Bachelor's Thesis

Selective growth of GaN layers on substrate modificated by method FIB

Final Thesis 9.41 MB

Author of thesis: Ing. Petr Mareš

Acad. year: 2011/2012

Supervisor: doc. Ing. Jindřich Mach, Ph.D.

Reviewer: Ing. Stanislav Voborný, Ph.D.

Abstract:

The thesis deals with the selective growth of GaN crystals on the SiO2 layer. The theoretical part discusses the type of growth of ultrathin layers with focus on gallium nitride and its manufacturing. Moreover the text deals with principles of the focused ion beam and basic principles of other further methods which were used for analyzing the samples (AFM, XPS, photoluminescence spectroscopy). Experimental part consists of depositions of GaN. The silicon wafer Si(111) with native oxide SiO2  (1-2 nm) was used as a substrate. Focused ion beam was utilized to manufacture suitable structures on the substrate. Selective growth was acomplished with the use of the postnitridation method. Method of the pulse deposition was introduced with focus on increasing the volume of crystals.

Keywords:

GaN, FIB, pulse deposition, postnitridation, selective growth, IBAD.

Date of defence

19.06.2012

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Applied Sciences in Engineering (B3901-3)

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)
prof. RNDr. Jiří Komrska, CSc. (člen)
prof. RNDr. Petr Dub, CSc. (člen)
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Jiří Spousta, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Ivan Křupka, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Pavel Zemánek, Ph.D. (člen)
RNDr. Antonín Fejfar, CSc. (člen)

Supervisor’s report
doc. Ing. Jindřich Mach, Ph.D.

Student se v rámci bakalářské práce aktivně podílel na realizaci experimentů směřujících k selektivnímu růstu GaN krystalů na substrát SiO2 modifikovaný fokusovaným iontovým svazkem (FIB). V rámci bakalářské práce byly připraveny definované defekty na povrchu SiO2. Byla vyvinuta metoda přípravy selektivního růstu GaN krystalů zahrnující pos-nitridaci Ga ostrůvků užitím iontového svazku dusíku o nízké energii E = 50 eV. Takto připravené krystaly byly studentem analyzovány užitím metod XPS, SEM a AFM. Dále byla na těchto vzorcích studentem ve spolupráci s Fyzikální ústav AV  v Praze naměřena první fotoluminiscenční spektra. Výsledky budou využity k přípravě a dalšímu studiu uspořádaných GaN nanostruktur. Práce studenta byla intenzivní a přesahovala rámec zadání. Proto lze konstatovat, že student splnil všechny úkoly zadání, projevoval nadměrný zájem o danou problematiku a při práci si počínal snaživě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosažené vysledky a vyvozovat z nich závěry C
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
Ing. Stanislav Voborný, Ph.D.

Hlavním tématem práce Petra Mareše je dosažení selektivního růstu gallium-nitridových vrstev na površích metodou FIB. V první kapitole práce pojednává o způsobech růstu tenkých vrstev a velmi stručně o metodách jejich přípravy se zaměřením na molekulární svazkovou epitaxi. Ve druhé kapitole jsou popsány vlastnosti nitridu gallia, substráty, které se používají pro růst tenkých vrstev nitridu gallia a nejběžnější metody jeho přípravy. Třetí kapitola se věnuje způsobu přípravy substrátu před depozicí a metodám analýzy po nanesení vrstvy GaN. Čtvrtá a pátá kapitola se již zabývá experimentem, tj. nanášením struktur metodou FIB a sérií depozic s cílem dosáhnout selektivního růstu.
Výhrady mám k číslování kapitol, kdy je několikrát v textu podkapitola 3. úrovně pouze jednou (1.3.1, 2.3.1, 3.1.1 atd.), nebo hlavní kapitola 4 je naopak velmi stručná a měla být včleněna na začátek 5. kapitoly. V práci je poměrně malé množství překlepů, je zde několikrát nevhodné skloňování a nepřesná formulace (str. 15 Stránského - Krastanovův mód). V textu je chyba ve vzorci (1.1). Ačkoliv se práce zabývá selektivním růstem a obsahuje pojednání o metodikách tvorby vrstev a různých způsobech analýzy, očekával bych zde také zmínku o rozličných možnostech dosažení selektivního růstu na substrátech, případně o důvodech, které k němu vedou. Na stránkách 31 a 32 jsou podrobně vysvětleny struktury vytvořené pomocí FIB techniky, u parametrů vytvářených matic chybí informace o vzájemné rozteči vytvořených děr. Ta je uvedena až v grafech na stránkách 39 a 41.
Student sice nenaplnil všechny úkoly uvedené v zadání (chybí např. vliv rychlosti depozice), hlavní úkol však splnil beze zbytku, podařilo se dosáhnout přednostního růstu GaN krystalů v oblastech substrátu, které byly modifikovány pomocí techniky FIB a dále ozřejmit vliv velikosti děr na množství krystalů. Práci hodnotím jako velmi zdařilou. Student prokázal schopnost pečlivého vedení experimentů, vhodného zpracování a prezentace výsledků. Hodnotím ji stupněm A.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. vysledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. Opravte a vysvětlete vztah (1.1) na str. 15
  2. Jaká byla prodleva mezi koncem depozice Ga začátkem depozice N a proč tam byla?
  3. Má na selektivní růst vliv spíše tvarová bariéra (otvor vytvořený pomocí FIB) nebo materiál, na kterém GaN krystal roste (SiO2 versus Si)?
  4. K závislosti počtu krystalů na rozteči děr (str. 39): při větší rozteči děr bylo přítomno přibližně stejné množství krystalků, nebyly však větší a případně proč?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová