Bachelor's Thesis

Preparation of graphene samples for experiments under UHV conditions

Final Thesis 8.79 MB

Author of thesis: Ing. David Mareček

Acad. year: 2014/2015

Supervisor: prof. Ing. Jan Čechal, Ph.D.

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

Abstract:

This bachelor thesis deals with electrical conductivity of a graphene sample and preparation of a graphene field-effect transistor. In the theoretical part of the thesis,  we describe electronic properties of graphene, preparation of graphene by CVD and its transfer to SiO_2. Experimental part of this thesis is focused on the preparation of a graphene field-effect transistor with long distance between Source and Drain electrodes. Thesis deals with a design of a chip expander for contact of graphene in UHV conditions. The last part describes measurement of dependency of graphene layer conductivity on the gate voltage with emphasis on the position of Dirac point during adjustments of the sample in UHV conditions.

Keywords:

graphene, chemical vapor deposition, Dirac point, Raman spectroscopy, dispersion

Date of defence

24.06.2015

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

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
prof. Ing. Jan Čechal, Ph.D.

Bakalářská práce se věnuje technologické přípravě grafenových polem řiditelných tranzistorů použitelných v podmínkách velmi vysokého vakua. Student po patřičném zaškolení pracoval samostatně s velkým nasazením. Během práce bylo třeba zvládnout řadu experimentálních postupů: přípravu a přenos grafenu, litografickou přípravu kontaktů a měření transportních vlastností, což student samostatně nebo za pomoci kolegů zvládl. Je třeba dodat, že se jedná o náročnou práci vyžadující pečlivost a trpělivost a dosažené výsledky ukazují, že se jí David Mareček náležitě zhostil. Získaný postup přípravy vzorků bude dále požíván k pokročilým experimentům v laboratoři fyziky povrchů a tenkých vrstev.

Bakalářkou práci hodnotím stupněm A.
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 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 se zabývá přípravou grafenových vzorků pro experimenty v UHV podmínkách. V druhé kapitole jsou popsány základní fyzikální a strukturální vlastnosti grafenové vrstvy. Kapitola je přehledně členěná a velmi dobře čtivá. Nicméně její součástí by mohla být i třetí kapitola popisující elektrické vlastnosti grafenu. Tato část působí vytrženým dojmem. Také bych do této částí bakalářské práce umístil podkapitolu 6.3.1. s názvem „Teorie“, která se nachází v samotném závěru práce a popisuje teoretický popis elektrických vlastností  grafenu. V kapitole se nachází pár formálně nedokončených vět a dále by si měl pisatel uvědomit, že i vzorce jsou součástí psaného textu (str. 3,4,5,7,8).
Čtvrtá kapitola se věnuje přípravě CVD grafenu a jeho charakterizaci. Kapitola je také čtivá a přehledně napsána. Bohužel i zde se nachází překlepy (str.17, 20) a Obr. 4.4 není odkazován.
Pátá kapitola je věnována přípravě a kontaktování vzorků. V podkapitole 5.2 na str. 23 není úplně jasný popis kontaktování vzorků na nosič vzorku. V práci se velmi často vyskytují počeštěné slangové výrazy a pracovní hovorové názvy (např. spin couter, aparatura antonin, kaufman,… ).  V podkapitole 5.3.1. je užita pro uchycení vzorku keramická destička nicméně autor zde neuvádí materiál ani pórovitost uvedené keramiky. Dále s fotografií vyplívá skutečnost, že keramika je pokryta nějakým kovem a materiál není uveden. Pájené řešení mosazných pinů do UHV (jak zní zadaní) je dle mého názoru diskutabilní.
V poslední šesté kapitole se autor věnuje samotnému měření vzorků. Zde velmi odvážným způsobem určuje polohu Dirakova bodu. Navíc není uvedeno schéma měření ani doba a teplota žíhání uvedeného vzorku (obr.6.3). Na straně 32 v odstavci 6.2.1 popisuje autor náhle nějaké „odskoky“ není vůbec jasné o jaké „odskoky“ se jedná a celkově odstavec působí nesrozumitelným dojmem. V podkapitolce 6.2.2 je bez citace uvedena skutečnost, že voda dopuje grafen na typ n. Obr 6.9 dle studenta popisuje závislost měrné vodivosti na koncentraci, nicméně graf zobrazuje vodivost grafenové vrstvy na koncentraci. Tyto záměny se vyskytují i v textu samotné. 

I přes drobné formální nesrovnalosti a chaos v prezentaci závěrečných měření, hodnotím práci za velmi zdařilou. Student musel řešit množství zajímavých problémů spojených s přípravou měření transportních vlastností grafenové vrstvy. Praktická část práce je optimálního rozsahu. Z těchto důvodů doporučuji bakalářskou práci k obhajobě, a pokud student odpoví na doplňující dotazy, navrhuji hodnocení stupněm B.
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 C
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací B
Topics for thesis defence:
  1. Na str. 32 tvrdíte: „Voda dopuje grafen a posouvá Diracův bod do kladných hodnot. To znamená, že ze z něj dělá polovodič typu n.“ Je to pravda? Můžete uvést nějakou literaturu k tomuto tvrzení?
  2. Jelikož v práci chybí principiální a schematický popis měření transportních vlastností, můžete uvést vámi užité zapojení měřícího obvodu a dále popsat funkci lock-in zesilovače?
  3. . Keramická podložka (obr. 5.5) je uváděna jako UHV kompatibilní, můžete se vyjádřit k použitým materiálům, zejména k Sn63Pb37 a mosazným pinům? Dále jaká byla použita keramika a jakým kovem byla keramika pokryta. Uveďte zda-li by byla možná jiná volba materiálů?

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová