bakalářská práce

Příprava a analýza nanostruktur v podmínkách UHV

Text práce 6.52 MB

Autor práce: Ing. Jonáš Gloss

Ak. rok: 2011/2012

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

Oponent: prof. RNDr. Jiří Spousta, Ph.D.

Abstrakt:


Cílem této bakalářské práce bylo skoumání přípravy a analýzy nanostruktur v podmínkách vysokého vakua (VV).
Teoretická část klade důraz na gallium nitridové (GaN) nanostruktury. Ty pak byly analyzovány rastrovacím tunelovacím mikroskopem (RTM).
Aby bylo možné analyzovat připravené vzorky ve VV RTM, bylo provedeno elektrochemické leptání wolfrámového drátu. Tato práce zhrnuje postup k vytvoření wolfrámových hrotů pro RTM.
Kapitola o výrobě wolfrámových hrotů zahrnuje popis princípu elektrochemického leptání. Obrázky vyleptaných hrotů byly provedeny pomocí rastrovacího elektronového mikroskopu. Zaostřování hrotů pak bylo vykonáno fokusovaným iontovým svazkem. V této práci je také představena metoda pro opětovné ostření RTM hrotů elektronovým svazkem, vykonávaná in-situ. Bylo dokázáno, že je možné rutinně obdržet wolfrámové hroty s poloměrem křivosti rádovo v nanometrech.

Klíčová slova:

STM, SPM, Elektrochemicé leptání, SEM, FIB, wolfrámové hroty, GaN, UHV, MBE

Termín obhajoby

19.06.2012

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znamkaDznamka

Klasifikace

D

Jazyk práce

angličtina

Fakulta

Ústav

Studijní program

Aplikované vědy v inženýrství (B3A-P)

Studijní obor

Fyzikální inženýrství a nanotechnologie (B-FIN)

Složení komise

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)

Student se v rámci bakalářské práce aktivně podílel na studii problematiky AFM a STM. Během bakalářské práce byly zahájeny práce směřující k měření povrchu pomocí STM v UHV podmínkách. Bylo zprovozněno měření STM v atmosférických podmínkách. Byla opětovně zprovozněna aparatura k přípravě STM hrotů. Série získaných hrotů byla studována pomocí metody SEM. Některé hroty byly také modifikovány fokusovaným svazkem iontů.  Tyto hroty byly testovány za atmosférických podmínek při měření STM. Jednalo se o první kroky ve snaze získat možnost analýzy povrchu pomocí STM v UHV podmínkách na Ústavu fyzikálního inženýrství. Získané znalosti budou využity k dalšímu rozvoji metody STM. Práce studenta byla snaživá. Nicméně se nepodařilo provést měření v UHV podmínkách a to jak z důvodu časových, tak i z nefunkčnosti navrženého držáku vzorku. Kladně hodnotím odvahu studenta psát práci v anglickém jazyce. Proto lze konstatovat, že student splnil úkoly zadání, navíc projevoval zájem o danou problematiku.
Kritérium hodnocení Známka
Splnění požadavků a cílů zadání C
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosažené vysledky a vyvozovat z nich závěry D
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti C
Grafická, stylistická úprava a pravopis C
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu B

