Bachelor's Thesis

Preparation of novel compound semiconductor materials

Final Thesis 4.95 MB

Author of thesis: Tomáš Janoušek

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Jiří David

Reviewer: Ing. Beáta Idesová

Abstract:

This bachelor's thesis investigates the preparation of multicomponent semiconductors via vacuum evaporation, with potential applications in optoelectronics or photovoltaics. The preparation of inorganic halide perovskites and SnSe using vacuum co-deposition is described. Emphasis was placed on the directionality of the deposition, therefore, geometrically patterned substrates were fabricated using electron-beam lithography and anisotropic etching. Utilizing these substrates, perovskite lateral heterostructures were fabricated, the photoluminescence properties of which can be tuned by adjusting the precursor deposition rate ratios. This offers potential for the development of more efficient solar cells or low-dimensional pixels.

In the second part, square SnSe structures with thicknesses in the order of single nanometers were prepared. Raman spectroscopy was employed as the primary analytical method. It was demonstrated that this technique enables the estimation of layer thickness without the need for more demanding analytical methods.

Keywords:

patterned substrate, electron-beam lithography, anisotropic etching, vacuum deposition, perovskites, tin selenide, photoluminescence, Raman spectroscopy, lateral heterostructure

Date of defence

18.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Po otázkách oponenta bylo dále diskutováno: - účinnost perovskitových solárních článků - degradace perovskitů, časový vývoj fotoluminiscence - podmínky měřění - prvková analýza deponovaných vrstev - závislost frekvence fotoluminiscence na velikosti krystalu perovskitů - obrázek 4.4 z bakalářské práce Student na otázky odpověděl.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Physical Engineering and Nanotechnology (B-FIN-P)

Composition of Committee

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

Supervisor’s report
Ing. Jiří David

Student Tomáš Janoušek se ve své práci zabýval přípravou nových polovodičových materiálů, jmenovitě halidovými perovskity a 2D selenidem cínu (SnSe). Studoval zejména vliv různých depozičních postupů (vícesložkové × jednosložkové, směrová závislost depozice). Kvalita připravovaných materiálů byla ověřována pomocí metod RAMAN, SEM a AFM.  

Student úspěšně analyzoval vliv směrovosti depozice při přípravě perovskitů, připravil 2D SnSe a obojí porovnal se zevrubnou rešerší dané problematiky. Čímž splnil veškeré cíle bakalářské práce.

Student začal práci na projektu již v druhém ročníku a při řešení brzy postupoval zcela samostatně a proaktivně. 

Samotné zhotovení bakalářské práce je na velmi vysoké úrovni. Text je dobře strukturovaný. Grafické zpracování a jazyková stránka jsou taky velmi kvalitní. 

Předložená práce a přístup studenta byly nadprůměrné, a proto hodnotím 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 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 A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Beáta Idesová

Student Tomáš Janoušek se ve své bakalářské práci zabývá přípravou vícesložkových polovodičových materiálů, konkrétně přípravou halidových perovskitů a selenidu cínu, do strukturovaných substrátů. Tyto materiály jsou velmi zajímavé pro současné technologie zejména pro své výjimečné optické a elektrické vlastnosti. Cílem této bakalářské práce bylo zpracovat rešerši týkající se halidových perovskitů a selenidu cínu. Dalším cílem bylo také nalezení optimálních podmínek depozice v dostupném depozičním zařízení a analýza deponovaných materiálů.

V první kapitole student popisuje vlastnosti moderních polovodičů, konkrétně křemíku, selenidu cínu a perovskitů, z hlediska jejich krystalické struktury. Následně se zaměřuje také na optické vlastnosti těchto materiálů a kvalitativně popisuje souvislost zakázaného pásu s absorpcí v daném materiálu, fotoluminiscenční kvantovou účinnost i pokročilé téma, jako je generování druhé harmonické frekvence. V poslední části se student věnuje elektrickým vlastnostem polovodičů, zejména piezoelektricitě, termoelektricitě a feroelektricitě. V celé kapitole student názorně porovnává vlastnosti halidových perovskitů i selenidu cínu s jinými dostupnými materiály a poukazuje tak na potenciál jím zkoumaných materiálů. V této kapitole autor využívá velké množství citací, což poukazuje na výborné schopnosti práce s literaturou.

V druhé kapitole se student zabývá metodami, které jsou využívány pro přípravu a charakterizaci halidových perovskitů i selenidu cínu. V první části se soustřeďuje obecně na metody přípravy, jako je odstředivé lití, využití rastrovací elektronové mikroskopie pro litografii, metodu pro anizotropní leptání křemíku a také fyzikální depozici z plynné fáze. V druhé části obecně popisuje metody analýzy jako je mikroskopie atomárních sil, měření časově rozlišitelné fotoluminiscence a Ramanovu spektroskopii. Celá kapitola je doprovázena schématy a pomocnými obrázky pro jednotlivé techniky, které jsou zpracovány detailně, názorně a kvalitou na velmi vysoké úrovni.

Ve třetí kapitole student prezentuje svou vlastní práci týkající se přípravy perovskitů. Stěžejní je zde příprava strukturovaných křemíkových substrátů pomocí mokrého anizotropního leptání. Autor práce testuje několik leptacích masek a také různé tvary leptů pro následné depozice. Objevují se zde obrázky pořízené elektronovým mikroskopem, ale také analýza leptů za použití mikroskopu atomárních sil. Je zde také ověřena směrovost depozice, která vychází z geometrie depoziční komory. Kapitola je dále rozdělena na dvě části. V první části se autor zabývá perovskitem CsPbBr3. Nejprve zkoumá tento perovskit ve formě vrstvy a zjišťuje vliv teploty substrátu při depozici a také poměr prekurzorů na kvalitu fotoluminiscence. Následuje rozsáhlá analýza CsPbBr3 deponovaného do strukturovaného substrátu, ve které jsou ukázány obrázky z rastrovacího elektronového mikroskopu, je popsán tvar deponovaných krystalků, ale také ukázána intenzitní mapa fotoluminiscence zkoumaného leptu s perovskitem. V druhé části se autor zabývá perovskitem CsPbBrI2 s obdobnou strukturou textu a analytickými metodami jako u předešlého perovskitu. Na závěr kapitoly jsou popsány experimenty, kde autor kombinuje oba výše zmíněné perovskity v jedné depozici. Je zde potřeba zdůraznit, že student přistupuje k experimentální práci systematicky a velmi pečlivě. Kapitola je doprovázena obrázky z rastrovacího elektronového mikroskopu na velmi vysoké úrovni, schématy pro lepší pochopení při zobrazování jednotlivých leptů a velmi dobře zpracovanými grafy.

Ve čtvrté kapitole student prezentuje vlastní výsledky týkající se depozice selenidu cínu. V první části se zabývá jednozdrojovou přípravou tohoto materiálu, kde také vyhodnocuje, že tento postup není opakovatelný při dalších depozicích na různých substrátech. V druhé části se zabývá dvojzdrojovou depozicí, kde se vyskytnul problém s použitými prekurzory.

V závěru student kompaktně shrnuje dosažené výsledky své práce.

 

Student ve své práci splňuje všechny zadané cíle, kdy se mu podařilo zpracovat rešerši na přípravu halidových perovskitů a selenidu cínu. Následně tyto materiály připravil za různých depozičních podmínek a výsledky porovnal, což vedlo ke stanovení optimálních depozičních parametrů pro halidové perovskity. Během práce využíval několik metod k analýze vzorků, zejména rastrovací elektronovou mikroskopii, měření fotoluminiscence a také mikroskopii atomárních sil.

Výrazně oceňuji systematický přístup k celé experimentální práci. Student pečlivě optimalizoval nejen leptání a přípravu strukturovaných substrátů, ale také samotné depozice. Ke každému experimentu také přikládá názorné obrázky s vysvětlením a dalším postupem práce.

Celý text je psán strukturovaně, text je plynulý a logicky uspořádaný. Obecně je práce na velmi vysoké jazykové úrovni a překlepy se v textu vyskytují jen ojediněle. Velmi oceňuji práci s literaturou, která se promítá do počtu a kvality použitých citací.

Práce Tomáše Janouška je velmi vysoké kvality, převyšuje požadavky kladené na bakalářské práce a doporučuji ji k obhajobě.
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 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. 1) V kapitole 2, podkapitole 2.2.3 týkající se Ramanovy spektroskopie, autor zmiňuje, že se zpravidla vykreslují pouze čáry odpovídající Stokesovu posuvu. Proč je tomu tak? 2) V kapitole 3, podkapitole 3.3.2 týkající se depozice perovskitu CsPbBr3, autor optimalizuje poměr použitých prekurzorů pro teplotu 200 °C. Z přiloženého grafu 3.7 b) ale vyplývá, že výhodnější teplota by z hlediska fotoluminiscence byla 175 °C. Proč tedy byla vybrána teplota 200 °C? Souvisí to například s nějakými omezeními depozičního systému? 3) V kapitole 3, podkapitole 3.4.1 týkající se depozice perovskitu CsPbBrI2, autor zmiňuje, že rychlosti depozice byly stanoveny z měření tloušťky v příčném řezu. Jaké zařízení bylo pro toto měření použito? Popřípadě jak jinak by tloušťka mohla být změřena?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová