Master's Thesis

The hydrogen modification of the graphene structures for field effect transistors

Final Thesis 8.85 MB

Author of thesis: Ing. Markéta Kurfürstová

Acad. year: 2015/2016

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

Reviewer: RNDr. Jan Čermák, Ph.D.

Abstract:

This master’s thesis is focused on the subject of graphene modified with atomic hydrogen
and its electronic transport properties. Structural and electronic properties of graphene
and hydrogenated graphene are compared in the theoretical part of the thesis. The Raman
spectroscopy technique is described, including characterization of typical Raman spectra
of both unmodified and modified graphene. Samples used during experimental part of
the thesis are prepared via laser and electron lithography, and are set to be measured
in a vacuum chamber. Subsequently, electronic transport properties are measured before
and after hydrogen modification of graphene. Finally, hydrogenated graphene is irradiated
using electron beam and changes in its structure are analyzed with Raman spectroscopy
techniques.

Keywords:

graphene, hydrogenated graphene, graphane, doping, electron beam lithography, transport
properties

Date of defence

20.06.2016

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)
prof. RNDr. Eduard Schmidt, CSc. (člen)

Supervisor’s report
doc. Ing. Jindřich Mach, Ph.D.

Studentka se v rámci diplomové práce aktivně podílela na realizaci experimentů směřujících k přípravě grafenových nanostruktur ovlivněných atomárním vodíkem vhodných k přípravě polem řízených tranzistorů. V rámci diplomové práce byly litografickou metodou připraveny zlaté elektrody, které při pokrytí CVD grafenem umožnily dvou bodovou metodou měření jeho transportních vlastností. Měření bylo prováděno zejména v UHV podmínkách, kde byla také studována interakce grafenu s atomy vodíku. Takto modifikované vrstvy byly také studovány užitím metod SEM, a Ramanovou spektroskopií. Výsledky budou využity při dalším studiu modifikovaných grafenových vrstev. Práce studentky byla intenzivní, samostatná a přesahovala rámec zadání. Proto lze konstatovat, že studentka splnil všechny úkoly zadání. Projevovala nadměrný zájem o danou problematiku a při práci si počínala snaživě.
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 A
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu B

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
RNDr. Jan Čermák, Ph.D.

Diplomová práce popisuje studium hydrogenace grafénu a následnou stabilitu při expozici elektronovému svazku. První část je věnována popisu vlastností grafénu, jeho přípravy a možné modifikací vodíkovými atomy. V další části je uveden princip Ramanovy spektroskopie se zdůrazněním popisu Ramanova spektra grafénu. Dále následuje popis metody přípravy vzorků grafénu a experimentální část shrnující pozorované vlastnosti hydrogenovaného grafénu. 
Úvodní a rešeršní část práce je sepsaná pečlivě a srozumitelně s nadhledem potvrzujícím dobré porozumění problematiky autorkou. V experimentální části oceňuji popis problémů s přípravou vzorků (nekvalitní SiO2 vrstva od komerčního dodavatele, porušování oxidové vrstvy Wire Bonderem) a jejich vyřešení vlastními silami.  Kromě mírně chaotického značení sub-obrázků v Obr. 6.5 práce obsahuje minimum formálních a gramatických chyb. Závěr výstižně a srozumitelně shrnuje obsah a dosažené výsledky práce. Popsané výsledky naplňují zadání práce. Z výše uvedených důvodů doporučuji práci k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. vysledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii C
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. V popisu Ramanova spektra grafénu (kapitola 3.1) je zmiňovaná excitace elektronu z valenčního do vodivostního pásu, což je přinejmenším zavádějící tvrzení. Ramanův rozptyl je obecně popisován excitací mezi základní a virtuální hladinou, které zahrnují např. i vibrační stavy vazeb mezi atomy. Může autorka podat k danému tématu krátký komentář?
  2. 2. Na Ramanových mapách v obrázku 6.5 jsou jak intenzita (obsah pod pásem) D pásu tak i poměr D/G odlišné na zlatých elektrodách oproti grafénu mimo elektrody. Proč? Znamená to, že je grafén na zlatě kvalitnější?
  3. 3. V úvodu je zmíněna motivace výzkumu jako úprava struktury energetických hladin grafénu pro vysokofrekvenční tranzistory. Jaké jsou možnosti takového uplatnění hydrogenovaného grafénu, když se s hydrogenací zvyšuje jeho elektrický odpor a snižuje se pohyblivost nosičů náboje?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová