ivan, doc. Ing., CSc.
Studium způsobu chlazení výkonových polovodičových součástek, hlavně LED diod. Studium svítivosti LED diod v závislosti na teplotě. Simulace tepelných poměrů ve struktuře. Budou se řešit vrstvené struktury, spojení plošného spoje s kovovým jádrem a keramickým materiálem, Možnost chlazení proudící kapalinou ve vytvořených kanálcích. Disertabilní jádro: Návrh chladícího systému pro výkonové LED diody v kombinaci LTCC keramiky a Aluminy s chladícími kanálky pro kapalinu. Měření na systému.
Prostudujte problematiku pokročilých elektrochemických zdrojů proudu se zaměřením na Li-S akumulátory. Připravte elektrodové materiály na bázi síry s přídavkem různých typů uhlíku a pojiv za účelem vytvoření kompozitní elektrody. Navrhněte postup přípravy, proveďte jejich charakterizaci pomocí vybraných elektrochemických a fyzikálních metod.
Školitel: Sedlaříková Marie, doc. Ing., CSc.
Cílem práce je na základě analýzy dosažitelných vlastností, možností přípravy a metod měření optických vláknových senzorů navrhnout senzorické struktury na bázi speciálních vláken s novými možnostmi pro měření fyzikálních veličin ale i pro měření koncentrace nebo přítomnosti kapalin a plynů. V rámci práce se předpokládá zaměření na výzkum senzorických struktur využívajících difrakční, interferenční a jiné prvky v mikrostrukturních a speciálních optických vláknech Při výzkumu se předpokládá vytvoření matematických modelů pro vybrané senzorické principy a na jejich základě i návrh technicky realizovatelných struktur a návrh souvisejících měřících metod. V rámci výzkumu se předpokládá i ověření navrhovaných a simulovaných principů a metod, příprava experimentálních vzorků senzorických struktur a jejich vyhodnocení v laboratorních podmínkách. Literatura: Udd, E., Spillman Jr. W., B.: Fiber OPtic Sensors. J. Willey and sons 2011, ISBN 978-0-470-12684-4 R. Kashyap, “Fiber Bragg Gratings, 2nd Edition,” Fiber Bragg Gratings, 2nd Edition, 1-614 (2010). G. P. Agrawal, “Nonlinear Fiber Optics,” Nonlinear Science at the Dawn of the 21st Century, 542, 195-211 (2000).
Návrh a aplikace inteligentních mikrosystémů v oblasti internetu věcí se zaměřením na bezdrátové technologie s využitím IoT gateway s IPv6. Návrh zařízení (HW & SW) pro sběr dat ze snímačů a vývoj aplikací pro manipulaci s daty ze senzorů.
Školitel: Vrba Radimír, prof. Ing., CSc.
V práci se student seznámí s problematikou elektrických měření (zejména impedance, proudové a napěťové rozdělení na elektrodách, a toky materiálů v elektrochemických článcích). Student se současně seznámí s principy počítačového modelování "Finite Elements Modelling" s použitím komerčního softwaru. Výpočetní výzkum povede k objasnění správných postupů při praktických měřeních, k návrhům možných nových praktických geometrií a ke zpětným vazbám se spolupracovníky, kteří vyvíjejí funkční vzory zařízení.
Výroba nanostrukturovaných přechodových kovů (Ta,Nb,Ti,W) a ultra tenkých oxidů kovů má veliký význam ve vývoji nových elektronických součástek, zejména DRAM a permanentní paměti v mikro- a nanosoučástkách (memristory). Záměrem projektu je vytvoření koncepce ve vývoji elektrochemických procesů, popis mechanizmu růstu a fyzikálních, chemických, elektrických a dielektrických vlastností samouspořádaných svazků tvořených nanostrukturovanými přechodovými kovy (nanosloupky a nanotrubičkami) syntetizovanými elektrodepozicí z oraganických iontových roztoků s využitím tenkých nanoporézních vrstev anodického oxidu hlinitého, které vyrůstají přímo na kovovém (čistém či smíšeném) substrátě. Různá nanostrukturovaná funkční rozhraní jako kov / izolant nebo kov / polovodič s vrchní kovovou elektrodou, či bez ní, budou vytvořena a charakterizována pro potenciální využití v pokročilých elektronických součástkách.
Školitel: Háze Jiří, doc. Ing., Ph.D.
Návrh a aplikace inteligentní mikrosystémů v oblasti internetu věcí se zaměřením na nízkou spotřebu
Zjistěte jaké jsou kladeny požadavky na obvody, které jsou používány v kosmickém průmyslu. Na základě podrobné rešerše navrhněte obvody pro zpracování signálů v kosmických sondách. Podrobně popište návrh, zohledněte vliv kosmického záření a další specifika vesmíru, která mohou funkci těchto obvodů ovlivnit. Na funkčním vzorku prověďte testovací měření, výsledky vyhodnoťte s teoretickými předpoklady.
Cílem práce je navrhnout způsob řízení polovodičových optických zdrojů či filtrů a postupy zpracování optického signálu pro metodu skenovací analýzy spektrálních vlastností optických prvků a struktur k dosažení vysoké stability a přesnosti měření při vysokých skenovacích rychlostech. Práce se bude zabývat způsoby kalibrace frekvenční modulace optických zdrojů a filtrů, navrhne a ověří možnosti adaplivního řízení optického zdroje pro dosažení a udržení linearizace frekvenčního skenování při procesu vysokorychlostní optické spektrální analýzy. Bude vytvořen analytický model zpětnovazební soustavy s linearizací frekvenčního skenování, na jehož základě budou optimalizovány postupy signálového zpracování tak, aby potlačily vlivy statických i dynamických chyb, a výsledný algoritmus ověřen konkrétní experimentální implementací. Práce vyhodnotí vlivy a navrhne možnosti řešení pro získání vysoké přesnosti a dlouhodobé stability metody. Literatura: [1] B. VENKATARAMANI, B.M. Digital signal processors: architecture, programming and applications. 2nd ed. New Delhi: Tata McGraw-Hill Pub, 2011. ISBN 978-007-0702-561. [2] HODGSON, Norman. Optical Resonators Fundamentals, Advanced Concepts and Applications. London: Springer London, 1997. ISBN 978-144-7135-951. [3] K. Kikuchi and T. Okoshi, "Wavelength-sweeping technique for measuring the beat length of linearly birefringent optical fibers," Opt. Lett. 8, 122-123 (1983) [4] C. Schmidt, A. Chipouline, T. Pertsch, A. Tünnermann, O. Egorov, F. Lederer, and L. Deych, "Nonlinear thermal effects in optical microspheres at different wavelength sweeping speeds," Opt. Express 16, 6285-6301 (2008)