Master's Thesis

Defect localization and analysis in GaN

Final Thesis 3.73 MB

Author of thesis: Ing. Richard Gazdík

Acad. year: 2023/2024

Supervisor: doc. Ing. Petr Bábor, Ph.D.

Reviewer: Ing. Ondřej Šik, Ph.D.

Abstract:

This master’s thesis is concerned with the localisation and analysis of threading dislocations in GaN epitaxial layers. The thesis is divided into two parts – theoretical and experimental. The theoretical part explains the origin and nature of threading dislocations. Additionally, it lays foundations for a better understanding of perhaps less known techniques, which can be used to study them – electron channeling contrast imaging and defect-selective etching. The experimental part describes the procedures done to carry these techniques, in addition to TEM diffraction-contrast imaging and its associated FIB sample preparation, out. We show that each of the techniques can be used independently to characterize threading dislocations, but that there is a possibility to gain complementary information by combining them.

Keywords:

GaN, ECCI, SEM, TEM, FIB, defect-selective etching, threading dislocation, diffraction contrast, invisibility criteria

Date of defence

10.06.2024

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Po otázkách oponenta bylo dále diskutováno: Rozlišovací schopnost elektronového mikroskopu. Korekce sférické vady a astigmatismu. Vliv displokací na funkci GaN zařízení. Student na otázky odpověděl.

Language of thesis

English

Faculty

Department

Study programme

Physical Engineering and Nanotechnology (N-FIN-P)

Composition of Committee

prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc. (předseda)
prof. RNDr. Jiří Spousta, Ph.D. (místopředseda)
prof. RNDr. Pavel Zemánek, Ph.D. (člen)
prof. Mgr. Dominik Munzar, Dr. (člen)
doc. Mgr. Adam Dubroka, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Petr Dub, CSc. (člen)
prof. Ing. Jan Čechal, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Jiří Petráček, Dr. (člen)
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Radek Kalousek, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Miroslav Kolíbal, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Stanislav Průša, Ph.D. (člen)
RNDr. Antonín Fejfar, CSc. (člen)

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

Richard Gazdík se zabýval lokalizací a analýzou defektů v nitridu galia. Lokalizace defektů byla prováděna pomocí metody ECCI, ale také nad rámec zadání pomocí leptání. Lokalizované defekty byly vyjmuty pomocí iontového svazku ve formě lamel a následně byly měřeny na transmisním elektronovém mikroskopu. Richard dobře zvládl lokalizaci defektů, samostatně se naučil na ústavu dříve nepoužívanou metodu ECCI. Absolvoval řadu školení nutných nejen pro metodu ECCI, ale také pro přípravu lamel. Analýza lamel byla dle zadání provedena ve spolupráci s operátorem CEITECu. Jeho pracovní postup, umožnil nejen lokalizaci defektů, ale i jejich klasifikaci. Pracoval samostatně. V předložené práci dostatečně rozebral teoretické i experimentální aspekty analýzy defektů. Jeho práce splnila zadání, nicméně je škoda, že se nepodařilo připravit větší množství lamel a nad rámec zadání korelovat leptání a měření ECCI s měřením TEM. Jeho práci hodnotím stupněm B.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu B

Grade proposed by supervisor: B

Reviewer’s report
Ing. Ondřej Šik, Ph.D.

Diplomová práce Bc. Richarda Gazdíka se zabývá studiem s současní době populárního polovodičového materiálu GaN. Tato práce je zejména zaměřena na jeho klíčový parametr – defektivity. Za tímto účelem posouzení defektivity jsou v úvodu popsány strukturální defekty a metody metody jejich zobrazení. V praktické části jsou tyto metody nasazeny a následně analyzovány.

Teoretická část je systematicky rozčleněna na tři základní části. Popis GaN a jeho nativních defektů, metody pro zobrazení defektů a popis použité instrumentace. Uspořádání je zvoleno velmi vhodně a kapitoly jsou srozumitelně číslovány. Z vizuální stránky a ze stránky čitelnosti práce nebyl zvolen nejvhodnější font a jednotkové řádkování snižuje její čitelnost. Stať je psána anglicky. Vyskytují se v ní česko-anglická spojení, ale jsou pochopitelná. V textu se občas vyskytla nelogická tvrzení, jako např. GaN nelze růst klasickými metodami jako Czochralského z důvodů jeho VYSOKÉ teplotní stability (je tomu naopak. GaN při vysokých teplotách nejen taje, ale také se rozkládá). Dále se v textu poměrně často vyskytovaly zkratky, které nebyly vysvětleny. V teoretické části postrádám vysvětlení Millerových indexů, se kterými se často pracovalo v praktické části.

Praktická část práce splňuje podmínky jejího zadání. Diplomant popisuje nejen výsledné obrazové výstupy jednotlivých metod zobrazení defektů, ale také optimalizací technologických postupů a parametrů pro obdržení kvalitních výsledků.

Neuškodilo by, kdyby práce také obsahovala snímky povrchů leptaných KOH při různých parametrech leptání (teplota, čas). Autor bez boje rezignoval na korelaci snímků povrchů metodami kanálování v SEM mikroskopu s daty obdržených s TEM analýzy, a to zejména ohledně jejich popisu z krystalografického hlediska. Úroveň práce by se velice zvýšila také tím, kdyby obsahovala srovnání vzorků z kvalitních vs. defektních šarží, popř. porovnání se vzorky, u nichž by byly defekty vyvolány např. mechanickým namáháním. Ačkoli je splněno zadání, práce působí spíše přehledově. Zejména postrádám detailnější srovnání výsledků obdržených různými metodami a snahu nalézt aspoň dílčí korelaci. Nicméně, oceňuji velmi kvalitní práci se současnou literaturou a systematičnost rozčlenění práce. Jako oponent doporučuji celkové hodnocení C.

Otázky :
1. ) Co jsou to Millerovy indexy a jak se využívají?

2.) Je možná souvislost mezi volbou „work distance“ a parametrem „angular range Ecp“ ? Viz obrázky na str. 34+35.

3.) Jaké jsou to ideální podmínky / nastavení mikroskopu pro zobrazení zkoumané krystalické struktury v režimu elektronového kanálování?
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání B
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita D
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry C
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii C
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis C
Práce s literaturou včetně citací A

Grade proposed by reviewer: C

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová