Bachelor's Thesis

Sequential growth of GaN nanocrystals on SiO2 substrate modified by FIB method

Final Thesis 6.44 MB

Author of thesis: Ing. Jana Flajšmanová, Ph.D.

Acad. year: 2012/2013

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

Reviewer: Ing. Stanislav Voborný, Ph.D.

Abstract:

This bachelor's thesis deals with the selective growth of gallium (Ga) and gallium nitride (GaN). In theoretical part, there is a brief description of growth of ultrathin films with respect to GaN and their manufacturing. Experimental part is aimed to the deposition of Ga and GaN on silicon substrates Si(1 1 1). Substrates with the native silicon dioxide layer (SiO2) were modified by focused ion beam (FIB). GaN was deposited by pulsed deposition followed by postnitridation. Prepared samples were studied by atomic force microscope (AFM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and scanning electron microscope (SEM).

Keywords:

Ga, GaN, selective growth, pulse deposition, postnitridation, FIB, ion-atomic source, effusion cell, XPS.

Date of defence

19.06.2013

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.

Studentka v rámci bakalářské práce aktivně podílela 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 studentkou analyzovány užitím metod XPS, SEM a AFM. Výsledky budou využity k přípravě a dalšímu studiu uspořádaných GaN nanostruktur. Práce studentky byla intenzivní, bohužel z důvodů poruchy zařízení nebylo dosaženo 100% nitridace Ga struktur. Lze tedy konstatovat, že studentka splnila všechny úkoly zadání, projevovala nadměrný zájem o danou problematiku a při práci si počínal snaživě a pečlivě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání B
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosažené vysledky 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 B
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.

Bakalářská práce Jany Damkové se zabývá selektivním růstem gallia a nitridu gallia na SiO2 substráty modifikované metodou FIB. V první, rešeršní části práce studentka popisuje výsledky dosažené jinými skupinami při selektivním růstu GaN za použití různých metod a na různých substrátech a dále uvádí a vysvětluje některé základní pojmy a technologie používané v oblasti fyziky povrchů a tenkých vrstev. Druhá část práce se zabývá nanášením struktur fokusovaným iontovým svazkem na substráty určené pro selektivní růst GaN vrstev.
Před zahájením depozičních experimentů bylo nutné nejdříve vytvořit dostatečné množství substrátů modifikovaných metodou FIB. V části práce o selektivním růstu Ga ostrůvků se prokázal vliv následného žíhání galliové vrstvy na rozmístění těchto ostrůvků.
Výsledky selektivního růstu GaN vrstev však nebyly příliš úspěšné z důvodu problémů spojených s funkčností aparatury. Z prezentovaných výsledků je patrná nutnost přesné kontroly teploty vzorku při depozicích, rozdíl přibližně 20°C má v oblasti kolem 300°C zásadní vliv na výsledek experimentu.
Bakalářská práce je přehledná, čtivá a doplněná srozumitelnými obrázky. Na konci práce je uvedeno poměrně velké množství kvalitních odkazů z posledních let a je zřejmé, že si studentka vytvořila velmi dobrý přehled ve zkoumané oblasti. V práci je několik nepřesností, zejména s přepisem anglických názvů, např.:
- str. 3, 3ř. shora: diod x diode,
- str. 11 v názvu kapitoly je nesprávně uveden počeštěný anglický název GaN (gallium nitrid) místo nitrid gallia, případně nitrid gallitý,
- str. 43, odkaz [13] matalorgical X metalorganic,
z dalších nepřesností např.:
- špatně uvedená hustota GaN v tab. 2.1
- teplotní rozsah pyrometru 400°C Z předložené bakalářské práce vyplývá, že studentka prokázala schopnost pečlivého vedení experimentů, vhodného zpracování a prezentace výsledků. Práci hodnotím stupněm A.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání B
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 A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. Z jakého důvodu nedochází ke spojování ostrůvků Ga, jak je patrné z obr. 4.7(b)? Je za efekt odpovědný tvar díry vytvořený metodou FIB?
  2. Vysvětlete podrobněji nejasný výsledek experimentu se selektivním růstem GaN, kde je v Závěru v posledním odstavci na str. 41 nejdříve uvedeno, že selektivního růstu bylo dosaženo a vzápětí o několik řádků níže je uvedeno, že k selektivní růst téměř nenastal. Jednalo se o nový pokus za stejných podmínek? Při znečištěné komoře došlo k selektivnímu růstu a v čistější komoře již ne?
  3. Před depozicí Ga a GaN byly na vzorku vytvářeny systémy matic s různými velikostmi a vzájemnými vzdálenostmi děr. Lze z pozorování rozmístění Ga ostrůvků v těchto systémech učinit závěry o přibližných povrchových difúzních délkách Ga klastrů za různých teplot?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová