Zoznam národných projektov SAV
Elektrotechnický ústav SAV, v. v. i.
Cenovo dostupné fotodetektory s heteroprechodom Ga2O3-diamant pre UV zobrazovanie necitlivé na slnečné svetlo
Cost-effective Ga2O3-diamond heterojunction photodetectors for solar-blind UV imaging
Dvojrozmerné materiály a ich heteroštructúry ako platforma pre multifunkčné zadiadenia
Two-dimensional materials and their heterostructures as a platform for multifunctional devices
Farebné centrá v diamante – korelácia medzi atómovou štruktúrou a optoelektronickými vlastnosťami
Colour centres in diamond – correlation between atomic structure and opto-electronic properties
| Doba trvania: |
1.9.2024 - 31.12.2027 |
| Program: |
APVV |
| Zodpovedný riešiteľ: |
Ing. Izsák Tibor PhD. |
| Anotácia: | Predmetom projektu je oblasť kvantových technológií. Pripravíme a charakterizujeme opticky aktívne defekty v
diamantoch a korelujeme atómové štruktúry s optickými vlastnosťami využiteľnými pre kvantové aplikácie. Pre
široký rozsah koncentrácií dopantov identifikujeme distribúciu dopantov a pomocou mikroskopie s atomárnym
rozlíšením a spektroskopických techník budeme pozorovať vývoj jednotlivých konfigurácií atómov dopantu počas
tepelného žíhania. Ďalej budeme študovať vplyv žíhania na optoelektronické vlastnosti meraním fotoluminiscencie,
fotoprúdu a elektroluminiscencie pre rovnakú sadu vzoriek. Pre meranie fototransportu budú pripravené priehľadné
grafénové elektródy na diamantovom povrchu. Pre meranie elektroluminiscencie budú pripravené hybridné p-i-n
diódy na báze diamantu. Zameriame sa na hľadanie korelácie medzi atomárnou štruktúrou a optoelektronickými
vlastnosťami rôzne dopovaných diamantov. To prispeje k pochopeniu fundamentálneho vzťahu potrebného na
efektívne navrhovanie opticky aktívnych prvkov pre diamantové kvantové zariadenia. |
Heteroštruktúry na báze 2D dichalkogenidov prechodných kovov pre elektronické aplikácie
2D TMD-based heterostructures for electronic applications
Integrované supravodivé fotónové detektory
Integrated Superconducting Photon Detectors
| Doba trvania: |
1.9.2026 - 31.8.2030 |
| Program: |
APVV |
| Zodpovedný riešiteľ: |
Ing. Šoltýs Ján PhD |
| Anotácia: | Najpokročilejšími detektormi v infračervenom spektre svetla sú supravodivé jednofotónové detektory. Vďaka vysokej
citlivosti, nízkemu počtu tmavých pulzov sa stali základom sietí na distribúciu kvantových kľúčov. Tieto detektory
pozostávajú z nanodrôtu v tvare meandra vyrobeného zo silne neusporiadanej supravodivej vrstvy, akou je napríklad
NbTiN. Pre nanodrôt so šírkou pod 100 nm je detekčný mechanizmus dobre opísaný geometrickým modelom hotspotu. Nedávno sa však ukázalo, že detekcia fotónu s vysokou účinnosťou je možná aj na pásikoch širokých niekoľko mikrometrov (SMSPD). Tie je možné pripraviť pomocou optickej litografie, čo umožňuje zväčšiť aktívnu plochu detektora a zlepšiť škálovateľnosť. Tieto detektory môžu dosiahnuť vyššiu rýchlosť, ale generované pulzy majú nižšiu amplitúdu. Preto je pre dosiahnutie optimálnych parametrov detektora dôležité, aby bol vzniknutý signál zosilnený. Najdokonalejšie kryogénne mikrovlnné zosilňovače sú supravodivé parametrické zosilňovače. Tie využívajú nelinearitu buď indukčnosti Josephsonovských spojov, alebo kinetickej indukčnosti silne neusporiadaných supravodičov. Parametre týchto supravodičov sú rovnaké ako pri výrobe detektorov. To otvára nové možnosti integrácie týchto zariadení pre zlepšenie ich parametrov. V
tomto projekte sa zameriame na súvis medzi vlastnosťami tenkých filmov, fabrikačnými metódami a výslednými
parametrami detektorov. Ďalej vyvinieme SMSPD a parametrický zosilňovač na báze kinetickej indukčnosti, s cieľom vytvoriť integrované zariadenie v rámci jedného výrobného postupu. Taktiež sa zameriame na vývoj MgB₂ mikropásikového jednofotónového detektora, ktorý umožňuje detekciu pri výrazne vyšších teplotách. To predstavuje významnú technologickú výhodu, napríklad pri použití detektorov v satelitoch. S cieľom získať komplexné poznatky o vlastnostiach supravodivých tenkých vrstiev, vzorky budú skúmané pomocou optickej a kryogénnej mikrovlnnej spektroskopie, doplnené o magneto-transportné merania.
|
Kontrola magnetického usporiadania topologického magnónového kryštálu
Control of magnetic order in artificial magnonic crystal
| Doba trvania: |
1.1.2024 - 31.12.2026 |
| Program: |
VEGA |
| Zodpovedný riešiteľ: |
Mgr. Feilhauer Juraj PhD. |
| Anotácia: | Jedna z najunikátnejších vlastností 2D topologického izolátora je, že jeho vnútro je izolant, zatiaľ čo jeho okraje
obsahujú vodivé stavy chránené symetriou, odolné voči rozptyľovačom. Tieto okrajové stavy sú jednosmerné (t.
j. imúnne voči spätnému rozptylu), čo z nich robí sľubných kandidátov na nosiče informácií v budúcich
súčiastkach na spracovanie informácií a logických hradlách. Nedávno sme navrhli teoretický model
feromagnetického umelého kryštálu s topologickými spinovými vlnami (magnónmi), kde jednosmerné okrajové
stavy existujú v širokom rozsahu frekvencií. Geometria nášho magnónového kryštálu (MC) je jednoduchá a mala
by byť experimentálne realizovateľná. Jednou z hlavných výziev je však pripraviť MC v správnom magnetickom
stave, takom, že magnetizácie prvkov tvoriacich elementárnu bunku cirkulujú s rovnakou chiralitou vo všetkých
bunkách kryštálu. Hlavným cieľom tohto projektu je nájsť spoľahlivú metódu založenú na tepelnom žíhaní, ktorou
sa dá dosiahnuť požadovaný magnetický stav nášho MC. |
Kvantový transport vo vrstvených kovových systémoch založený na interferenčných fotonických princípoch
Photonics-inspired control of quantum transport through layered metallic media
| Doba trvania: |
1.9.2026 - 31.8.2030 |
| Program: |
APVV |
| Zodpovedný riešiteľ: |
RNDr. Španková Marianna PhD |
| Anotácia: | Tento projekt zavádza nový prístup k riadeniu kvantového transportu vo vrstvených kovových systémoch prostredníctvom prenosu fotonických princípov do oblasti kvantovej elektroniky. Hlavným cieľom je navrhnúť kovové viacvrstvové štruktúry pozostávajúce z normálnych (NM = Al, Ag), feromagnetických (FM = Co, Ni, NiCu) a supravodivých (SC = NbN, NbTiN) materiálov tak, aby sa využili javy vlnovej interferencie, ako je formovanie transmisných vlastných kanálov, koherencia sprostredkovaná neusporiadanosťou a topologicky chránené okrajové stavy. Cieleným zavedením štrukturálnej a magnetickej neusporiadanosti na rozhraniach sa projekt snaží vytvoriť robustné kanály pre prenos náboja s potlačenou disipáciou.
Očakávané výsledky zahŕňajú demonštráciu kvantovej koherencie s dlhým dosahom v neusporiadaných kovových
systémoch a experimentálne overenie topologicky robustných okrajových módov umožňujúcich nedisipatívne supravodivé
prúdy. Tieto výsledky môžu umožniť novú generáciu kvantových elektronických zariadení, ktoré priamo riešia tepelné úzke miesta v kryogénnej elektronike. Projekt prepája kvantovú optiku a fyziku kondenzovaných látok a podporuje jednotný rámec vlnovej interferencie v rôznych systémoch.
Zo spoločenského hľadiska navrhovaná platforma podporuje udržateľnú kvantovú infraštruktúru a zároveň pripravuje
začínajúcich výskumníkov v oblasti hybridných kvantových materiálov. Projekt nadväzuje na predbežné výsledky
žiadateľov, ktoré dokazujú vznik okrajových módov typu SQUID v periodických štruktúrach na báze NM/FM. Jeho
realizovateľnosť je podložená robustnými technologickými postupmi výroby, pokročilou metrológiou a medzinárodnou
spoluprácou. Táto práca predstavuje základný krok k transformácii kvantovej elektroniky prostredníctvom integrácie topologických konceptov a stratégií „disorder-by-design“.
|
MOCVD heteroepitaxia a analýza porúch tenkých vrstiev Ga2O3 pre pokročilé detektory UV-C žiarenia
MOCVD heteroepitaxy and defect analysis of Ga2O3 films for advanced deep UV sensing
| Doba trvania: |
1.7.2026 - 30.6.2028 |
| Program: |
APVV |
| Zodpovedný riešiteľ: |
Mgr. Kozak Andrii PhD. |
| Anotácia: | Fotodetektory necitlivé na slnečné žiarenie pracujúce v oblasti UV-C žiarenia sú kľúčové pre monitorovanie životného
prostredia, detekciu požiarov a inšpekciu distribučných sietí vysokého napätia. Ich technologický význam spočíva v
schopnosti pracovať v spektrálnom okne 200–280 nm, kde ozónová vrstva absorbuje slnečné žiarenie. To umožňuje
detekciu slabých signálov bez rušenia slnečným svetlom. Hoci heteroepitaxne rastený monoklinický (β) Ga2O3 ponúka
vynikajúcu radiačnú odolnosť a ultra-širokú energetickú medzeru ideálnu pre tieto aplikácie, jeho výkon je v súčasnosti
limitovaný ratovými defektmi – konkrétne vnútrorovinnými rotačnými doménami (IRD) vznikajúcimi pri heteroepitaxii na
hexagonálnych substrátoch ako aj bodovými poruchami, ktoré sťažujú kontrolu vodivosti. S cieľom riešiť tieto výzvy, tento projekt spája komplementárne expertízy Elektrotechnického ústavu SAV a Ústavu fyziky
polovodičov Národnej akadémie vied Ukrajiny. Výskum je zameraný na rast a štúdium tenkých vrstiev β-Ga2O3 na
vytvorenie vysoko citlivých fotodetektorov pracujúcich v oblasti UV-C žiarenia. Hlavný dôraz bude kladený na MOCVD
heteroepitaxiu, so zameraním na inžinierstvo substrátov a optimalizáciu depozičných parametrov s cieľom minimalizovať IRD a zlepšiť kryštalickú kvalitu vrstiev. Za týmto účelom budeme študovať štruktúrne, optické a elektrické vlastnosti pripravených vrstiev, ako aj ich morfológiu s podrobnou analýzou pôvodu porúch.
Optimalizované vrstvy budú využité na prípravu fotodetektorov so štruktúrou kov-polovodič-kov s rôznymi typmi a konfiguráciami kontaktov (ohmické a Schottkyho). Stanovíme mechanizmy transportu náboja, vlastnosti kontaktov, ako aj účinnosť a stabilita súčiastok. Získané výsledky prispejú k vytvoreniu účinných a spoľahlivých detektorov UV-C žiarenia pre pokročilé senzorické aplikácie.
|
Nové heteroštruktúry pre (sub)THz elektroniku
Novel heterostructures for (sub)THz electronics
| Doba trvania: |
1.9.2025 - 31.8.2029 |
| Program: |
APVV |
| Zodpovedný riešiteľ: |
Ing. Kuzmík Ján DrSc. |
| Anotácia: | Rýchlosť a zložitosť digitálnych logických obvodov Si CMOS sa neustále zvyšuje zmenšovaním tranzistorov Si
MOSFET, ale to nemôže pokračovať do nekonečna. Ďalší pokrok, ktorý je nevyhnutný pre počítače s vyššou
kapacitou a energetickou účinnosťou, možno dosiahnuť nahradením tranzistorového Si kanála polovodičom typu
III-V, ktorý poskytne významné zvýšenie rýchlosti elektrónov. Podobne rastie záujem o používanie frekvencií THz v
ultra-vysokorýchlostných informačných a komunikačných systémoch, ako je bezdrôtová komunikácia, alebo v
infračervených zobrazovacích systémoch a spektroskopickej detekcii. InN je uznávaný sľubný kandidát pre ultravysokorýchlostnú elektroniku už takmer dve dekády. V skutočnosti, tieto očakávania boli veľmi nedávno podporené
aj tým, že sme extrahovali rýchlosť elektrónov 1 × 10e8 cm/s v 775 nm hrubej InN epitaxnej vrstve narastenej
molekulárnou zväzkovou epitaxiou. To je najvyššia hodnota, aká bola kedy zaznamenaná v akomkoľvek
polovodičovom materiáli. Bohužiaľ, kvôli veľkému neprispôsobeniu InN mriežky ku GaN podložke, tenšie InN vrstvy
trpia veľkou hustotou defektov a nízkou pohyblivosťou elektrónov. Preto sa zatiaľ nepodarilo demonštrovať
mikrovlnný tranzistor na báze InN. Cieľom navrhovaného projektu je rozšíriť naše súčastné široké znalosti v oblasti
fyziky, rastu a implementácie heteroštruktúr s InN kanálom a etablovať ďalšie nové postupy epitaxie heteroštruktúr
nevyhnutné pre uskutočnenie (sub)THz elektroniky. Zameriavame sa najmä na zlepšenie kryštalografickej a
materiálovej kvality navrhovaných heteroštruktúr implementáciou nových techník MOCVD, ako sú: i/ Epitaxia s
modulovaným prietokom, ii/ Rast na rôzne naklonenom zafíre, iii/ Rast krycej vrstvy a manipulácia náboja pomocou
polarizácie, s cieľom dosiahnuť iv/ Demonštrácia a kvalifikácia nových III-N heteroštruktúr pre (sub)THz
tranzistorovú elektroniku.
|
Nové hybridné polovodičové štruktúry pre detekciu ionizujúceho žiarenia
New hybrid semiconductor structures for ionizing radiation detection
Operando analýza a spoľahlivosť katódy s pevným elektrolytom
Operando Solid-electrolyte Cathode Analysis and Reliability
| Doba trvania: |
1.9.2026 - 31.8.2029 |
| Program: |
APVV |
| Zodpovedný riešiteľ: |
Ing. Hudec Boris PhD. |
| Anotácia: | Batérie využívajúce tuhý elektrolyt ponúkajú vyššiu energetickú hustotu a bezpečnosť v porovnaní s batériami využivajúce kvapalný elektrolyt, ale čelia významným prekážkam stability v katódovej zmesi. Hlavným problémom je termodynamická a elektrochemická nekompatibilita medzi aktívnymi materiálmi katódy a tuhým elektrolytom, kde je výkon obmedzený skôr degradáciou na rozhraní ako objemovými vlastnosťami materiálu. Na riešenie tohto problému vedci využívajú techniku úpravy rozhrania a na redoxne aktívny materiál nanášajú ochranné povlaky, aby zabránili parazitným reakciám. Okrem toho použitie oxidačne stabilných katolytov a uprava chemického zloženia (napr. dopovanie fluoridmi alebo oxidmi) pomáha zväčšiť elektrochemické okno vytvorením pasivujúcich medzifáz. Projekt OSCAR si kladie za cieľ kvantifikovať účinnosť týchto povrchových úprav pri potláčaní vedľajších reakcií. Využitím monitorovania štruktúry a impedancie v reálnom čase poskytuje projekt diagnostický rámec na overenie a zlepšenie dlhodobého cyklického výkonu batérií novej generácie. |
Optimalizovaný rast a transportné a optické vlastnosti tenkých vrstiev vybraných topologických polokovov
Optimised growth and the transport and optical properties of thin layers of selected topological semimetals
| Doba trvania: |
1.7.2024 - 30.6.2027 |
| Program: |
APVV |
| Zodpovedný riešiteľ: |
Dr. rer. nat. Hulman Martin |
| Anotácia: | Jedným zo zásadných výsledkoch kvantovej mechaniky v dvadsiatych rokoch 20. storočia bolo odvodenie
relativistické rovníc pre hmotné fermióny (Dirac), nehmotné fermióny (Weyl) a fermióny ktoré sami sebe antičastice
(Majorana). Od tých čias prebieha v časticovej fyzike pátranie po časticiach, ktoré by reprezentovali Weylove a
Majoranove fermióny. Ich hľadanie však dodnes nebolo úspešné.
V priebehu posledných dvadsiatich rokov sa ukázalo, že pásová štruktúra niektorých tuhých látok má tak špeciálne
charakteristiky, že nosiče náboja sa v nich môže správať podľa dynamiky spĺňajúcej Diracovu alebo Weylovu
relativistickú rovnicu. Medzi takéto látky patria a materiály zo skupiny dichalkogenidov prechodových kovov, na
ktoré sa sústredíme v našom projekte.
My budeme pracovať s veľmi tenkými vrstvami vybraných materiálov z tejto skupiny, ako sú PtSe2, MoTe2 a
WTe2. Prvým krokom v implementácii projektu bude príprava takýchto vrstiev metódou chalkogenizácie tenkých
filmov prechodových kovov. Tenké vrstvy budeme potom skúmať pomocou meraní ich transportných a optických
vlastností. Teplotne závislé merania transportu nám môžu ukázať prechody medzi rôznymi štruktúrami toho istého
materiálu. Očakávame, že sa bude dať pozorovať prechod kov-izolant v prípade, keď sa bude meniť hrúbka
takýchto tenkých vrstiev. Pri veľmi nízkych teplotách môžu niektoré z týchto materiálov prejsť do supravodivého
stavu. Tento stav sa pokúsime vyvolať aj proximitne, t.j. keď je tenká vrstva v kontakte s iným supravodičom.
Optické merania budú korelované s transportnými meraniami. Z nich odvodíme dôležité optické charakteristiky,
ako je napríklad frekvenčná závislosť optickej vodivosti. Vo frekvenčnej závislosti optickej vodivosti budeme hľadať
charakteristiky teoreticky predpovedané pre Diracove a Weylove fermióny. |
Perspektívne detektory ionizujúceho žiarenia pre nepokryté energetické okno neutrónov
Perspective ionizing radiation detectors for the uncovered neutron energy window
| Doba trvania: |
1.7.2023 - 30.6.2027 |
| Program: |
APVV |
| Zodpovedný riešiteľ: |
Mgr. Zaťko Bohumír PhD |
| Anotácia: | Predmetom predkladaného projektu je optimalizácia a príprava polovodičových detekčných štruktúr na báze 4HSiC a polykryštalického diamantu vhodných pre detekciu neutrónov. V rámci projektu budú pripravované a skúmané single detektory najmä pre energie neutrónov od 100 keV do niekoľkých MeV. V tejto oblasti energií je v
súčasnosti málo citlivých neutrónových detektorov. Výhody SiC a polykryštalického diamantu sú vysoká radiačná a teplotná odolnosť štruktúr. Dôležitá je aj vysoká spektrometrická schopnosť SiC detektorov hlavne pri detekcii neutrónov s energiami pod 1 MeV. Polykryštalický diamant je cenovo dostupnejší oproti SiC a naše prvé predbežné výsledky ukazujú jeho sľubné detekčné vlastnosti najmä pri detekcii ionizujúcich častíc. Ďalšou výhodou obidvoch typov polovodičov je nízka citlivosť pre gama žiarenie, ktoré je takmer vždy prítomné v prípade, že pri jadrovej reakcii dochádza k vzniku neutrónov. Toto gama žiarenie zvyšuje pozadie a zhoršuje citlivosť v súčasnosti využívaných detektorov. Ďalej budú pripravované a skúmané aj pixelové senzory pre vyčítavací čip Timepix/Medipix. Prototypy radiačnej kamery budú testované a kalibrované pomocou zdroja monoenergetických neutrónov. |
Pokročilé polymérne hybridy na báze grafénu pre environmentálne adaptívne mazanie
Advanced graphene-based polymer hybrids for environment-adaptive lubrication
| Doba trvania: |
1.9.2026 - 31.8.2030 |
| Program: |
APVV |
| Zodpovedný riešiteľ: |
Mgr. Kozak Andrii PhD. |
| Anotácia: | Trenie, adhézia a opotrebovanie sú javy, ktoré sa vyskytujú vo všetkých pohyblivých systémoch. Podľa dostupných
informácií sa viac ako 20% vyprodukovanej energie stratí na prekonanie trenia a až 38 % energie možno ušetriť použitím
nových materiálov, mazaním alebo zberom odpadovej energie. V extrémnych prostrediach, kde kvapalné mazivá strácajú svoju účinnosť, sú najúčinnejšie tuholátkové lubrikanty. Povrchy pokryté polymérovými kefkami predstavujú vhodné štruktúry pre realizáciu tuholátkových lubrikantov na nanoškále. Usporiadanie kefiek v hustom režime znižuje trecie sily, pričom je tento efekt najvýraznejší v prípade potlačeného prepletania medzi polymérnymi reťazcami. Daný účinok je ešte výraznejší v prítomnosti atómov fluóru, ktoré prispievajú k odpudivým silám medzi reťazcami. Ukazuje sa, že za nízke trenie je zodpovedná kombinácia štrukturálnych a chemických faktorov pri štepení polyméru na kermíkový substrát, tento efekt však doteraz nebol pozorovaný na makroškále. V predkladanom projekte sa zameriame na na výskum tribologických vlastností hybridov tvorených pevným jadrom a polymérnym obalom kefiek. V porovnaní s bežnými polymérnymi povlakmi, sú lubrikanty s časticami ľahko prenosné a aplikovateľné a dostatočne robustné vo výrobe. Grafén má dobré tribologické
vlastnosti na okolitom vzduchu a vo vákuu, ale ťažko sa modifikuje kvôli absencii funkčných skupín. Preto sa na kovalentné pripojenie polymérnych kefiek použije oxidovaná forma (GO), ktorá ponúka lepšie kontrolovateľné mechanické, elektrické a tribologické vlastnosti. Budeme skúmať synergický účinok jadra častíc a štruktúry kefiek. Porovnáme štepené objemové, jedno- a niekoľkovrstvové GO fliačiky s kefami s rôznym obsahom atómov fluóru a dĺžkou polymérov. Predpokladáme, že kombinácia vhodného jadra častíc a polymérnej modifikácie povedie k syntéze nových materiálov s lubrikačnými vlastnosťami, ktoré ktoré zabezpečia ultranízky koeficient trenia a podobnými vlastnosťami systému vo vákuu a v bežných podmienkach. |
Príprava a vlastnosti supravodivých, magnetických a dielektrických oxidových vrstiev a štruktúr pre moderné elektronické aplikácie
Preparation and properties of superconducting, magnetic and dielectric oxide films and structures for modern electronic applications
Pulzná laserová depozícia veľkoplošných heteroštruktúr 2D materiálov pre vysoko výkonnú elektroniku
PULSed laser deposition of large ARea 2D materials heterostructures for high performance electronics
Slovenská technická ekosférická platforma
Slovak Technical Ecosphere Platform
Supravodiče s vysokou kinetickou indukčnosťou pre aplikácie v kvantových obvodoch
High kinetic inductance superconductors for quantum circuits applications
Tepelná stabilita supravodivých cievok a filamentovaných REBCO pások
Thermal stability of superconducting coils and filamentized REBCO tapes
| Doba trvania: |
1.1.2024 - 31.12.2026 |
| Program: |
VEGA |
| Zodpovedný riešiteľ: |
Mgr. Seiler Eugen PhD |
| Anotácia: | Projekt sa zaoberá skúmaním elektricko-tepelnej stability filamentovaných supravodivých REBCO pások a
supravodivých cievok pri transporte elektrického prúdu. Cieľom je vyvinúť teoretické modely a výpočtové metódy
umožňujúce určiť maximálny transportný prúd ktorý môže tiecť supravodivou cievkou a filamentovanou páskou
bez rizika prudkého lokálneho ohrevu. Charakterizácia pások a cievok bude vychádzať zo štandardných meraní
a takisto aj z osobitne navrhnutých experimentov a umožní tak zapracovať do modelov reálne parametre v praxi
dostupných supravodivých vodičov. Pre účely experimentálnej verifikácie teoretických modelov tepelnej stability
supravodivých cievok budú skonštruované špeciálne modelové cievky vybavené sadou napäťových a teplotných
senzorov pre detailné sledovanie elektricko-tepelnej stability. Výstupy teoretických modelov budú následne
použité pri konštrukcii cievok väčších rozmerov, použiteľných v reálnych elektrických zariadeniach. |
Tepelný manažment elektronických a optoelektronických súčiastok na báze Ga2O3
Thermal management in Ga2O3 based electronic and optoelectronic devices
| Doba trvania: |
1.1.2025 - 31.12.2028 |
| Program: |
VEGA |
| Zodpovedný riešiteľ: |
Ing. Ťapajna Milan PhD. |
| Anotácia: | Ga2O3 je nový polovodičový materiál s potenciálom pre využitie v technológiách výkonových elektronických
súčiastok a detektorov UV a RTG žiarenia. Hlavnou nevýhodou Ga2O3 je jeho nízka tepelná vodivosť, ktorá
predstavuje potenciálny problém pri efektívnom chladení výkonových súčiastok. Cieľom tohto projektu je vyvinúť
pokročilé stratégie tepelného manažmentu v Ga2O3 elektronických a optoelektronických súčiastkach. Najprv sa
zameriame na vývoj rastu vrstiev Ga2O3 na vysoko tepelne vodivých (HTC) substrátoch, ako sú SiC a diamant,
pomocou rôznych metód CVD s cieľom skúmať a optimalizovať transportné a tepelné vlastnosti Ga2O3 vrstvy a
tepelnú vodivosť rozhrania Ga2O3/HTC substrát. Druhým cieľom je vyvinúť technológiu CVD rastu diamantovej
vrstvy na povrchu Ga2O3 slúžiacej na rozptyl tepla generovaného v aktívnej oblasti súčiastky. Tretí cieľ je
zameraný na vývoj heteroepitaxných pn fotodiód na báze polykryštalickej štruktúry p-diamant/n-Ga2O3 pre
konštrukciu UV fotodetektora necitlivého na slnečné žiarenie. |
Ternárne chalkogenidové perovskity pre fotovoltaiku
Ternary chalcogenide perovskites for photovoltaics
| Doba trvania: |
1.7.2024 - 30.6.2028 |
| Program: |
APVV |
| Zodpovedný riešiteľ: |
Ing. Chromik Štefan DrSc. |
| Anotácia: | Cieľom navrhnutého projektu je príprava ternárnych chalkogenidov perovskitovej štruktúry a systematická
charakterizácia vzťahu medzi zložením, štruktúrou, optickými vlastnosťami, tepelnou a chemickou stabilitou s potenciálnym využitím vo fotovoltaike, príp. iných optoelektronických aplikáciách. Výsledkom bude pripravená skupina čistých ternárnych chalkogenidov vo forme kryštalických materiálov, tenkých filmov so známymi ako aj po prvýkrát pripravenými chemickými zloženiami a komplexná charakterizácia ich optických, elektronických vlastností, ako aj tepelnej a chemickej stability. Ternárne chalkogenidy budú takisto pripravené aj mokrou cestou do 350 °C v podobe nanokryštálov, ktoré budú charakterizované z hľadiska ich štruktúry a morfológie. Pripravený bude aj prototyp solárneho článku, ktorý doteraz nebol nikdy pripravený, po testoch výkonnosti bude prebiehať jeho optimalizácia.
|
Topologické materiály pre prvky novej generácie
Topological Materials for Next-Generation Devices
Vertikálne GaN MOS tranzistory s poloizolačným kanálom pre zvýšenie prierazného napätia vo vypnutom stave
Vertical GaN MOS transistors with semi-insulating channel and enhanced off-state breakdown performance
| Doba trvania: |
1.1.2026 - 31.12.2029 |
| Program: |
VEGA |
| Zodpovedný riešiteľ: |
Ing. Stoklas Roman PhD. |
| Anotácia: | Tento projekt si kladie za cieľ riešiť základné výzvy týkajúce sa výkonu vertikálnych GaN MOS tranzistorov, a to
riešením kľúčových problémov, ako sú prierazné napätie, pohyblivosť nosičov v kanáli a celkový výkon. Medzi
nové inovatívne prístupy patria poloizolačné kanály, pokročilé ukončenie hrán, pasivácia a prerastanie pomocou
GaN alebo AlN/GaN vrstiev, s cieľom vyvinúť vysoko výkonné súčiastky vhodné pre aplikácie s vysokým
výkonom. Úspešné dokončenie tohto projektu poskytne cenné poznatky pre zlepšenie GaN výkonovej
elektroniky a pomôže vytvoriť základy pre budúci vývoj výkonových súčiastok. |
Vertikálne GaN súšiastky s poloizolačným kanálom a inovatívnou 3D gatesource architektúrou pre výkonové aplikácie
Vertical GaN Power Devices with Semi-Insulating Channel and Innovative 3D Gate-Source Architecture for Increased-Switching Performance
| Doba trvania: |
1.9.2026 - 31.8.2030 |
| Program: |
APVV |
| Zodpovedný riešiteľ: |
Ing. Stoklas Roman PhD. |
| Anotácia: | Cieľom tohto projektu je vyvinúť a charakterizovať vertikálne výkonové GaN tranzistory novej generácie využívajúce
poloizolačné (SI) vrstvy kanálov, ktoré môžu minimalizovať únik, zlepšiť rozptyl elektrického poľa a umožniť vyššie
prierazné napätia so zníženým únikom súvisiacim s defektmi v porovnaní s laterálnymi výkonovými zariadeniami. Boli
analyzované inovatívne rozloženia zariadení, ako sú štruktúry Gate-All-Around (GAA) - hradlový kontakt okolo kontaktu
"Source" a Source-All-Around (SAA) - "Source" kontakt okolo hradla, ktoré ďalej zlepšujú riadenie hradla a tepelné
rozptylovanie, potenciálne znižujú parazitné kapacity a zvyšujú rýchlosť spínania. Prostredníctvom epitaxného inžinierstva vrátane prerastania kanálov, nových návrhov kontaktov a optimalizácie procesov sa zameriavame na zariadenia s ultranízkym odporom v zapnutom stave, zvýšeným blokovacím napätím, zlepšenou spoľahlivosťou a zníženými dynamickými stratami pri spínaní, vhodné pre automobilové, priemyselné a obnoviteľné energetické aplikácie.
|
Viacpáskové vysokoteplotné supravodivé cievky pre supravodivé motory a magnety
Multiple-tape high temperature superconducting coils for superconducting motors and magnets
Vplyv aplikácie organických molekúl na vlastnosti perovskitovských tenkovrstvových štruktúr
Effect of the application of organic molecules on the properties of perovskite thin-film structures
| Doba trvania: |
1.7.2024 - 31.12.2027 |
| Program: |
APVV |
| Zodpovedný riešiteľ: |
RNDr. Španková Marianna PhD |
| Anotácia: | Za posledné roky sa nahromadilo dosť experimentálnych dôkazov, že adsorbované organické chirálne molekuly
majú vplyv na supravodivé vlastnosti YBa2Cu3O7-x (YBCO) vrstiev. V niektorých prípadoch je možné pozorovať nárast ich kritickej teploty Tc. Na druhej strane sa ukazuje, že v prípade feromagnetických vrstiev (napr. kobaltu) aplikácia chirálnych molekúl môže viesť k zmene magnetizácii bez použitia elektrického prúdu. Dôležitú úlohu tu hrá spin, ktorý uvádza do systému ďalší stupeň voľnosti a dáva tak možnosť zariadeniam napríklad znížiť elektrickú spotrebu alebo navýšiť ich výpočtovú kapacitu. Spintronické zariadenia sa tak stali lákadlom v elektronike, avšak problémy spojené s ovládaním spinu sú obrovskou výzvou. Unikátnym spôsobom určitej manipulácie so spinom je efekt nazývaný chirálne indukovaná spinová selektivita (CISS), ktorý je výsledkom osobitnej štruktúry organických chirálnych molekúl. Projekt sa sústredí na prípravu a charakterizáciu jednoduchých heteroštruktúr a ich interakciu s chirálnymi polymérmi nanesenými na povrch vrstviev. Konkrétne sa jedná o vplyv chirálnej kyseliny mliečnej na perovskitovské tenké vrstvy, kde vybrané perovskity sú vysokoteplotný supravodič YBCO a feromagnet La1 - xSrxMnO3 (LSMO).
|
Výkonové tranzistory na báze oxidu galitého pre vysokonapäťové aplikácie
Gallium oxide power transistors for high-voltage operation
| Doba trvania: |
1.9.2025 - 31.8.2029 |
| Program: |
APVV |
| Zodpovedný riešiteľ: |
Ing. Gucmann Filip PhD. |
| Anotácia: | V tomto projekte sa zameriame na návrh, výrobu a charakterizáciu výkonových, poľom riadených tranzistorov s
izolovanou hradlovou elektródou (MOSFET) na báze oxidu galitého (GaO), vhodných na spínanie vysokých napätí.
Za pomoci novozakúpeného komerčného systému Aixtron CCS pre epitaxný rast GaO vrstiev z chemických pár
organokovových zlúčenín (MOCVD) vyvinieme vysokokvalitné epitaxné GaO vrstvy na cudzích podložkách (zafír,
SiC, AlN/Si). Jedným z hlavných zameraní tohto projektu je zvýšenie kvality heteroepitaxných GaO vrstiev
pomocou zníženia počtu rotačných domén v jeho rovine rastu, ktoré sú často prítomné pri GaO raste na cudzích
podložkách s hexagonálnou symetriou povrchu. Systematickým prístupom budeme optimalizovať rastové
parametre a taktiež využijeme podložky s narušenou povrchovou symetriou pre zabezpečenie plošnej anizotropie
epitaxného rastu a podporíme rast len niektorých orientácií GaO kryštalitov. Vďaka tomu očakávame zníženie
koncentrácie dislokácií v GaO vrstvách a zvýšenú pohyblivosť nosičov náboja čo v dôsledku povedie k nárastu
výstupného prúdu vyrobených MOSFET súčiastok. Pomocou elektrotepelných simulácií za pomoci TCAD softvéru
sa zameriame na optimalizáciu návrhu GaO MOSFETov s ohľadom na prierazné napätie >1 kV s využitím rôznych
štruktúr pre optimlizáciu rozloženia el. poľa (field plates), pri súčasnej snahe o minimalizáciu odporu súčiastky v
zopnutom stave. Plošná geometria MOSFET súčiastok bude taktiež optimalizovaná s ohľadom na zlepšenie ich
tepelného menežmentu a súvisiacej spoľahlivosti a životnosti. Za pomoci konvenčných postupov výroby
mikroelektronických súčiastok, t.j. fotolitografia, suché leptanie, PVD, ALD a PE-CVD, a s ohľadom na
optimalizovaný dizajn pripravíme funkčné GaO MOSFETy. Následne budeme charakterizovať ich elektrické
vlastnosti vrátane el. prierazu a spoľahlivosti. Namerané experimentálne údaje budú použité na verifikáciu
elektrotepelných súčiastkových TCAD simulácií a dalšie vylepšenie dizajnu GaO MOSFETov. |
Výskum a vývoj materiálov a štruktúr na báze nanoštruktúrnych chalkogenidov prechodných kovov pre superkapacitorové aplikácie
Research and development of materials and structures based on nanostructured transition metal chalcogenides for supercapacitor applications
| Doba trvania: |
1.1.2024 - 31.12.2027 |
| Program: |
VEGA |
| Zodpovedný riešiteľ: |
Mgr. Sojková Michaela PhD. |
| Anotácia: | Projekt je zameraný na výskum nanoštrukturovaných chalkogenidov prechodných kovov (TMC) a ich využitie v
aplikáciách pre uskladnenie energie. Úlohou je získať nové poznatky pri príprave NiSx, NiSex, MoS2, MoSe2 a
ďalších TMC, ich heteroštruktúr a kompozitov s vybranými oxidmi, hydroxidmi a/alebo uhlíkovými materiálmi a pri
vývoji nanoštruktúrovaných hierarchických elektród za účelom zlepšenia vodivosti, morfológie a
elektrochemických vlastností pre superkapacitorové (SC) aplikácie. V rámci projektu dôjde k prepojeniu expertízy
v oblasti rastu, materiálovej a elektrochemickej charakterizácie pracovísk FEI STU a ELU SAV. Získané
poznatky sa využijú pri príprave a analýze modelových elektród a asymetrického hybridného SC s cieľom
zvýšenia kapacity, energetickej hustoty a analýzy mechanizmov degradácie. Materiály budú testované aj z
hľadiska ich perspektívneho využitia pre generáciu vodíka. Úlohou je tiež získať poznatky v oblasti vývoja
modelov pre riadenie SC prvkov. |
Výskum vysokopevných ultra-jemnozrnných kompozitov spevnených kontinuálnou sieťou oxidov
High-temperature metal matrix composites reinforced with continuous oxide network
| Doba trvania: |
1.9.2026 - 31.8.2029 |
| Program: |
APVV |
| Zodpovedný riešiteľ: |
Ing. Hudec Boris PhD. |
| Anotácia: | Dynamický rozvoj v doprave, energetike a biomedicíne kladie zvýšené nároky na vývoj nových vysokopevných teplotne
stabilných kovových materiálov s inovatívnymi spevňujúcimi mechanizmami, ktoré zabezpečia požadovanú pevnosť pri
zvýšených teplotách a creepovú odolnosť. Jedným z možných riešení je nový typ kompozitov stabilizovaných a spevnených
kontinuálnou sieťou oxidov, pripravený práškovou metalurgiou (PM) z atomizovaných práškov, vývoj ktorých je hlavný cieľ projektu. Výskum jemnozrnných Al kompozitov so sieťou natívneho a-Al2O3 (HITEMAL) ukázal výnimočnú tepelnú stabilitu a dobré mechanické vlastnosti do 450°C. Pre tento materiál zvýšime pevnostné vlastnosti a tepelnú stabilitu do 600°C pomocou modifikácie natívneho a-Al2O3 na povrchu Al práškov použitím technológií atomic layer deposition (ALD) a chemical nucleation deposition (CND, chemická depozícia v rozpúšťadlách), ktorá je vhodnejšia pre jemné prášky s vysokou tendenciou pri depozícii aglomerovať. Pripravíme povlaky oxidov (Al2O3, TiO2, SiO2, resp. dopované s SiO2) s hrúbkou 5-50 nm, a z nich objemové kompozity postupmi PM tak, aby sa zachovala kontinuita oxidovej siete, a následne sa budú testovať mechanické vlastnosti, creep, tepelná stabilita a analyzovaná mikroštruktúra. Vytvoríme model tohto kompozitu, ktorý bude popisovať vplyv veľkosti práškov, typu a hrúbky vrstiev a optimalizujeme mikroštruktúru a mechanické vlastnosti. Druhým smerom v projekte bude overiť použitie konceptu HITEMAL na iné konštrukčné kovy (Ti, Mg, Zn, Cu a Ni) tak, že využijeme natívne oxidy na povrchoch práškov, alebo aplikujeme vrstvu a-Al2O3 s cieľom dosiahnuť požadovanú kombináciu pevnosti a ťažnosti. Výstupom projektu bude aj porovnanie povlakov pripravených pomocou ALD s inovatívnou CND technológiou, pričom očakávame posun vo vývoji CND zo súčasných TRL3 na 5. Projekt prinesie unikátne vedecké poznatky o vlastnostiach kompozitov s kontinuálnou sieťou oxidov a vytvorí teoretický základ pre budúcu aplikáciu týchto
materiálov. |
Vývoj parametrického zosilňovača s kinetickou indukčnosťou integrovaného na čipe pre jednofotónové detektory
Development of On-chip Integrated Kinetic-Inductance Parametric Amplifier for Single-Photon Detectors
| Doba trvania: |
1.7.2026 - 30.6.2028 |
| Program: |
APVV |
| Zodpovedný riešiteľ: |
Ing. Šoltýs Ján PhD |
| Anotácia: | Projekt sa zameriava na vývoj metód a technologických prvkov pre výrobu supravodivých nanodrôtových jednofotónových detektorov (SNSPD) s integrovaným parametrickým zosilňovačom na čipe. Takáto integrácia zabezpečí kompaktnosť systému, zníženie šumu a zvýšenú citlivosť detektorov. Výskum je založený na technologickom vývoji tenkých amorfných supravodivých MoSi filmov s nelinearitou kinetickej indukčnosti. Projekt bude skúmať vplyv hrúbky filmu, stechiometrie a vlastností substrátu na charakteristiky parametrického zosilňovača a detekčnej štruktúry. To môže rozšíriť spektrálnu citlivosť a zlepšiť detekčný výkon v porovnaní s konvenčnými materiálmi používanými v SNSPD. Štúdium vysokofrekvenčných vlastností takýchto filmov umožní vyvinúť parametrický zosilňovač s postupujúcou vlnou a integrovať
ho na jednom čipe so SNSPD. Kombinácia odborných znalostí ukrajinského a slovenského tímu v oblasti výroby a
charakterizácie nanostruktúr zabezpečí vyššiu účinnosť SNSPD detektorov a ich aplikácií v kvantovej komunikácii a
telekomunikáciách.
|
Vývoj technológií epitaxie Ga2O3 na rôzne substráty a Schottkyho diód so zlepšenou spoľahlivosťou
Development of Ga2O3 epitaxy on different substrates and Schottky barrier diodes with enhanced reliability
Znižovanie striedavých strát v modeli kábla zo zväzku filamentovaných vysokoteplotných supravodičov
Reduction of AC losses in a cable model made of striated hightemperature superconductors
| Doba trvania: |
1.9.2025 - 31.8.2029 |
| Program: |
APVV |
| Zodpovedný riešiteľ: |
Mgr. Seiler Eugen PhD |
| Anotácia: | Vysokoteplotné supravodiče na báze REBCO (Rare Earth Barium Copper Oxide) sa používajú vo vinutiach
magnetov pre zariadenia s vysokými magnetickými poľami (>10 T) ako sú časticové urýchľovače alebo reaktory
využívajúce jadrovú fúziu. Počas prevádzky týchto zariadení vznikajú striedavé straty a na REBCO supravodiče
pôsobia cyklické elektromagnetické sily, vznikajúce počas časovej zmeny magnetického poľa, ktoré môžu spôsobiť
zlyhanie zariadenia.
Cieľom tohto projektu bude vyvinutie filamentovaného REBCO supravodiča a kábla typu TORT (Tapes on Round
Tube) s nízkymi striedavými stratami a vysokou mechanickou odolnosťou (napr, únavová životnosť). Zníženie
striedavých strát plánujeme dosiahnuť filamentizáciou supravodiča a zmenou materiálu jadra kábla. Po takomto
procese je však nevyhnutné filamentované REBCO vrstvy ochrániť dodatočnou (multi)vrstvou za účelom chemickej
a tepelnej stabilizácie. Jadro kábla bude vytlačené 3D tlačou z kompozitného materiálu na báze PETG CF
(polyetylén tereftalát glykol vystužený uhlíkovým vláknom), s rádovo nižšou elektrickou vodivosťou než doteraz
používané jadrá. Zmenou materiálu jadra v TORT kábli v porovnaní s konvenčným jadrom z Cu rúrok dokážeme
znížiť celkové magnetizačné straty o zložku vírivých prúdov, ktorými doteraz prispievalo Cu jadro. Podľa
numerických výpočtov (ANSYS, COMSOL) aplikujeme zodpovedajúce mechanické zaťaženie na REBCO pásky
(neupravené/filamentované) a káble z týchto REBCO pások. Na kábloch potom zistíme ich mechanickú odolnosť,
ktorú následne budeme zlepšovať na základe štúdii výsledného poškodenia REBCO pások pomocou metód SEM,
FIB, XPS a ERDA.
Za potvrdenie vhodnosti tohto konceptu budeme považovať úspešné zhotovenie krátkeho TORT kábla, ktorý bude
pozostávať z filamentovaných REBCO pások, so stabilizačnou (multi)vrstvou, navinutých na kompozitné jadro.
Kombináciou vyššie uvedených materiálov dokážeme vytvoriť inovatívny supravodivý kábel s výrazne zníženými
magnetickými stratami a vysokou mech. odolnosťou.
|
Celkový počet projektov: 32
Databáza národných projektov