Bachelor's Thesis

SiO2 etching by Si deposition

Final Thesis 2.56 MB

Author of thesis: Ing. David Pokorný

Acad. year: 2016/2017

Supervisor: Ing. Josef Polčák, Ph.D.

Reviewer: doc. Ing. Petr Bábor, Ph.D.

Abstract:

This bachelor thesis deals with one of the most interesting reactions taking place in the solid phase in UHV conditions and that is decomposition of SiO2 according to the equation Si + SiO2 = 2SiO. It was used the previously untested procedure - providing Si atoms not from substrate, but by direct deposition on the surface of the oxide. As a source of silicon atoms was used effusion cell. Deposition of silicon on SiO2 substrate was used at room temperature and at elevated temperature to clarify the principle of this reaction. The activation energy and temperature dependence of the reaction rate was determined. It was also verified the possibility of etching SiO2 by Si deposition in UHV conditions. The prepared samples were examined by x-ray photoelectron spectroscopy and atomic force microscopy.

Keywords:

silicon, SiO, SiO2, deposition, thermal decomposition, thin film, XPS, AFM, UHV

Date of defence

09.06.2017

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Language of thesis

Czech

Faculty

Fakulta strojního inženýrství

Department

Institute of Physical Engineering

Study programme

Applied Sciences in Engineering (B3A-P)

Field of study

Physical Engineering and Nanotechnology (B-FIN)

Composition of Committee

prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc. (předseda)
prof. RNDr. Miroslav Liška, DrSc. (místopředseda)
prof. RNDr. Bohumila Lencová, CSc. (člen)
prof. RNDr. Petr Dub, CSc. (člen)
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Jiří Spousta, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Radek Kalousek, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Pavel Zemánek, Ph.D. (člen)
RNDr. Antonín Fejfar, CSc. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Josef Polčák, Ph.D.

Student při plnění zadání bakalářské práce využíval UHV aparaturu a AFM mikroskop v laboratoři povrchů a tenkých vrstev Ústavu fyzikálního inženýrství. Po zaškolení pracoval na těchto zařízení samostatně, tedy deponoval velmi tenké křemíkové vrstvy pomocí efúzní cely a následně analyzoval na XPS a AFM. V bakalářské práci popsal problematiku rozkladu SiO2, princip použitých metod a v experimentální části ověřil, že lze leptat SiO2 dodáním Si atomů na povrch vzorku. Ze získaných výsledků rovněž stanovil teplotní závislost rychlosti této reakce. Student splnil všechny body zadání a doporučuji tuto práci k veřejné obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosažené vysledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu B

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
doc. Ing. Petr Bábor, Ph.D.

Cílem práce bylo ověřit možnost leptání oxidu křemíku pomocí depozice křemíku. Dále měla být stanovena teplotní závislost rychlosti této reakce.
V teoretické části práce podrobně popisuje aspekty chemické reakce rozkladu oxidu křemičitého na oxid křemnatý v podmínkách ultravakua. Je podrobně popsán i princip depozice křemíku pomocí efuzní cely a použité analytické metody (XPS, AFM).  Experimentální část nejprve diskutuje Arrheniovu rovnici ve vztahu k této reakci. Také je zde uveden postup určení tloušťky vrstvy pomocí metody XPS. Následuje popis depozice křemíku při pokojové a zvýšených teplotách. Na základě experimentu při zvýšených teplotách byla stanovena aktivační energie této reakce.
Vzhledem k rozsahu práce a zajímavé diskuzi změřených dat, která je přehledně prezentována, považuji tuto práci za zdařilou, doporučuji ji k obhajobě a navrhuji hodnocení stupněm A.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. vysledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. Pro úplnost uvádím několik nepřesností a překlepů: str. 17 - laser nedopadá :-); str. 24 – emisní úhel je ve °C; str. 25 – nevhodná jednotka u intenzity píků s-1.
  2. V tabulce na str. 27 jsou uvedeny tloušťky deponované Si vrstvy. Některé májí hodnoty v řádu setin nm. Tloušťka Si monovrstvy je v krystalu přibližně 0,3 nm. Domnívám se, že aplikovaný výpočet tloušťky vrstvy pro množství křemíku menší než je jedna monovrstva může být zavádějící. Bylo by možné modifikovat model tloušťky vrstvy (str. 23) tak, aby v něm vystupovala velikost pokrytí SiO2 křemíkem?
  3. Jaká byla hustota objektů zobrazených na str. 33?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová