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. 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. Studium nanokompozitů pro elektrické izolace

   Předmětem výzkumu budou dielektrické vlastnosti nanokompozitů pro elektrické izolace. Tyto materiály jsou založeny na vhodné pryskyřici, nejčastěji epoxidové, v níž jsou rozptýleny společně mikročástice i nanočástice různých oxidů, nejčastěji SiO_2, TiO_2, ale i Al_2O_3 či WO_3, eventuálně i chemicky složitějších látek. Přítomnost nanočástic o rozměrech řádově 10 – 20 nm příznivě ovlivňuje odolnost nanokompozitů vůči částečným výbojům i vůči elektrickému treeingu, a tím i výšku průrazného napětí i schopnost odolávat degradaci. To pak ve svém důsledku vede k možnosti vyrábět elektrická zařízení (např. vn vypínače) s menšími rozměry a vyšší spolehlivostí. Významným problémem nanokompozitů je přítomnost velkého množství rozhraní v důsledku přítomnosti velkého počtu nanočástic se složitým povrchem (ani kulového ani rovinného tvaru). Tato rozhraní jsou málo stabilní a mohou vést k podstatným změnám elektrických vlastností během stárnutí. Jedním z cílů navrhovaného výzkumu by tedy bylo prostudovat chování nanokompozitů při urychleném stárnutí. Zpracování tématu si bude vyžadovat experimentální práce při přípravě vzorků, teoretické studium souvislostí mezi mikrofyzikální strukturou a elektrickými vlastnostmi 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 softwaru pro řízení měření. 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.