diplomová práce

Selektivní růst GaN nanostruktur na křemíkových substrátech

Text práce 8.32 MB

Autor práce: Ing. Miroslav Knotek

Ak. rok: 2014/2015

Vedoucí: Ing. Stanislav Voborný, Ph.D.

Oponent: Ing. Tomáš Novák

Abstrakt:

Tato práce se zabývá depozicí tenkých vrstev nitridu gallia na křemíkové substráty pokryté maskami z negativního rezistu HSQ. Rezist byl strukturován elektronovou litografií za účelem vytvoření masek, ve kterých bylo dosaženo selektivního růstu GaN krystalů. Růst vrstev GaN byl prováděn pomocí metody MBE. Byly studovány různé podmínky depozice pro dosažení požadovaného selektivního růstu.

Klíčová slova:

GaN, HSQ rezist, elektronová litografie, tenké vrstvy, povrchová difúze, selektivní růst.

Termín obhajoby

22.6.2015

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)

V diplomové práci Miroslav Knotek navázal na svoji bakalářskou práci, ve které jako první na našem ústavu začal pracovat s anorganickým rezistem s označením HSQ pro selektivní růst vrstev. Litografické struktury vytvářené na křemíkovém vzorku pomocí tohoto rezistu jsou následně použity pro selektivní růst nitridu gallia. Cílem diplomové práce byla optimalizace parametrů litografického a především depozičního procesu s cílem dosáhnout výrazné selektivity růstu krystalků GaN na rezistem definovaných místech. Snahou bylo pochopit děje, které se odehrávají při růstu těchto vrstev. Zadání práce se podařilo splnit, v litograficky definovaných oblastech vzorku je touto metodou možné vytvářet krystaly GaN různých velikostí. Podařilo se vysvětlit mechanismus růstu krystalů při opakovaných cyklech depozice, tedy opakovaném periodickém nanášení vrstvy gallia a následné nitridaci. Důležitým výsledkem je prokázání vlivu vrstvy SiN, která se vytváří na konci prvního cyklu experimentu, na difúzní délku gallia na povrchu. Amorfní vrstva SiN vede ke vzniku velkého množství neselektivně rostlých malých krystalků GaN. Tyto nežádoucí krystalky se nepodařilo změnou parametrů depozice odstranit.
Student prokázal samostatnost jak při přípravě litograficky upravených substrátů pro depozici, tak při vlastním vedení experimentu a následné analýze vzorku. Rychle se naučil používat poměrně složitou experimentální a analytickou techniku. Při plánování experimentů bylo nutno v některých případech mírnit snahu studenta často měnit předem dohodnuté parametry experimentu, byť s dobrým úmyslem, které v důsledku vedly k obtížnějšímu vzájemnému porovnání jednotlivých experimentů a vyvození závěrů.
Při revizi práce jsem nalezl poměrně malé množství chyb, které však nebyly faktického rázu. Práci 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 B
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 B

Známka navržená vedoucím: A

Posudek oponenta
Ing. Tomáš Novák

Diplomová práce Bc. Miroslava Knotka se zabývá atraktivním tématem růstu GaN nanostruktur na křemíkových substrátech. Na tomto poli bylo na ÚFI FSI VUT vypracováno již několik prací, kdy byly použity různé metody depozice GaN a také různě upravené substráty pro dosažení selektivity růstu. Autor sám se tomuto tématu věnoval již při bakalářském studiu a ve své diplomové práci navázal na předchozí experimentální činnost popsanou v jeho bakalářské práci. Cílem této diplomové práce byla příprava vzorků pro selektivní růst GaN pomocí HSQ rezistu strukturovaného elektronovou litografií, depozice GaN na připravené substráty a analýza výsledků. Autor všechny vytyčené cíle splnil.
Práce je logicky členěna, rozsah i náplň jednotlivých kapitol jsou zvoleny zcela adekvátně. První kapitola se věnuje materiálům, které student nanášel na připravené vzorky, tedy galliu a GaN. Ve druhé kapitole je popsán růst tenkých GaN vrstev s důrazem na selektivní růst. Ve třetí kapitole se autor věnuje přípravě vzorku a litografických struktur. Čtvrtá kapitola stručně popisuje dostupné analytické metody. Rozsahem nejdelší je pátá kapitola, která zahrnuje experimentální část.
Práce má výbornou grafickou úroveň, je napsána čtivě. Obsahuje jen malé množství chyb a jazykově je také na dobré úrovni. Diplomant prostudoval značné množství relevantní literatury, která je v textu práce správně citována. Velice kladně hodnotím komplexnost a systematičnost práce, kdy autor věnoval značné úsilí přípravným experimentům včetně pečlivé optimalizace litografického procesu, vyhodnocení různých způsobů úpravy Si substrátu či snahy o co nejlepší kontrolu teploty substrátu. Při depozicích Ga a GaN (stejně tak při přípravě vzorků) čelil mnohým problémům typickým pro experimentální práci tohoto charakteru, jako jsou závady na zařízeních a problémy plynoucí z velkého množství kroků nutných pro dosažení výsledků. I přes to bylo provedeno mnoho experimentů a bylo dosaženo velice zajímavých výsledků. Autor se věnuje především optimalizaci postupu depozice GaN pulsní metodou pomocí efúzní cely jako zdroje Ga a iontového děla jako zdroje nízkoenergiových dusíkových iontů. Při vhodných teplotách substrátu bylo dosaženo výrazné selektivity růstu, kdy GaN rostl pouze v místech mimo HSQ masky. Autor pozoroval a vysvětlil mechanismus vzniku větších GaN krystalků. Hlavní cíl této práce, dosažení selektivního růstu GaN, byl tedy splněn. Pro případné budoucí pokračování této práce by bylo vhodné najít způsob, jak odstranit vrstvu nativního oxidu z Si substrátu a zabránit jeho nitridaci, a tím zvýšit kvalitu nanesené GaN vrstvy či struktur, což by mohlo zesílit i fotoluminiscenční signál.K práci lze mít jen minimum výhrad, které jsou většinou formálního charakteru nebo mají povahu mírně nepřesných formulací. Na tabulku 1.1 s fyz, vlastnostmi GaN v kapitole 1.2 je v textu odkazováno, ale zasloužila by si bližší komentář, aby bylo zjevné, čím konkrétně je GaN fyzikálně vyjímečný. Stejně tak obrázek 1.2 v téže kapitole poskytuje zajímavé informace o III-V polovodičích, ale není blíže komentován. V odstavci o dopování GaN na str. 7 je nesprávně uvedeno žíhání GaN před dopováním Mg – materiál je dopován přímo během růstu a žíhá se až poté. V kapitole 2.4, str. 21, je epitaxní laterální přerůstání popsáno jako metoda selektivního růstu, i když se jedná spíš o aplikaci selektivního růstu pro redukci dislokací. Popisky grafů někdy obsahují zbytečně detailní popis jednotlivých křivek, kdy už ze samotné legendy grafu a také z textu je zjevné přiřazení křivek různým podmínkám (např. obr. 5.5  a obr. 5.15). Na straně 55 v kapitole 5.4 je odkazováno na obr. 5.23 místo 5.24.
Kvalita diplomové práce Bc. Miroslava Knotka svědčí o značném času a úsilí, které autor vyvinul. Uvedené drobné výhrady nijak nekazí velmi dobrý celkový dojem z diplomové práce. Práci doporučuji k obhajobě a hodnotím ji známkou výborně – A.
Kritérium hodnocení Známka
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosaž. vysledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A

Známka navržená oponentem: A