diplomová práce

Selektivní růst gallium-nitridových tenkých vrstev na substráty pokryté maskou z pyrolyzovaného rezistu

Text práce 9.5 MB

Autor práce: Ing. Tomáš Novák

Ak. rok: 2013/2014

Vedoucí: Ing. Stanislav Voborný, Ph.D.

Oponent: Ing. Petr Kostelník, Ph.D.

Abstrakt:

Tato práce se zabývá depozicí tenkých vrstev GaN aselektivním růstem Ga a GaN s využitím masek z pyrolyzovaného rezistu. Na křemíkových substrátech byly elektronovou litografií a pyrolýzou rezistu připraveny uhlíkové masky. Na substráty s maskami bylo poté metodou molekulární svazkové epitaxe (MBE) nanášeno Ga a GaN. Při depozicích Ga bylo dosaženo selektivní tvorby Ga ostrůvků, což bylo využito k růstu GaN krystalků metodou pulsní depozice. Experimenty také ukázaly, že přímou depozicí GaN metodou MBE lze na substráty s uhlíkovými maskami selektivně nanášet vrstvy GaN, kdy vrstva roste pouze v oblastech mimo masku. Výsledky vysvětluje zvýšená povrchová difúze gallia na povrchu uhlíkových masek.

Klíčová slova:

GaN, tenké vrstvy, selektivní růst, pyrolýza rezistu, amorfní uhlík, uhlíkové masky, Ga ostrůvky, Ga povrchová difúze

Termín obhajoby

22.10.2013

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znakmkaAznamka

Klasifikace

A

Jazyk práce

čeština

Fakulta

Ústav

Studijní program

Aplikované vědy v inženýrství (M2A-P)

Studijní obor

Fyzikální inženýrství a nanotechnologie (M-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)

Tomáš Novák si téma budoucí diplomové práce vybral samostatně při studijním pobytu v Birminghamu, kde se zabýval pyrolýzou plošně nanášených rezistů. Tuto práci po návratu rozšířil o litografickou přípravu masek z pyrolyzovaného rezistu se zaměřením na selektivní růst nanostruktur gallia a nitridu gallia. Tím navázal na svoji bakalářskou práci, kde zkoumal vlastnosti tenkých vrstev nitridu gallia při různých poměrech toků dusíkových iontů a galliových atomů na substrát. Oproti původním plánům se jednoznačně ukázalo, že rezist PMMA je pro pyrolýzu v podmínkách vakua nevhodný, protože se téměř beze zbytku z povrchu vzorku odpaří, zatímco fotorezist SU-8 po pyrolýze vytvoří na povrchu uhlíkovou vrstvu. Práce prokázala vhodnost použití této metody pro selektivní růst gallia a nitridu gallia, případně pro další materiály a domnívám se, že by bylo vhodné v této práci pokračovat.
Ačkoliv v zadání diplomové práce bylo uvedeno studium selektivního růstu nitridu gallia, ukázalo se být vhodné nejdříve zkoumat selektivní růst kovového gallia, se kterým již byly na našem ústavu zkušenosti, i když pro substráty připravené jiným způsobem. Diplomová práce tím byla rozšířena o zajímavé výsledky, které byly ještě přesvědčivější než v případě selektivního růstu nitridu gallia.
Tomáš Novák byl při experimentech a následném zpracování výsledků samostatný, při konzultacích bylo zřejmé, že má prostudovanou relevantní literaturu a z dosažených výsledků dokáže vyvozovat závěry.
Při závěrečné revizi jsem nalezl minimální množství chyb, které ovšem nebyly faktického rázu. Práci jednoznačně doporučuji k obhajobě a hodnotím ji stupně A.
Kritérium hodnocení Známka
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
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

Známka navržená vedoucím: A

Diplomant Bc. Tomáš Novák se ve své diplomové práci zabýval studiem možností selektivního růstu GaN na křemíkových substrátech za použití masek z pyrolyzovaného rezistu. Jak samotný materiál GaN a jeho růst na křemíku, tak i maskování povrchu pyrolyzovaným rezistem jsou velmi aktuální témata, aktivně studovaná vědeckou komunitou. Autor si vytýčil tři cíle práce: 1) rešerši metod přípravy tenkých vrstev GaN, 2) optimalizaci postupu přípravy masek z pyrolyzovaného rezistu a 3) depozici a analýzu růstu GaN na takto připravených substrátech. Po pročtení práce konstatuji, že autor všechny cíle bezezbytku splnil.
Práce obsahuje úvodní teoretickou část, ve které jsou popsány materiálové vlastnosti GaN, metody přípravy tenkých vrstev GaN, diskuze strukturních defektů a úvod do přípravy masek z pyrolyzovaného rezistu. Je patrné, že autor provedl dostatečnou rešerši relevantní literatury včetně důležitých monografií zabývajících se GaN. V experimentální části autor shrnuje své výsledky ze studia přípravy masek z pyrolyzovaného rezistu a depozice Ga a GaN na strukturované křemíkové substráty za použití LEIBA-MBE. Autorovi se podařilo optimalizovat proces pyrolýzy strukturovaného rezistu tak, aby dosáhl vysoké kvality masek a zamezil nežádoucímu leptání křemíkového substrátu.  Studiem depozice Ga za různých teplot substrátu bylo pozorováno, že lze dosáhnout selektivního shlukování kuliček kovového Ga na křemíkovém substrátu a okrajích masek z pyrolyzovaného rezistu. Toho bylo využito pro studium růstu GaN za použití pulsní a přímé depozice pomocí LEIBA-MBE. Autor prokázal možnost selektivního růstu GaN na křemíkovém substrátu vymezeném maskami z pyrolyzovaného rezistu. Je zřejmé, že dosažené výsledky najdou své uplatnění v dalším výzkumu selektivního růstu GaN nanostruktur a případně i tvorby epitaxních struktur GaN pomocí metody ELOG, který probíhá na ÚFI FSI VUT.
Práce je napsaná velmi čtivým způsobem s minimem překlepů a nepřesností. Její grafická stránka je na vysoké úrovni. Je jen škoda, že autor neměl dostatečný přístup k měřící aparatuře a kvalitním vzorkům různých typů rezistů tak, aby bylo možné získat komplexní pohled na růst GaN na křemíkovém substrátu strukturovaném pyrolyzovaným rezistem.
Práci doporučuji k obhajobě a hodnotím známkou výborně (A).
Kritérium hodnocení Známka
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 A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací B

Známka navržená oponentem: A