Bachelor's Thesis

Selective growth of GaN on SiN

Final Thesis 9.03 MB

Author of thesis: Ing. Jan Hulva

Acad. year: 2011/2012

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

Reviewer: prof. Ing. Miroslav Kolíbal, Ph.D.

Abstract:

This bachelor's thesis deals with the selective growth of gallium and gallium nitride on silicon nitride (SiN) substrates. Thin silicon nitride layers are deposited on silicon substrates. Oxide structures are prepared by the local anodic oxidation method (LAO) on SiN substrates. These surfaces can be editionally modified by etching in hydrofluoric acid. Modified substrates are used for the deposition of gallium or gallium nitride under ultra-high vacuum conditions. Consequently, ordering of deposited material  was studied in areas modified by LAO. Chemical state of layers is studied by X-ray photoelectron spectroscopy. Morphology of surfaces is measured by the atomic force microscope (AFM).

Keywords:

gallium nitride, gallium, selective growth, local anodic oxidation, nitridation of Si, silicon nitride, GaN, LAO, SiN, XPS

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 SiN substrátu. V rámci bakalářské práce byly připraveny ultratenké vrstvy SiN, užitím iontového svazku dusíku o nízké energii E = 50 eV. Tyto substráty byly studentem analyzovány užitím metod XPS, SEM a AFM. Dále student samostatně zvládl techniku vytváření oxidu užitím lokální anodické oxidace. Pomocí výše uvedených technik byly připraveny substráty vhodné pro růst GaN krystalů. Výsledky budou využity k přípravě a studiu uspořádaných GaN nanostruktur. Práce studenta byla intenzivní, samostatná 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 A
Schopnost interpretovat dosažené vysledky a vyvozovat z nich závěry B
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
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

Bakalářská práce Jana Hulvy je rozčleněna do osmi kapitol. V první části dává přehled o současných metodách depozice nitridu gallia a používaných substrátech, pokračuje popisem použitých experimentálních technik a následuje obsáhlá část s experimentálními výsledky. Členění práce je logické a přehledné, přesto jsem přesvědčen, že některé části mohly být z konečné verze textu vyřazeny a nahrazeny referencemi na odpovídající literaturu (např. poslední odstavec v textu o XPS, zcela zbytečný vzorec 4.1 atd.). Pokud pomineme překlepy, práce se dobře čte; obsahuje však velké množství nepřesných vyjádření („při dopadu iontů na stěnu vzniká proud“, „při měnící se vzdálenosti od povrchu se mění rezonanční frekvence raménka“, „spektrum vzorku“, str. 29 nahoře – exponenciální závislost na čem?, „ionty molekul dusíku“, „poměr metastabilních stavů“, první odstavec kap.4 atd.) a některé části textu jsou v principu chybné (např. vysvětlení funkce kolimátoru). V experimentální části autor přidává na rychlosti výkladu, bohužel na úkor podrobnější interpretace dosažených výsledků (Obr. 9.14 nemá žádný podrobnější komentář, podobně jako Obr. 9.15, kde není jasné co má čtenář na obrázku hledat. Obr. 9.20 je nedostatečně popsán, obrázek b) je zbytečné uvádět.). Vytkl bych nejistou práci s určováním chyb měření – tam kde chybové úsečky jsou, chybí komentář k tomu, jak byly získány, u několika grafů naopak bez udání důvodu chybí. V popisku Obr. 9.4 se tvrdí, že povrch je již dusíkem nasycen, což ale není nijak potvrzeno. Pro posouzení správnosti fitování XPS spekter je nutné vždy uvést tabulku s použitými parametry. Odkazy na literaturu obsahují několik chyb (Ref [32] chybí název časopisu, Ref [34] je špatně, Ref [39] je identická Ref [18]). Přes uvedené výhrady je z předloženého textu zřejmé, že objem experimentální práce silně přesahuje obvyklou bakalářskou práci, včetně nutného zvládnutí poměrně složitých experimentálních technik (XPS, LAO, depozice v UHV) a metod vyhodnocení jejich výsledků (XPS).
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. vysledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis C
Práce s literaturou včetně citací C
Topics for thesis defence:
  1. Jaké typy defektů jsou obvyklé při přípravě GaN metodami MBE a jaké fyzikální vlastnosti jsou jimi ovlivněny (zmíněno na str. 17)?
  2. Na str. 17 je také zmíněna žlutá luminiscence GaN na křemíkovém substrátu. Co je důvodem jejího vzniku?

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová