Přístupnostní navigace
E-přihláška
Vyhledávání Vyhledat Zavřít
studijní program
Fakulta: FEKTZkratka: DPC-METAk. rok: 2024/2025
Typ studijního programu: doktorský
Kód studijního programu: P0714D060007
Udělovaný titul: Ph.D.
Jazyk výuky: čeština
Akreditace: 28.5.2019 - 27.5.2029
Forma studia
Prezenční studium
Standardní doba studia
4 roky
Garant programu
doc. Ing. Lukáš Fujcik, Ph.D.
Oborová rada
Předseda :doc. Ing. Lukáš Fujcik, Ph.D.Místopředseda :doc. Ing. Jiří Vaněk, Ph.D.Člen interní :prof. Ing. Pavel Koktavý, CSc. Ph.D.prof. Ing. Jaromír Hubálek, Ph.D.doc. Ing. Jiří Háze, Ph.D.doc. Ing. Petr Bača, Ph.D.Člen externí :prof. Ing. Josef Lazar, Dr.
Oblasti vzdělávání
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
Téma disertační práce se zaměřuje na inovativní použití mikrofluidního kalorimetrického systému pro přesné měření změn energie během biochemických reakcí uvnitř živých buněk. Tento výzkum si klade za cíl detekovat malé teplotní fluktuace spojené s uvolňováním energie během buněčných procesů pomocí speciálně navrženého mikrokalorimetru. Integrace pokročilé technologie mikroelektromechanických systémů (MEMS), teplotně citlivých fluorescenčních barviv a možně i plasmonických struktur umožní mapování vnitřních teplotních variací a sledování tepelné bilance buněk s nebývalou přesností. Významný vědecký přínos této práce spočívá v její schopnosti prohloubit naše porozumění buněčnému metabolismu, termogenezi a aktivitám souvisejícím s energií v buněčných procesech. Tato práce slibuje posunout naše znalosti v biochemii a buněčné biologii odhalením energetických základů buněčných funkcí na mikroskopické úrovni.
Školitel: Neužil Pavel, prof. Ing., Dr., DSc.
Práce je zaměřena na hlubší studium algoritmů, které jsou aplikovatelné v oblasti vyhodnocení degradace Li-Ion akumulátorů pomocí nástrojů, které využívá UI, jako je deep learning, machine learning nebo neuronová síť. Výstupem práce bude optimalizovaný prediktivní model, který bude možné dále rozvíjet na konkrétní typ aplikace a bude sloužit jako základ pro digitální dvojče bateriového systému.
Školitel: Vyroubal Petr, doc. Ing., Ph.D.
Práce je zaměřena na studium pokročilých elektrodových materiálů pro kladné elektrody Li-ion a post-lithno iontových akumulátorů. V rámci práce budou studovány materiály na bázi uhlíko-kovových struktur a vysoce-entropických oxidů s cílem dosažení co nejvyšší elektrochemické aktivity a stability při cyklování. Tyto materiály budou studovány pomocí nově vyvíjených technik, které umožňují sledovat děje probíhajících na elektrodách při cyklování ve spolupráci s firmou Thermo Fisher Scientific.
Školitel: Kazda Tomáš, doc. Ing., Ph.D.
Práce je zaměřena na studium nových neortodoxních přístupů, vycházejících i ze strojového učení, k vyhodnocení fyzikálních měření transportních charakteristik u elektrochemických tranzistorů na bázi iontových kapalina a tranzistorů s grafénovým kanálem. Krom klasické charakterizace bude dán důraz i na fluktuaci transportu nosiče náboje. Organické vzorky jsou připravovány na pracovišti ZČU v Plzn, kde práce navazuje na dlouhodobou spolupráci mezi pracovišti. Grafénové vzorky jsou připravovány na UFYZ. Student pracující na tomto tématu bude zapojen i do dalších projektů základního a aplikovaného výzkumu na UFYZ s odpovídajícím finančním ohodnocením včetně stipendia, a to nejméně ve výši 1.25 násobku minimální mzdy.
Školitel: Sedlák Petr, doc. Ing., Ph.D.
Cílem práce je detailní seznámení se s vlastnostmi moderních technologií SOI a z toho plynoucími možnostmi přelaďování parametrů analogových bloků používaných v převodnících AD. Výstupem práce budou nové struktury analogových obvodů navržené na tranzistorové úrovni a jejich verifikace pokročilými analýzami zohledňující lokální i globální rozptyl procesu. Jedná se o téma, které bude řešeno v rámci spolupráce s Taiwanskými partnery.
Školitel: Kledrowetz Vilém, doc. Ing., Ph.D.
Seznamte se s procesem výroby polovodičů na bázi technologie SiC. Výrobní proces pro tuto technologii trpí řadou nedostatků, které je nutné eliminovat. Zaměřte se na jednotlivé výrobní kroky a navrhněte možné postupy, které povedou k jejich optimalizaci. Jedná se o téma, které bude řešeno v rámci spolupráce s Taiwanskými partnery.
Školitel: Háze Jiří, doc. Ing., Ph.D.
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 různých aproximačních metod najít řešení rovnice přenosu záření, porovnat získané výsledky pro vyzářenou energii a tok záření pro vybrané druhy plazmatu, diskutovat výhodnost a použitelnost jednotlivých výpočetních metod. Student pracující na tomto tématu bude zapojen i do dalších projektů základního a aplikovaného výzkumu na UFYZ s odpovídajícím finančním ohodnocením včetně stipendia, a to nejméně ve výši 1.25 násobku minimální mzdy.
Školitel: Bartlová Milada, doc. RNDr., Ph.D.
Práce bude zaměřena na studování vlivu různého typu zatížení (vyšší/nižší teplota, přesah pracovního okna horní/dolní, vyšší zatížení) na provozní charakteristiky akumulátoru. Budou testovány Li-ion akumulátory s různou chemii elektrod u nichž bude docházek kromě standardního cyklování k výše zmíněným zatížením. Následně bude monitorován vliv těchto zatížení na provozní charakteristiky akumulátorů a pomocí strojového učení bude vytvářen model predikující vlastnosti vybraných akumulátorů v případě že by u nich došlo k určitému typu zatížení či jejich kombinaci a který může sloužit k určení zátěže, které byl vystaven neznámí akumulátor během jeho provozu. Téma řešeno ve spolupráci se Škodou Auto a může být zaštítěno stipendiem ze strany Škoda Auto.
Výzkum bude zaměřen na vliv elektrického pole na možnou migraci a barevnou změnu grafických potisků fotovoltaických modulů a vliv potisků na optické a elektrické parametry fotovoltaických modulů. Výzkum bude probíhat ve spolupráci s firmou FRAJT s.r.o. a bude možné se zapojit do projetu TACR FW11020087 (dosud v soutěži)
Školitel: Vaněk Jiří, doc. Ing., Ph.D.
Práce se zabývá různými metodami měření dielektrické konstanty a dielektrických ztrát na keramických prášcích. Jedná se o poměrně složitý úkol, kdy se bude vycházet ze dvou metod měření, které již existují. První metoda je založená na bázi směsné metody míchání keramického prášku s epoxidem, a druhá metoda vychází z dielektro-phoretické principu. Nicméně získané výsledky obou metod jsou spekulativní a je snaha najít novou techniku měření, popřípadě modifikovat již tyto známé metody.
Školitel: Holcman Vladimír, doc. Ing., Ph.D.
Prostudujte problematiku algoritmů umělé inteligence a možnosti jejich implementace v zákaznických integrovaných obvodech. Navrhněte metodu pokročilého strojového učení pro hardwarovou implementaci na čipu pro automobilový průmysl. Uvedený algoritmus se musí primárně zaměřit na optimalizaci jízdy - predikci kolizních situací, spotřebu a správu servisu vozidla. Jedná se o téma, které bude řešeno v rámci spolupráce s Taiwanskými partnery.
Disertační práce se soustředí na vývoj a aplikaci inovativních mikrofluidních systémů pro sledování chování živých buněk. Klíčovým vědeckým přínosem bude možnost v reálném čase pozorovat a analyzovat buněčné procesy za využití pokročilých optických technik. Tato schopnost bude podpořena speciálně navrženou konfigurací mikrofluidního systému, jehož návrh a realizaci zajistí student. Systém bude využívat transparentních a semitransparentních elektrod umístěných na průhledných substrátech, jako je tavený křemen nebo sklo, čímž vznikne kompletně průhledný systém. Tato unikátní konstrukce umožní využití inverzního mikroskopu pro sledování buněčného chování skrze substrát a elektrody pomocí objektivů s velkým zvětšením a krátkou pracovní vzdáleností pro maximální zvětšení a rozlišení. Důležitým aspektem práce bude integrace různých metod a technik, vedoucí k vytvoření komplexního systému pro efektivní sledování klíčových parametrů živých buněk. Zmíněné elektrody poskytnou možnost měřit elektrické signály a impedanci buněk, což přispěje k hlubšímu porozumění jejich chování a reakcí.
Školitel: Gablech Imrich, Ing., Ph.D.
Cílem disertační práce je zvýšení vědeckého poznání v oblasti moderních metod analýzy a zpracování signálů z nízkoenergetických zdrojů (energy harvestr). V rámci řešení své dizertační práce bude doktorand úzce spolupracovat s CEITEC. Předpokládá se využití metod umělé inteligence a strojového učení analýzy signálů a návrh vlastních typů energy harvestrů založených na zvlákněných materiálech.
Tato práce je zaměřena na návrh nových integrovaných obvodů v moderních technologiích reflektující současné trendy v biomedicínském inženýrství. Výstupem práce budou nové struktury obvodů navržené na tranzistorové úrovni a jejich verifikace pokročilými analýzami zohledňující lokální i globální rozptyl procesu, popř. měření na reálném čipu. Jedná se o téma, které bude řešeno v rámci spolupráce s Taiwanskými partnery.
Pájené spoje jsou nedílnou součástí elektronickckých modulů a systémů, kdy je v dnešní době stále snaha o dosažení jejich co nejlepší kvality a nejvyšší spolehlivosti. Díky tomu je třeba dosahovat nejen optimalizace stávajících procesů pájení, ale také nových metod, které zajistí výrazný posun v této oblasti. Hlavním cílem projektu bude zjistit vliv nestandardně využívaných parametrů v procesu pájení, ale i novou kombinaci využívaných parametrů na výsledný pájený spoj, nebo strukturu pájecí slitiny obecně. Využity k tomu mohou být ultraztvukové měniče, elektrický proud, elektromagnetické pole ad. Hlavními sledovanými parametry pájených spojů, resp. pájecích slitin budou jejich mechanická pevnost, morfologie a obecně jejich vnitřní struktura. Student bude mít možnost vycestovat na zahraniční stáž do Německa, Maďarska nebo Rakouska, kde máme kontakty a spolupráci v dané oblasti výzkumu. Také bude mít možnost účastnit se zahraničních odborných konferencí.
Školitel: Fohlerová Zdenka, doc. Mgr., Ph.D.
Tato disertační práce se bude zabývat výzkumem a implementací nových přístupů v návrhu integrovaných obvodů s ohledem na jejich použití v prostředí vesmírných aplikací. Cílem práce je zkoumat současné výzvy a omezení v oblasti návrhu elektronických systémů pro vesmírné mise a navrhnout inovativní řešení, která přinášejí vylepšení v oblastech jako je spolehlivost, odolnost proti radiaci, energetická účinnost a integrovanost. V průběhu práce budou analyzovány existující metody návrhu integrovaných obvodů pro vesmírné aplikace a identifikovány klíčové oblasti, ve kterých je potřeba inovace. Následně jsou navrhovány a implementovány nové techniky a algoritmy, které řeší tyto problémy a přinášejí pokrok v oblasti návrhu pro vesmírné prostředí.
Školitel: Fujcik Lukáš, doc. Ing., Ph.D.
Polovodičový průmysl je páteří informačního průmyslu a umožňuje takové vymoženosti moderního života, jako jsou chytré technologie, rychlé připojení 5G, internet věcí nebo umělá inteligence. Mezi polovodiči se velké pozornosti dostalo karbidu křemíku (SiC) jako ideálnímu materiálu pro výkonová zařízení. Ve srovnání s křemíkem se vyznačuje třikrát vyšší tepelnou vodivostí a desetkrát vyšší průraznou elektrickou pevností. V procesu výroby polovodičových materiálů a zařízení a také při jejich diagnostice a vývoji je profilování dopantů důležitou technikou, která poskytuje důležité informace o množství a prostorovém rozložení prvků přidaných do základního materiálu v nízké koncentraci, které pomáhají utvářet vlastnosti výsledného polovodiče. Vzhledem k tomu, že integrace zařízení je stále silnější a velikost prvků se pohybuje hluboko pod 10 nanometrů, tradiční techniky profilování dopantů (jako je STM, SRP, SIMS, C-V profilování) nejsou dostačující. Je to proto, že buď jejich laterální rozlišení, přesnost, citlivost nebo propustnost neodpovídají potřebám velkorozměrové výroby polovodičů. Skenovací elektronová mikroskopie (SEM) je diagnostická technika, která může všechny tyto problémy vyřešit. Při SEM se oblasti s různou koncentrací dopantu zobrazují jako oblasti s různým jasem. Mechanismus tohoto jevu však není dostatečně objasněn. Hlavním základním mechanismem jsou objemová vestavěná napětí p-n přechodu, ale ve hře jsou i další procesy, které ovlivňují jas dopantového kontrastu v SEM, jako je lokální vnější elektrické pole, pole ohybu povrchového pásu, refrakce a další na rozhraní polovodič-vakuum, přítomnost přídavných vrstev (oxidů, uhlovodíků) a lomové efekty (na rozhraní polovodič-vakuum), geometrie detekce signálních elektronů (včetně rozložení polí v komoře SEM, umístění vzorku a detektorového systému atd.). Bylo prokázáno, že spektroskopie sekundárních elektronů emitovaných ze vzorku v SEM značně snižuje citlivost informací o signálu vůči vnějším vlivům, jako je povrch kontaminace nebo nativní oxidová vrstva, které jinak zkreslují informace o koncentraci dopantu. Tato metoda eliminuje nutnost použití ultra vysokého vakua, které by jinak zajistilo nepřítomnost těchto vlivů. vrstev. Také sekundární elektronová spektra mohou být dále zpracována neuronovou sítí, která je schopna rozdělit detekovaná spektra na několik překrývajících se spekter a vyčlenit tak příspěvek signálu od kontaminace a od samotného polovodiče. Tento výzkum si klade za cíl vnést více světla do možných příčin ovlivňujících dopanty v karbidu křemíku, a to pomocí nástrojů sekundární elektronové emisní spektroskopie prováděné pomocí systému detektorů v objektivu v SEM a zpracování dat pomocí neuronové sítě zpracovávající získaná spektra.
Školitel: Knápek Alexandr, doc. Ing., Ph.D.