Známka navržená vedoucím: C

Student svoji práci napsal v angličtině, což považuji za velmi přínosné. Bohužel mi při studiu jeho práce připadá, že se dostal při jejím řešením do časového skluzu, který se mu nepodařilo dohnat. Z práce je totiž patrno, že student nestihl vše, co bylo obsahem zadání jeho práce – v rešeršní části není zmínka o způsobu a analýze příprav 3D – 0D nanostruktur v podmínkách UHV, je zde pouze zmíněna možnost přípravy tenkých GaN vrstev pomocí metod MBE a LEIS. Chybí mi například krátký přehled litografických technik, užívaných třeba i na ÚFI k přípravě nanostruktur. Další část rešerše, věnovaná úvodu do analytických technik, se soustřeďuje na metodu STM (velmi povrchně i na AFM) a zcela opomíjí ostatní užívané techniky (např. SNOM apod. na ÚFI dostupné). V experimentální části práce měly být dle zadání připraveny 2D až 0D nanostruktury. Autor se však v této převážně věnuje přípravě wolframových hrotů STM metodou leptáním v KOH a srovnáním jejich užitných vlastností s hroty Pt/Ir, které připravil stříháním. Práce navazuje na výsledky, jichž na ÚFI dosáhli jiní studenti, viz např. bakalářská práce J. Jonnera Příprava hrotů pro rastrovací tunelový mikroskop STM - statická a dynamická leptací metoda (FSI 2007/2008), která ovšem není citována v seznamu použité literatury. Třetí bod zadání – provedení analýzy připravených nanostruktur metodou SPM, případně dalšími metodami – je v práci popsán na 33 řádcích a jedné straně s obrázky, které jsou v práci popsány konstatováním, že nevykazují žádné spojitosti.
Vlastní přínos studenta spočíval v rozšíření metody leptání STM hrotů o jeho počítačové řízení a zaznamenávání průběhu program LabView (ve spolupráci s Ing. M. Paverou) a leptání hrotů pomocí metody FIB (ve spolupráci s Ing. T. Šamořilem). Cenným dosaženým výsledkem je i konstatování, že wolframové hroty velmi rychle degradují a stávají se nepoužitelnými pro měření tunelových proudů v laboratorních podmínkách, pravděpodobně vznikem nevodivé oxidové vrstvy. Tento problém odpadá při jejich užití v podmínkách UHV, k tomu ale bohužel nedošlo (nejspíš kvůli objektivním důvodům, v práci ovšem nezmíněných). Cením si i návrhu procedury, která by tuto kontaminaci mohla průběžně odstraňovat elektronovým bombardem v UHV. Student mnohde uváděl výsledky – grafy, obrázky apod., které v textu příliš nekomentoval a jejich uvedení pak působí samoúčelně. Je možné, že k tomuto došlo proto, že je práce psána anglicky a vyjadřovací schopnosti jsou v cizím jazyce přece jen omezenější.
Formální stránka práce je pouze dostatečná, vyskytuje se v ní velké množství překlepů, pravopisných chyb, které mnohdy brání správnému pochopení textu. Odkazy na obrázky se mění během textu od Fig. na figure, některé popisky u obrázků dokonce chybějí (např. obr. 2.5), jinde jsou neúplné, případně zavádějící (obr. 3.1. nezobrazuje Omicron SPM UHV head, jak je v popisku uvedeno). Na straně 14 se nachází izolovaně slovo IMPROVE. Slovosled je mnohdy český (slovenský) pouze jednotlivá slova jsou přeložena do angličtiny. Slovo dependant (zhusta v práci užívané) má jiný význam než dependent (které měl autor nejspíš na mysli). V českém abstraktu se vyskytují tři slovenská slova (skoumání, wolfrámové, rádovo). To vše se dá pochopit, pokud student podřídí svým schopnostem i možnostem plánování experimentální práce a závěrečné redakce bakalářské práce - rozhodně by neuškodilo pečlivější čtení třetí osobou, která by poskytla tolik potřebnou zpětnou vazbu toho, zda je text pochopitelný i čtenáři, který není podrobně s danou tématikou obeznámen. Navrhuji známku D.
Kritérium hodnocení Známka
Splnění požadavků a cílů zadání D
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod C
Vlastní přínos a originalita D
Schopnost interpretovat dosaž. vysledky a vyvozovat z nich závěry D
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti D
Grafická, stylistická úprava a pravopis D
Práce s literaturou včetně citací C
Otázky k obhajobě:
  1. Proč nebyly leptané wolframové hroty užity při UHV STM měření vlastností GaN vrstev, připravených autorem přímo in situ, tedy v UHV komoře (viz zadání bakalářské práce)?
  2. Jakou má jednotku teplotní vodivost GaN (viz Tab. 2.1)?
  3. Odkud pochází přístroj na chemické leptání hrotů STM na obr. 4.3? Jaká byla úloha autora při konstrukci vibrační verze přístroje a proč nebylo zařízení dále testováno?
  4. Co znamenají přímky v grafech na obr. 4.7 a 4.10?
  5. Detailně popište obr. 4.23 a 4.24. Co jednotlivé obrázky znamenají, proč byly uvedeny zrovna tyto, o čem mají čtenáře přesvědčit?

Známka navržená oponentem: D

Odpovědnost: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová