Master's Thesis

The deposition of Ga and GaN nanostructures on silicon and graphene substrate

Final Thesis 8.85 MB

Author of thesis: Ing. Petr Mareš

Acad. year: 2013/2014

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

Reviewer: Ing. Alice Hospodková, Ph.D.

Abstract:

Presented thesis is focused on the study of properties of Ga and GaN nanostructures on graphene. In the theoretical part of the thesis a problematics of graphene and GaN fabrication is discussed with a focus on the relation of Ga and GaN to graphene. The experimental part of the thesis deals with the depositions of Ga on transferred CVD-graphene on SiO2. The samples are analyzed by various methods (XPS, AFM, SEM, Raman spectroscopy, EDX). The properties of Ga on graphene are discussed with a focus on the surface enhanced Raman scattering effect. Furthermore, a deposition of Ga on exfoliated graphene and on  graphene on a copper foil is described. GaN is fabricated by nitridation of the Ga structures on graphene. This process is illustrated by the XPS measurements of a distinct Ga peak and the graphene valence band during the process of nitridation.

Keywords:

graphene, gallium nitride, gallium, SERS, nitridation

Date of defence

23.06.2014

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Applied Sciences in Engineering (N3901-2)

Field of study

Physical Engineering and Nanotechnology (M-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 diplomové práce aktivně podílel na realizaci experimentů směřujících k  růstu Ga a GaN struktur na grafenový substrát. V rámci diplomové práce byly připraveny ultratenké vrstvy Ga na poly- a monokrystalický CVD grafenový substrát. Struktury byly připravovány užitím efuzní cely a iontového svazku dusíku o nízké energii (E = 50 eV) v UHV podmínkách. Tyto vzniklé ultratenké vrstvy byly studentem analyzovány užitím metod XPS, SEM, EDX, AFM a Ramanovou spektroskopií. Nad rámec práce studen provedl depozici na grafenový substrát připraveny metodou exfoliace. Výsledky budou využity k přípravě a studiu GaN nanostruktur na grafenovém substrátu a budou publikovány v odborném časopise. 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 A
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Alice Hospodková, Ph.D.

Na diplomové práci je vidět, že k ní autor přistupoval s opravdovým zájmem. Téma diplomové práce však zasahovalo širokou škálu technologií a zadané experimentální cíle (3. a 4.) byly velmi náročné a nebylo téměř možné v tak krátkém období je beze zbytku splnit. To poněkud snížilo hodnocení některých bodů jinak velmi kvalitní diplomové práce.
Se šíří tématu si diplomant dobře poradil v rešerši, a splnil tak 1. i 2. cíl práce. Pro experimentální přípravu GaN nanostruktur (3. cíl práce) možná nebyly zvoleny ideální podmínky depozice. O GaN nanodrátech je známo, že vyžadují správnou polaritu růstu ve směru (000-1). Před depozicí je tedy nutné substrát nitridovat. Informaci o tomto technologickém kroku jsem v diplomové práci nenašla. Diplomant se při návrhu experimentu opíral o jedinou práci. Tento náročný úkol vyžadoval preciznější rešerši. V experimentální části práce lze především ocenit podrobné studium depozice Ga na grafenových vrstvách připravených různými způsoby a využití vhodné kombinace experimentálních metod pro charakterizaci vzorků AFM, XPS, EDX a zejména Ramanovy spektroskopie, ze kterých diplomant dokázal správně vyčíst důležité informace o struktuře a složení.
Také 4. cíl práce byl v podstatě splněn. Příprava tenkých vrstev Ga a GaN na grafenu je podle dostupné literatury extrémně nesnadná. Přípravu GaN nitridací Ga kapiček lze považovat za dobrou aproximaci zadaného úkolu.
Co se týče uspořádání diplomové práce, rešeršní a vlastní experimentální práce jsou správně odděleny a vlastní výsledky jsou zřejmé. Pouze v kapitole 1.2.4 jsou výsledky kombinovány zřejmě kvůli nedostatku experimentálních výsledků na nanostrukturách GaN. Názvy kapitol 5.1 a 5.2 jsou téměř identické. Pro snadnější orientaci v práci bych upravila název kapitoly 5.1, protože se zde jedná o depozici Ga na CVD grafen přenesený pomocí PMMA na Si (111) substrát.
Velice oceňuji grafickou úpravu práce i její sepsání v anglickém jazyce.
Diplomant dostatečně prokázal schopnost samostatné práce.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání B
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosaž. vysledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
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. Poprosila bych diplomanta, aby se s pomocí dostupné literatury pokusil v rámci obhajoby diplomové práce navrhnout nový experiment pro přípravu GaN nanosloupečků na Si (111) substrátu. 2. Existují nějaké informace o krystalové struktuře GaN vzniklého nitridací Ga kapiček? Má to vlastnosti monokrystalků? Mají stejnou nebo náhodnou orientaci?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová