Master's Thesis

Characterization of structures fabricated by selective wet etching of silicon

Final Thesis 5.17 MB

Author of thesis: Ing. Ondřej Metelka

Acad. year: 2013/2014

Supervisor: Ing. Mgr. Tomáš Šamořil, Ph.D.

Reviewer: doc. RNDr. Petr Mikulík, Ph.D.

Abstract:

The task of master’s thesis was to perform optimalization process for preparing metal etching mask by electron beam litography and subsequent selective wet ething of silicon with crystalographic orientation (100). Further characterization of etched surface and fabricated structures was performed. In particular, attention was given to the morphology demonstrated by scanning electron microscopy and study changes of the optical properties of gold plasmonic antennas due to their undercut.

Keywords:

Silicon, electron beam litography, EBL, scanning electron microscope, SEM, etching mask, anisotropic wet etching, potassium hydroxide, KOH, FTIR, surface plasmon polariton, effective refractive index

Date of defence

24.06.2014

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Language of thesis

Czech

Faculty

Fakulta strojního inženýrství

Department

Institute of Physical Engineering

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
Ing. Mgr. Tomáš Šamořil, Ph.D.

Student Ondřej Metelka se ve své diplomové práci věnoval zcela jiné problematice než v rámci předchozího bakalářského studia. I přesto se dokázal v oblasti elektronové litografie a selektivního mokrého leptání křemíku poměrně rychle zorientovat a dosáhl výsledků, které budou užitečné nejen pro jeho případné doktorské studium, ale i pro další studenty a spolupracovníky z Ústavu fyzikálního inženýrství. Dosažené výsledky jsou navíc příslibem pro pozdější sepsání publikace. Vzhledem k pečlivosti studenta a jeho velmi zajímavým dosaženým výsledkům, které se opírají o široce prostudovanou literaturu, navrhuji ohodnotit jeho práci 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 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
doc. RNDr. Petr Mikulík, Ph.D.

Práce je ryze experimentální, zabývá se leptáním křemíku, konkrétně leptací směsi s KOH, a elektronovou litografií pro tvorbu topologie krycí vrstvy. Práce obsahuje podrobnou rešerši této problematiky a velký kus vlastní práce, ze které je vidět, že se student naučil dobře elektronovou litografii a procesy související s leptáním. Na druhou stranu však práce neobsahuje žádný vlastní teoretický rozbor či simulace (např. tvaru struktur při leptání). Toto v zadání sice přímo nebylo, ale mohlo by to být vcelku přínosné např. pro kreslení vlastních obrázků leptaných struktur místo použití převzatých. Formálně je práce je takřka bez překlepů, obrázky jsou v patřičné kvalitě včetně samotného tisku. Na závěr práce či jako přílohu bych očekával přehledný soupis (tabulku či postup kroků) pro nejvhodnější postup výroby struktur dle jejich velikosti, aby uživatel této techniky nemusel vyhledávat tyto informace v různých částech textu práce.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita B
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 B
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. Ad str. 6: Vysvětlete, jaký je rozdíl mezi plazmou (ženský rod) a plazmatem (střední rod).
  2. V popisech obrázků (od obr. 35) by čtenář jistě uvítal informaci o hloubce leptu či proleptání.
  3. KOH není povolené leptadlo v čipárnách s technologií CMOS kvůli riziku kontaminace draslíkem. Zabránil jste kontaminaci při práci v laboratoři?
  4. Ad str. 22: Při rotačním lakování bývá tloušťka laku uprostřed větší než na krajích, což žádný zde zmiňovaný model nepopisuje. Jak byste tento jev vysvětlil?
  5. Ad Literatura: Citace do internetu (URL) by kvůli své pomíjivosti měly obsahovat datum.
  6. Jaká byla doba expozice jednotlivých snímků elektronovou litografií?
  7. Obr. 49: Proč zlaté obdélníčky jako plazmonické anténky musí být na „pařezu“ leptaného křemíku? Nemohou být na hladkém křemíku?
  8. Jak dlouho či do jaké hloubky by jak tlustá vrstva PMMA chránila substrát, aniž by na PMMA byla kovová krycí vrstva?
  9. Ad hodnocení výše: Můžete sepsat "optimální" postup pro nějaké struktury?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová