Bachelor's Thesis

Plasmonically active nanostructures for optical filtering

Final Thesis 8.17 MB

Author of thesis: Ing. Beáta Idesová

Acad. year: 2020/2021

Supervisor: Ing. Katarína Rovenská

Reviewer: Mgr. Jiří Liška, Ph.D.

Abstract:

This bachelor’s thesis deals with optical color filters composed of plasmonically active nanostructures and studies the parameters which influence the performance of such filters. Using electron beam litography and selective reactive ion etching, plasmonic  hole-like filters were prepared in alumina film on fused silica substrate. The fabricated arrays of nanostructures, acting as optical filters, varied in shape and size of the nanostructures, distances among the nanostructures and their lateral arrangement within the arrays. The influence of these factors on transmission spectra of plasmonic filters was experimentally analysed using optical spectroscopy. A majority of the observed alternations of the measured transmission spectra was consistent with the research study which is, as well, part of this thesis. The highest color filtering selectivity was observed in arrays with divided square structure shape which also exhibited decent transmittance.

Keywords:

plasmonic color filters, electron beam litography, optical spectrocopy

Date of defence

18.06.2021

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Po otázkách oponenta bylo diskutováno: Difrakce na difrakční mížce spektrometru Dieletrická funkce Al, Au, Ag Studentka na otázky odpověděla.

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)
doc. Ing. Stanislav Průša, Ph.D. (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)
RNDr. Antonín Fejfar, CSc. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Katarína Rovenská

Slečna Beáta Idesová sa vo svojej bakalárskej práci zaoberala výrobou a charakterizáciou plazmonických farebných filtrov. Bakalárskej práci, predovšetkým štúdiu relevantnej teórie a výsledkov dosiahnutých s podobnými typmi štruktúr venovala Beáta nadmieru času, čo sa odráža i vo vysokej kvalite textu práce. Postupne zvládla samostatne pristupovať k procesom nutným pre nanoštruktúrovanie kovového filmu a veľmi rýchlo si osvojila i techniku optickej spektroskopie, pomocou ktorej vyrobené farebné filtre charakterizovala. Analýza vplyvov vlastností poľa nanoštruktúr na ich spektrálnu odozvu síce zadanie nereflektuje dokonale, ale jej prevedenie je mimoriadne precízne a ja preto bez pochybností túto záverečnú prácu hodnotím klasifikačným stupňom A, teda výborne.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání B
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené výsledky 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 A
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu B

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Mgr. Jiří Liška, Ph.D.

Předložená práce studentky Beáty Idesové s názvem „Plazmonicky aktivní nanostruktury pro optické filtrování“ se zabývá jednou z moderních aplikací plazmonických nanostruktur. Jedná se o směr, který má vysoký potenciál nalézt své uplatnění v průmyslových aplikacích. Práce je přehledně členěna do pěti kapitol. První dvě popisují elektromagnetické vlastnosti kovů a zaměření na plazmoniku. Třetí, taktéž teoretická část shrnuje srozumitelně výsledky z rešerše literatury o optickém filtrování zejména pomocí plazmonických nanostruktur, např. dopad volby rozměrů použitých struktur, velikosti a typu mřížky na filtrační vlastnosti. Čtvrtá a pátá kapitola představují praktickou část práce. Ve čtvrté kapitole je prezentována výroba vzorků v podobě nanoděr o různých tvarech vyleptaných do tenké hliníkové vrstvy na taveném křemenu. Pátá kapitola je zaměřena na optická měření vyrobených barevných filtrů. V závěru jsou shrnuty dosažené výsledky.
Autorka se sice dopustila v textu několika drobnějších, zejména typografických, chyb či nepřesností, ty ale nemají vliv na kvalitu práce a jejich množství či závažnost nepřevyšuje obvyklou míru. Namátkou některé z nich uvádím:
abstrakt - „na křemenném substrátu“ lépe uvézt „na křemenném skle“ nebo „taveném křemenném substrátu“.
str. 7, rov. 1.7 chybí člen gama v čitateli ve členu zcela napravo.
str. 13, rov. 2.11 chybí ve střední části číslo 4.
str. 13 je napsáno „Poyintingova vektoru“ – správně je „Poyntingova vektoru“.
str. 18 u názvu části 3.1 nedošlo k jeho zalomení a slovo „transmise“ částečně zasahuje do okraje.
Pozitivně hodnotím zvládnutí technologie výroby filtrů pomocí elektronové litografie i reaktivního iontového leptání. Také prezentované výsledky z optických měření ukazují na zvládnutí mikrospektroskopických měření i na vysokou kvalitu zpracování dat.
Práce splňuje požadavky na bakalářskou práci a po úspěšné obhajobě navrhuji celkovou známku A.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání B
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky 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 A
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. 2) V rešeršní části studentka zmiňuje, že u křemíkových nanostruktur ve tvaru křížů lze volbou polarizace světla ovlivňovat generované barvy. Zohledňují prezentované výsledky polarizaci dopadajícího světla? Jak by se lišilo (schematicky) transmisní spektrum jednoduché plazmonické antény např. nanoobdélníku pro nepolarizované světlo anebo pro podélně a příčně natočené lineárně polarizované světlo vzhledem k hlavní ose antény?
  2. 1) V tabulce Tab. 4.2 chybí některé důležité parametry popisující reaktivní iontové leptání děr do hliníkové vrstvy. Jaký byl pracovní tlak, výkon zdroje, DC Bias, jaká byla nastavena teplota substrátu a očekávaná rychlost leptání? Délka leptacích kroků byla 5 s a 22 s. Jak a proč by se změnily oba tyto časy, kdyby byla vrstva hliníku dvojnásobná?
  3. 3) Na str. 30 k použití křemenné ladičky pro měření deponované vrstvy autorka píše: „Přesnost tohoto zařízení je ovlivněna množstvím materiálu, který je na něm deponován – nepřesnost při výrobě vzorku byla tedy pravděpodobně způsobena tímto faktorem.“ Jak by bylo potřeba postupovat, aby tloušťka deponované vrstvy měla 100 nm a ne pouze 93+/-2 nm?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová