Master's Thesis

The preparation of graphene layers modified by Ga atoms and characterisation of their electrical properties

Final Thesis 7.92 MB Appendix 3.06 MB

Author of thesis: Ing. Jakub Piastek, Ph.D.

Acad. year: 2014/2015

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

Reviewer: Ing. Alexander Kromka, Ph.D.

Abstract:

This master's thesis deals with the study of electric properties of graphene layers covered by Ga atoms in UHV conditions. The substrates were prepared by using laser litography and the graphene layer was prepared by using chemical vapor deposition (CVD). Dependence of Dirac point location on gallium atoms deposition time and influence of electrical properties of graphene on hydrogen atoms deposition time were studied. Experimental results and their evaluation are discussed.

Keywords:

Graphene, chemical vapor deposition, laser litography, electrical properties of graphene layer, Dirac point.

Date of defence

23.06.2015

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 měření elektrických vlastností grafenových struktur. V rámci diplomové práce byly připraveny CVD polykrystalické grafenové vrstvy. Pomocí laserové litografie byly tyto vrstvy vhodným způsobem kontaktovány, což umožnilo měření elektrických vlastnosti v UHV podmínkách. Dále student samostatně sestavil a připravil manipulátor umožňující měření elektrických vlastností grafenu v UHV podmínkách. Toto zařízení umožnilo měření elektrických vlastností grafenové vrstvy během depozice Ga nebo vodíkových atomů. Dále studen navrhl zakládací komoru, která urychlí v budoucnosti měření vzorků. Práce studenta byla intenzivní, samostatná. 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 B
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Alexander Kromka, Ph.D.

Předložená diplomová práce je zpracována pečlivě, přehledně a s výbornou formální a jazykovou
úrovní. Diplomová práce řeší problematiku elektronické charakterizace grafenových vrstev pokrytých
Ga atomy.

Rešeršní část diplomové práce je shrnuta v první kapitole 1, která sumarizuje různé alotropní formy
uhlíku, zejména podrobný popis vlastností a výroby grafenu jako nosného materiálu diplomové práce.
Kapitola 2 se věnuje sumarizaci analytických a depozičních technik použitých v diplomové práci, a to
zejména Ramanova spektroskopie, RBS, laserová litografie a techniky růstu (MBE, cVD).

Experimentální část diplomové práce začíná kapitolou 3, která se věnuje přípravě vzorků a popisu
vakuové aparatury pro elektrickou charakterizaci grafenu. Vyhodnocení dosažených výsledků je
shrnuto v kapitole 4.

V diplomové práci je důleŽité pozitivně vyzdvihnout technologickou a časovou komplexnost přípravy
grafenu jako i provedení samotného elektrického měření.

V textu jsou dostatečně uvedeny citace, práce je stručná a nevzniká pocit zbytečné duplicity opakování
textů, apod.

Ve všeobecnosti předloŽená diplomová práce je dokladem toho, Že bakalářský student J. Piastek zvládl
zadanou tematiku diplomové práce a projevil schopnost zvládnout téma v širším kontextu - tj.
technologie přípravy grafenových vzorků vhodných pro elektrická měření, návrh měřícího systému
v UHV podmínkách, realizace měření a vyhodnocení získaných dat.

Připomínky a otázky k eventuálnímu zodpovězení při obhajobě:

Z formálního hlediska se v práci vyskytují následovné nedostatky a nepřesnosti:

-Str. 3: uhlík vytváří 2 polymerní formy grafit a diamant

-obr. 1.10 - chybná měrka (namísto 0,05 nm má být 0.5 nm)

-chybějící nebo nadbytečná mezera ("space bar")

-chybějící jednotky v rovnicích

-nejednotnost textu v tloušťce SiO2

-drobné překlepy a gramatické chyby

-obr.2.1- anti-Stokesuv rozptyl je v daném měřítku nesprávně uveden

-obr.2.2 - Ramanova spektra nejsou konzistentní ve vlnočtech

-Str. 18 - disociace vodíku ohřevem není jasná

-nepřesnost nebo neznalost někteých pojmů (mobilita, "prosakovaní elektronů" (str. 32), naměřená
data opatřená šumem, depozice atomárňího vodíku ...)

-popis obr. 4.3 - uvedena teplota Žíhaní 150 C ale v textu je uvedeno 175 C (str. 34, vzorek č. 2)
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání B
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita C
Schopnost interpretovat dosaž. vysledky a vyvozovat z nich závěry C
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii C
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis C
Práce s literaturou včetně citací B
Topics for thesis defence:
  1. Vysvětlete disociaci vodíku ohřevem (str. 18), uvedená se jeví jako 41 nesprávná.
  2. Jak jste nanesl HMDS a jaké tloušťky byl?
  3. V textu práce (str. 39) je uvedeno, že po 2 s depozice Ga je konc. dvojnásobná a odvoláváte se na obr. 4.8. Můžete okomentovat časovou závislost koncentrace Ga na čase?
  4. Modifikace vrstvy grafenu v atmosféře atomárního vodíku - pozorovali jste změnu Ramanovho spektra? KdyŽ jste ho neměřili, můžete se vyjádřit, co by se mělo očekávat?
  5. V rámci vysoké časové náročnosti na stavbu měřícího zařízení a jeho optimalizaci můžete komentovat jakou spoluúčastí jste se podílel na stavbě a na návrhu měřicího systému, samotného provedení analytických a měřících experimentů?
  6. Uveďte, v jakých tematických oblastech uvedená práce může pokračovat?

Grade proposed by reviewer: C

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová