Bachelor's Thesis

Selective hydrogenation of graphene prepared by chemical vapour deposition

Final Thesis 3.03 MB

Author of thesis: Ing. Štěpán Kovařík

Acad. year: 2015/2016

Supervisor: doc. Ing. Miroslav Bartošík, Ph.D.

Reviewer: Ing. Zdeněk Nováček, Ph.D.

Abstract:

Controlled bandgap opening is one of the skills necessary for the application of graphene in electronics. The graphene hydrogenation is one of the possible ways to open the bandgap. In this work we deal with local hydrogenation of graphene prepared by chemical vapour deposition on a Si/SiO2 substrate. The hydrogenation was performed by atomic source of hydrogen and polymethyl methacrylate pattern was used for localization of hydrogenated structures on graphene. The pattern was prepared by electron beam lithography. The presence of structures formed by hydrogenated graphene was investigated by Raman spectroscopy, Kelvin probe force microscopy and PeakForce tunneling atomic force microscopy. All three methods have confirmed the local hydrogenation of graphene.

Keywords:

KPFM, AFM, graphene, hydrogenated graphene, PF-TUNA

Date of defence

22.06.2016

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Applied Sciences in Engineering (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. 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)
doc. Ing. Radek Kalousek, Ph.D. (člen)

Štěpán Kovařík velmi významně posunul práci v oblasti selektivní hydrogenace grafenu na ÚFI VUT, která se jeví jako slibná a jednoduchá možnost přípravy nanoelektronických struktur na grafenu litografickými metodami. Úspěšně selektivně hydrogenoval grafen pomocí atomárního zdroje vodíku a elektronovou litografií připravené PMMA masky, přičemž byl schopen hydrogenaci prokázat pomocí Kelvinovy silové mikroskopie, vodivostní atomární silové mikroskopie a Ramanovy spektroskopie. Jako vedoucí práce oceňuji především systematický přístup k hledání řešení, přesnou logicky konzistentní analýzu problematiky a orientaci na prokazatelné skutečnosti. Vynikající je rovněž schopnost studenta jít do hloubky problematiky, klást si základní fyzikální otázky a nacházet odpovědi. Bakalářská práce je napsána velmi pěkně a celkově je vynikajícím odrazovým můstkem pro další pokračování v této oblasti.
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 A
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Zdeněk Nováček, Ph.D.

Bakalářská práce Š. Kovaříka je věnována studiu grafenu a modifikaci jeho vlastností adsorpcí atomů vodíku. Jedná se o moderní a aktuálně studované téma, protože grafen je jedním z kandidátů na další rozvoj polovodičového průmyslu, který již dnes naráží na fyzikální limity využití křemíku.

Práce je rozdělena do šesti kapitol, včetně úvodu a závěru. V druhé a třetí kapitole se autor věnuje popisu experimentálních metod - Kelvinovy silové mikroskopie a Ramanovy spektroskopie. Stručný a přehledný popis metod, doplněný odkazy na relevantní literaturu, je adekvátní experimentálnímu zaměření práce. Čtvrtá část práce popisuje základní strukturu grafenu a změny šířky jeho zakázaného pásu energií vzniklé vlivem adsorbovaných vodíkových atomů. Jelikož je však jedním z bodů zadání literární rešerše uvedené problematiky, očekával bych podrobnější seznámení s dosavadním výzkumem v této oblasti a dříve publikovanými experimenty jiných autorů. Následující experimentální část představuje dosažené výsledky měření a je z ní patrné, že i přes omezený prostor pro prezentaci výsledků se autor podrobně seznámil s měřicími technikami a využil jejich potenciálu.

Po grafické a stylistické stránce je práce na velmi vysoké úrovni, i když se v ní vyskytuje několik drobných nedostatků. Když už autor využívá pro sazbu profesionálních nástrojů, měl by si ujasnit rozdíl v použití pomlčky a spojovníku (např. v definici všech zkratek, číselných rozsahů a pod.), a dále pak sazbu znaku % (8% - osmiprocentní vs. 4 % - čtyři procenta, např. str. 17). Pozor také na sazbu desetinné čárky a nechtěné mezery mezi ní a následující číslicí.

Přes popsané nesnáze s kontaminací vzorků při jejich pokrytí maskou a následné elektronové litografii autor získal množství užitečných výsledků, které přehlednou formou předkládá čtenáři. Text práce je výstižný a srozumitelný a po formální stránce splňuje nároky kladené na bakalářskou práci.

Autor splnil všechny body zadání.
Uvedenou bakalářskou práci doporučuji k obhajobě a navrhuji celkové hodnocení A.

Zdeněk Nováček
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita A
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. V experimentální části zmiňujete nestejnorodost kontaktních potenciálů v důsledku kontaminace vzorku vrstvou PMMA, použitou při elektronové litografii. Zároveň ale uvádíte, že krycí vrstva PMMA se využívá již při transferu grafenu z měděného substrátu na oxid křemičitý. Měla by tedy změna masky vůbec na tuto kontaminaci vliv? Existuje jiná metoda přenosu grafenu mezi substráty?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová