Master's Thesis

Memristors based on halide perovskites

Final Thesis 1.7 MB

Author of thesis: Bc. Adam Gabzdyl

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Jan Pospíšil, Ph.D.

Reviewer: Ing. Matouš Kratochvíl, Ph.D.

Abstract:

This thesis focuses on the study of memory resistors based on halide perovskites. The literature review focused on the switching mechanisms found in these devices and the integration of perovskite into their structures. In the experimental section, the electrical properties of memristors were measured using the well-studied MAPbI3 perovskite. Structures ITO/MAPbI3/PMMA/Ag were prepared, varying in the thickness and number of defects in the PMMA layer. The electrical properties were evaluated using a basic memristor model that assumes switching mechanisms based solely on ion migration. The measured V-A curves indicated the presence of multiple dynamic phenomena causing hysteresis in the dependencies. The best results were achieved by samples with a PMMA layer thickness of ~30 nm. It was found that the presence of defects in the polymer film contributes to the electrical properties of the memristor, but at the expense of system stability.

Keywords:

Perovskites, thin films, multilayer perovskite structures, MAPbI3, PMMA, artificial synapses, memristors, ion migration, current-voltage characteristics

Date of defence

26.05.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Obhajoba diplomové práce proběhla podle následujícího schématu: prezentace studenta-vyjádření vedoucí/ho-oponentský posudek-reakce na posudek-diskuse s komisí. Student přednesl velmi dobrý výtah výsledků své diplomové práce, zodpověděl dotazy oponentské i členů komise, reagoval na připomínky k práci. V diskusi tak student prokázal velmi dobrou schopnost orientace v teoretických i praktických základech problematiky diplomové práce. Komise, s uvážením hodnocení v posudku a vyjádření vedoucí/ho, zhodnotila jeho diplomovou práci celkově jako velmi dobrou. Pekař: Jak se připravovala vrstva PMMA? Kozáková: Jaká je biokompatibilita vrstvy PMMA? Lehocký: Proč byl vybrán právě PMMA? Jaké další materiály by se daly použít? Vala: Jaká je tloušťka aktivní vrstvy perovskitu? Jaké byly podmínky měření VA? Co se stane se systémem po odpojení napětí?

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Chemistry and Chemical Technologies (NPCP_CHCHTE)

Composition of Committee

doc. Ing. Zdenka Kozáková, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Miloslav Pekař, CSc. (předseda)
doc. Ing. Viera Jančovičová, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Michal Veselý, CSc. (místopředseda)
prof. Ing. Marián Lehocký, Ph.D. (člen)
prof. Mgr. Martin Vala, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Jan Pospíšil, Ph.D.

Student Adam Gabzdyl zpracoval svou diplomovou práci na téma paměťových rezistorů na bázi halogenidových perovskitů. Ve své diplomové práci se zaměřil především na klíčový perovskitový materiál methylamonium jodid olova, který využíval jako aktivní vrstvu ve svém vícevrstvém systému. Cílem práce bylo připravit funkční memristor a optimalizovat jeho základní strukturu, a to z pohledu stability celého zařízení. Jednotlivé vrstvy vzorků student připravoval pomocí metody nanášení z roztoku. K jejich přípravě, optimalizaci dané struktury a k charakterizaci připravených memristorů přistupoval svědomitě. V oblasti rychlosti zpracování výsledků je však třeba uvést, že zde zůstává prostor pro další zlepšení. Vzhledem k tomu, že se jedná o práci realizovanou v rámci týmu neuromorfní elektroniky, kde jednotlivé části navazují na práci dalších členů, je nezbytné k dané problematice přistupovat s vyšší mírou pečlivosti a koordinace. Jak již ale z odevzdané práce vyplývá, student zvládl připravit funkční memristorové struktury, modifikovat a optimalizovat jejich vlastnosti, a tedy celkově splnit zadání své diplomové práce. S přístupem daného studenta jsem, až na výše zmíněné výjimky, spokojen. Závěrečnou práci Adama Gabzdyla hodnotím stupněm „B – velmi dobře“ a doporučuji ji k obhajobě před odbornou komisí.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků zadání A
Studium literatury a její zpracování C
Využití poznatků z literatury C
Kvalita zpracování výsledků C
Interpretace výsledků, jejich diskuse B
Závěry práce a jejich formulace B
Využívání konzultací při řešení práce B
Celkový přístup k řešení úkolů B

Grade proposed by supervisor: B

Diplomová práce Adama Gabzdyla se zabývá přípravou a studiem memristorů na bázi tenkých vrstev perovskitu MAPbI3 a PMMA. Autor se v experimentální činnosti zaměřil zejména na optimalizaci přípravy tenké vrstvy PMMA s důrazem na dosažení kvalitní vrstvy pro pasivaci a ochranu vrstvy perovskitu. Práce popisuje optimalizaci depozice tenké vrstvy PMMA a její následné využití v memristorech. Svým rozsahem práce naplňuje požadavky na diplomovou práci.
Teoretická část dobře popisuje tuto velmi živou výzkumnou oblast. S využitím aktuálních odborných zdrojů autor přibližuje teorii a mechanismy fungování nepříliš známých elektronických prvků – memristorů.
V experimentální části autor důkladně popisuje použité metody a techniky včetně jejich teoretického základu. V navazující části jsou uvedeny a diskutovány výsledky provedených experimentů. Rozsah provedených experimentů, jak jsou uvedeny v práci (příprava a charakterizace 12 vzorků tenkých vrstev PMMA a 6 vzorků memristorů), je menší, než bývá u diplomové práce obvyklé. Věřím však že to může být způsobeno nutností provést mnoho optimalizačních pokusů, které se v ucelené práci obtížně prezentují. Vzhledem k aktuální a živé povaze zkoumaného tématu je to pochopitelné. Hlavní důraz diskuse je, v souladu se stanovenými cíli, kladen na elektrickou charakterizaci memristorů.
Z mého pohledu je diskuse poměrně nesourodá. Celkové výsledky experimentů jsou dobře popsány, ačkoli pro lepší porovnání parametrů bych doporučil kromě tabulky i jejich grafické znázornění. Diskuse je s dobrým záměrem vedena od celkového výsledku k jeho podstatě, ilustrované na stále podrobnějším pohledu. Pro lepší čitelnost by však bylo dobré diskusi rozčlenit do podkapitol podle parametru nebo jevu, kterému se věnují.
Jedním z cílů práce bylo interpretovat výsledky z pohledu stability zařízení. Tento cíl byl splněn měřením každého z vybraných kontaktů byl měřen 5krát s měsíčním odstupem. To však student v práci zmiňuje pouze jakoby mimochodem a spíš jako překážku v interpretaci než jako záměr. Tato informace by měla být zcela jasně uvedena v experimentální části práce. Z tohoto pohledu je také nevhodné zahrnovat do průměrného výsledku všech deset měření, ale pro lepší představu o stabilitě je rozdělit na prvních 5 a druhých 5 s měsíčním odstupem.
Z jazykového, stylistického a typografického pohledu je práce sepsána srozumitelně a dobře s několika výhradami. V práci se bohužel nepodařilo vychytat všechny překlepy a hovorové výrazy (například slovo „litografie“ v Závěru nebo časté „kouknout se“). Značně rušivé je nedodržování shody přísudku s podnětem napříč prací a neskloňování popisků (např na Obrázek 23 vidíme ...). Struktura textu je však logická a kapitoly na sebe smysluplně navazují.
K práci mám tyto konkrétní připomínky:
• Student uvádí, že pro funkci memristoru je zásadní homogenita vrstvy PMMA. Měření tloušťky však prováděl pouze jednou a na jednom místě. Pro lepší představu by bylo dobré změřit tloušťku na několika místech vzorku a nejlépe vícekrát. Není také jasné, jaký typ profilometru k měření použil.
• V závěru by bylo dobré výsledky jednoznačněji shrnout.
• Uváděné výsledky s nejistotami by bylo vhodné správně zaokrouhlovat.
Student splnil všechny zadané cíle práce a požadavky kladené na diplomovou práci. Jeho experimentální činnost také přispěla k rozvoji této nové problematiky a umožnila další výzkum v oblasti přípravy neuromorfní elektroniky na FCH. Bohužel však nese nedostatky zejména v nedotažení některých experimentů a jejich diskusi Jako takovou doporučuji k obhajobě s hodnocením „dobře“ (C)
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků zadání A
Logické členění práce B
Kvalita zpracování výsledků B
Interpretace výsledků, jejich diskuse C
Využití literatury a její citace C
Úroveň jazykového zpracování C
Formální úroveň práce – celkový dojem C
Závěry práce a jejich formulace C
Topics for thesis defence:
  1. Na straně 21 uvádíte, že „(nanočástice stříbra) Jsou navíc biokompatibilní a netoxické v určitých koncentracích.“ Mohl byste uvést o jaké koncentrace se jedná? V citovaném článku nebyly prováděny žádné testy biokompatibility.
  2. Jaký byl materiál membrány filtru použitého při filtraci PMMA?
  3. Na str. 27 píšete: „Před depozicí byla odstraněna malá plocha vrstev, aby mezi elektrodami mohl vzniknout spoj.“ Mohl byste prosím přiblížit co tím myslíte?

Grade proposed by reviewer: C

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová