Bachelor's Thesis

Analysis of locally modified surfaces for selective growth of cobalt

Final Thesis 7.62 MB

Author of thesis: Ing. Tomáš Krajňák, Ph.D.

Acad. year: 2016/2017

Supervisor: prof. Ing. Jan Čechal, Ph.D.

Reviewer: doc. Ing. Petr Bábor, Ph.D.

Abstract:

In this thesis the chemical composition of silicon substrates locally modified by focused gallium ion beam by X-ray photoelectron spectroscopy is determined. In order to determine the influence of focused ion beam, the sample comprising sputtered square areas with nominal depths in range of 1 to 10 nm was prepared. Next, the sample was heated to elevated temperatures (500 - 700 °C) to reveal changes in the sputtered areas induced by annealing. In this work by X-ray photoelectron spectrometer Kratos Supra and electron microscope Tescan LYRA3 with focused ion beam were used.
From the measured spectra of the Si 2p and Ga 2p3/2 peaks measured as a function of nominal sputtering depth and annealing temperature the following main observations were obtained. First, there is the additional peak component in the Si 2p peak, which can be assigned to the amorphous silicon. The second important finding is that gallium can be removed from near surface volume by annealing at temperatures beyond 700 °C.

Keywords:

Silicon, cobalt, gallium, XPS, SEM, FIB, effusion cell, thermocouple, SSS chamber, growth of thin film, Kratos, LYRA3, thermoemission, annealing, sputtering

Date of defence

19.06.2017

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

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
prof. Ing. Jan Čechal, Ph.D.

Bakalářská práce je zaměřena na popis a pochopení změn, ke kterým dochází na v povrchových vrstvách křemíkového substrátu exponovaného fokusovaným iontovým svazkem. Tomáš Krajňák se začal věnovat experimentální činnosti spojené s předkládanou prací již na konci 2. ročníku, přičemž využil období letních prázdnin k provedení prvních experimentů. Během 3. ročníku pracoval již samostatně. Bakalářská práce vyžadovala zvládnutí dvou odlišných a náročných experimentálních technik – přípravy vzorků pomocí fokusovaného iontového svazku a jejich analýzy pomocí rentgenové fotoelektronové spektroskopie. Student přistupoval ke své práci odpovědně s vysokým nasazením a dosáhl výsledků, které pomohou pochopení růstu CoSi2 ostrůvků připravených na Si substrátu pomocí oxidem řízené epitaxe.
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 B
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 B
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

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

Cílem práce bylo experimentálně stanovit složení, tloušťku a modifikovat oxid křemíku pomocí Ga iontů a prozkoumat chování této vrstvy. Modifikovaná oxidová vrstva pak má sloužit k řízenému selektivnímu růstu kobaltových magnetických struktur.
Práce se v teoretické části zabývá problematikou růstu vrstev a jejich analýzou metodami XPS a SEM. Je rozebrána i problematika fokusovaných iontových svazků. Kromě této teoretické části je v práci podrobně popsán a diskutován experiment založený na modifikaci povrchu křemíku pomocí různých dávek Ga iontů. Je zde stanovena ionty nemodifikovaná tloušťka oxidové vrstvy pomocí metody XPS. V modifikovaných oblastech tloušťka oxidu nebyla stanovena. Pomocí XPS byla měřena přítomnost Si, Ga a jejich oxidů v závislosti na teplotě. Změny teploty vyvolaly modifikace vazeb jednotlivých prvků a ty jsou podrobně diskutovány.
Vzhledem k rozsahu experimentálních prací a podrobné diskuzi změřených dat, které jsou přehledně prezentovány, považuji tuto práci za zdařilou, doporučuji ji k obhajobě a navrhuji hodnocení stupněm A.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání B
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. vysledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. Dávka iontů byla definována pomocí parametru s názvem nominální odprašovaná hloubka. Jaká byla skutečná hloubka odprášené vrstvy pro jednotlivé nominální hloubky? Je možné pro vyšší nominální hloubky v jednotkách nm ještě hovořit o modifikaci oxidové vrstvy, pokud tato byla na počátku menší než 1 nm?
  2. Ve vyhodnocení experimentu jsou bohužel uvedeny pouze plochy jednotlivých píků a ne relativní koncentrace. Jaká byla měřená koncentrace Ga? Předpokládám, že byla v řádu desítek procent. Jak si vysvětlujete takto vysokou koncentraci Ga, když většina implantovaných Ga iontů při energie 30 keV po dopadu skončí v hloubce několika desítek nm?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová