Bachelor's Thesis

Experimental measurement of dielectric functions using ellipsometry

Final Thesis 6.32 MB

Author of thesis: Bc. Radim Slovák

Acad. year: 2023/2024

Supervisor: Ing. Petr Viewegh, Ph.D.

Reviewer: Ing. Michal Kvapil, Ph.D.

Abstract:

This work deals with the broad application of the spectral ellipsometry (SE) characterization method. It includes measurements of the dielectric function of thermal SiO2 and its thickness on a silicon substrate. Additionally, it presents diverse dielectric function of thin gold layer, highlighting its metallic and dielectric properties. The SE method is utilized for determining time-variable layers such as the growth rate of copper oxides. Furthermore, the dielectric function of the photoluminescent material CsPbBr3 is measured to identify quantum transitions within this perovskite material. Finally, a program in python is developed, enabling comprehensive analysis of ellipsometric data obtained via imaging microellipsometry on phase-change Sb2S3.

Keywords:

Spectroscopic ellipsometry, dielectric function, gold layer, copper oxide, photoluminescent material, CsPbBr3, imaging microellipsometry, Sb2S3.

Date of defence

14.06.2024

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Po otázkách oponenta bylo dále diskutováno: Vliv depolarizace na vyhodnocení spekter. Projevy elektronových přechodů v dieletrické funkci. Prostorové rozlišení mikroskopické elipsometrie. Student na otázky odpověděl.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Physical Engineering and Nanotechnology (B-FIN-P)

Composition of Committee

prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc. (předseda)
prof. RNDr. Jiří Spousta, Ph.D. (místopředseda)
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Petr Dub, CSc. (člen)
prof. Ing. Jan Čechal, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Miroslav Kolíbal, Ph.D. (člen)
doc. Mgr. Vlastimil Křápek, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Stanislav Průša, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Radek Kalousek, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Miroslav Bartošík, Ph.D. (člen)
RNDr. Antonín Fejfar, CSc. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Petr Viewegh, Ph.D.

Student Radim Slovák plnil zcela excelentně všechny mnou zadávané úkoly a všechny definované cíle splnil dokonce s časový předstihem. Rozsah řešení a adekvátnost použitých metod byla na tak vysoké úrovni, že ji lze srovnat s pracovní úrovní zkušeného vědeckého pracovníka. Zde bych dokonce chtěl poukázat na mou osobní chybu (jakožto vedoucího tohoto bakalářského projektu), že jsem projekt nedal ještě vědecky ambicióznější. Toto je pochopitelně myšleno jako velká pochvala studentovi. Jediná slabší stránka studenta, je schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry, to lze však přisoudit badatelské nezkušenosti. Tento nedostatek se však v bakalářské práci stejně neprojevil, neboť Radim pracoval tak systematicky a s časovým předstihem, že dokázal bakalářskou práci dotáhnout do velmi nadprůměrné úrovně, a to především díky několikanásobným korekcím a připomínkováním práce, včetně oprav od kolegů z ÚFI, za což jim tímto i děkuji. Grafická a stylistická úprava práce včetně práce s odbornou literaturou je také na velmi dobré úrovni. Je mi proto ctí tuto práci doporučit k obhajobě s výslednou známkou A.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené výsledky 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
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Michal Kvapil, Ph.D.

Student Radim Slovák se ve své přehledně zpracované bakalářské práci zabýval názornými příklady použití spektroskopické elipsometrie. Ve své práci demonstroval možné široké uplatnění této techniky jak k fitování optických vlastností tenkých vrstev, tak jejich tlouštěk. Zvláště působivá je pak demonstrace zobrazovací spektroskopické elipsometrie společně s vytvořeným algoritmem pro hromadné zpracování naměřených dat.

Práce je logicky členěna a psána velmi čtivě a přehledně. Jediné, co ji poněkud sráží je její stylistická a grafická úprava. K předložené práci mám následující faktické a formální připomínky:

- Popisy tabulek by se měly nacházet nad tabulkami, nikoliv pod nimi.
- Přehlednost práce by ještě zlepšilo, kdyby byly obrázky do textu práce umístěny tak, že by se nacházely před prvními odkazy na tyto obrázky.
- obr 1.2 je vložen tak, že dělí text práce uprostřed věty.
- obr. 1.5: hodnoty parametru B Drudeho oscilátoru v popisu obrázku a v samotném obrázku se liší.
- Strana 8, poslední odstavec: autor odkazuje na rovnici (1.19), nejspíše však chtěl odkázat na vztah (1.14). Taktéž na 2. řádku strany 9.
- V prvním odstavci strany 9 autor popisuje vztah (1.19), v textu indexuje oscilátory písmenem j, ve vztahu (1.19) však jako index použil písmeno n.
- V textu práce se nenachází žádný odkaz na obrázek 2.2.
- Nevhodné umístění obrázku 3.6; obrázek je umístěn téměř ve spod strany 26, pod popisem obrázku se však nachází ještě jeden řádek textu.
- str. 29, poslední odstavec: překlep, kdy autor místo Cu2O uvádí CuO2.
- str. 30, 4. řádek 4: malý překlep, který však může neznalému čtenáři navodit myšlenku, že perovskity jsou nebezpečné materiály.
- Str. 30, 3. odstavec: v jedné větě je použita Celsiova teplotní stupnice, hned v následující větě je užita Kelvinova stupnice. Myslím, že nebyl důvod použít dvě teplotní stupnice.
- Strana 33, 1. řádek: není uvedeno, kam přechází nosič náboje z valenčního pásu.
- U rozboru kritických bodů a jím odpovídajícím mezipásovým přechodům v různých bodech Brillouinovy zóny by názornosti velmi  pomohlo, kdyby bylo ukázáno také pásové spektrum CSPbBr3.

Student Radim Slovák plně splnil cíle zadání bakalářské práce, ukázal širokou škálu možných aplikací elipsometrie, a tedy i přes mé drobné výhrady ke zpracování práce hodnotím předloženou bakalářskou práci jako výbornou, tedy klasifikačním stupněm A.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky 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 C
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. Je nějaký důvod proč v tabulkách 3.2. a 3.4., nedošlo k zaokrouhlení odchylek (a následně jmenovitých hodnot) u parametrů f-Si a A01, když u jiných veličin toto bylo zjevně uděláno?
  2. Jaký je význam druhé derivace součinu dielektrické funkce a druhé mocniny energie podle energie? Proč například nestačí jen druhá derivace samotné dielektrické funkce podle energie?
  3. Diskutujte, jak si zobrazovací spektroskopická elipsometrie (ISE) poradí s vysokou drsností povrchu, případně s přítomností významných rozptylových center (nečistot) na povrchu vzorku. Je nějaká mezní drsnost povrchu, kdy se vlivem rozptylu dopadajícího světla stává ISE nepoužitelnou nebo obtížně použitelnou?
  4. Existuje nějaká mezní tloušťka oxidů mědi, které na mědi narostou? Pokud ano, kdy se jí dosáhne? Je-li to možné, extrapolujte také z vašich experimentálních dat.
  5. Diskutujte limitující faktory fitovacího algoritmu. Proč může nastat v práci zmiňovaný případ "bači hledajícího svou ovci v nekonečném houfu"?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová