Bachelor's Thesis

Fabrication of graphene mid-infrared biosensor

Final Thesis 3.31 MB

Author of thesis: Ing. Pavel Gallina

Acad. year: 2015/2016

Supervisor: Ing. Jakub Sadílek

Reviewer: Ing. Miloš Hrabovský

Abstract:

The main subject of this bachelor's thesis was fabrication and measurement of response of graphene plasmonic biosensor prepared on flat and curved surfaces. Graphene produced by chemical vapour deposition (CVD) method was used for preparation of these sensors. The structures were fabricated using electron beam (EBL) and optical lithography, reactive ion etching (RIE) and magnetron sputtering. The resultant sensors were then observed in electron (SEM) and optical microscope, the topography was surveyed in atomic force microscope (AFM) and the measurement was carried out by Fourier transform infrared spectoscopy (FTIR).

Keywords:

graphene, biosensor, CVD, EBL, RIE, magnetron sputtering, SEM, AFM, FTIR

Date of defence

23.06.2016

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)

Supervisor’s report
Ing. Jakub Sadílek

Student Pavel Gallina vypracoval bakalářskou práci na téma „Příprava grafenového biosensoru s odezvou ve střední infračervené oblasti “.
V teoretické části práce se student zaměřil na stručný popis principů v současnosti studovaných biosensorů a jejich hlavních vlastností. Vzhledem k faktu, že práce byla zaměřena především na studium využití grafenu při přípravě biosensoru, tak student v této části krátce komentuje i výhodné vlastnosti grafenu v biosenorice. Student se dále zaměřuje především na literární rešerši aktuálního stavu výzkumu v oblasti biosensorů využívajícíh grafen jako detekčního nebo moderujícího elementu. V této části práce je nutno podotknout, že poskytované informace jsou úzce zaměřeny pouze na systém, který bude následně replikován v části experimentální a práce by si v dané oblasti zasloužila hlubšího rozšíření především pro možnost porovnání studovaného systému se systémy postavenými na jiných principech. Teoretická část práce je pak završena zevrubným popisem metod vhodných pro budoucí přípravu systému s plasmonickou odezvou ve střední infračervené oblasti (MIR).  Student tedy získal ucelený přehled o současných postupech přípravy, použitých materiálech i nezbytných metodách pro experimentální část práce.
V experimentální části práce je podrobně a přehledně rozebrán zvolený postup přípravy grafenového sensoru. V případě výrobní části jsou zvoleny inovativní postupy na kterých se student aktivně podílel nejen ve formě jejich finální realizace, ale i v případě jejich návrhu. Výsledky pak student zvládl okomentovat, vhodně obhájit i přicházet s návrhy budoucích změn a úprav vedoucích k lepšímu finálnímu výsledku. Při konzultacích student aktivně obhajoval vlastní rozhodnutí a zvládal dobře diskutovat i návrhy ostatních kolegů.
Odvedená práce přináší řadu inovativních přístupů, které bude možno snadno aplikovat v budoucím  výzkumu.
Naopak by se však studentovi mohl vytknout zpočátku poněkud laxní přístup vedoucí k jistému zpoždění průběhu práce, mající za následek velké zatížení studenta i kolektivu laboratoře v závěrečné části práce.
Práci celkově hodnotím stupněm výborně a doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání B
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 A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu C

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Miloš Hrabovský

Přínos této bakalářské práce je využití některých doposud námi nedoladěných a neprozkoumaných technologií výroby a přípravy vzorku. Je evidentní, že student problematice přípravy vzorků za pomocí elektronové litografie rozumí, přičemž za hlavní přínos práce považuji využití polymerního laku jako strukturovaného podkladu pro depozici dielektrické vrstvy, což mělo za následek vznik vlnitého povrchu vzorku.
Práce má i své negativa, nejvíce rušivým při čtení práce byla nekonsistentní úroveň a hloubka  rozebíraní některých témat. Určitá témata jsou rozebíraná do hloubky úrovně konstrukčních bakalářských práci (např. Konstrukce SEM, AFM a FTIR)  a některé témata jsou opsaná jenom velice obšírně a nezodpovídají aplikované fyzice (např. Metody charakterizace za pomoci SEM a AFM).
V bakalářské práci je navíc evidentní změna stylu psaní určitých odstavců napovídající o vysoké míře zásahu a oprav od třetích osob.
Chybí také hlubší porovnání výsledku z SEM, AFM a FTIR měření a závěr dost silné připomíná shrnutí výsledku, práce by si zasloužila při nejmenším propracovanější  závěr.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání B
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. vysledky a vyvozovat z nich závěry C
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací B
Topics for thesis defence:
  1. Popište interakce světla s grafenovou vrstvou a původ D, G a 2D píku v Ramanovem spektru grafenu.
  2. Vysvětlete fyzikální princip metody EBSD a zkuste předvídat výsledky těchto typů měření na vašich vzorcích.
  3. Vysvětlete a popište predpokládaný vznik plasmonové rezonance grafen na vašem vzorku v IR spektru.

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová