|
|
Non-Destructive Local Diagnostics of Optoelectronic Devices
Sobola, Dinara ; Pína,, Ladislav (oponent) ; Pinčík,, Emil (oponent) ; Tománek, Pavel (vedoucí práce)
To obtain novel materials for emerging optoelectronic devices, deeper insight into their structure is required. To achieve this, the development and application of new diagnostic methods is necessary. To contribute to these goals, this dissertation thesis is concerned with local diagnostics, including non-destructive mechanical, electrical and optical techniques for examining the surface of optoelectronic devices and materials. These techniques allows us to understand and improve the overall efficiency and reliability of optoelectronic device structures, which are generally degraded by defects, absorption, internal reflection and other losses. The main effort of the dissertation work is focused on the study of degradation phenomena, which are most often caused by both global and local heating, resulting in increased diffusion of ions and vacancies in the materials of interest. From a variety of optoelectronic devices, we have chosen two representative devices: a) solar cells - a large p-n junction device, and b) thin films - substrates for micro optoelectronic devices. In both cases we provide their detailed surface characterization. For the solar cells, scanning probe microscopy was chosen as the principal tool for non-destructive characterization of surface properties. This method is described, and both positive and negative aspects of the methods used are explained on the basis of literature review and our own experiments. An opinion on the use of probe microscopy applications to study solar cells is given. For the thin films, two interesting, from the stability point of view, materials were chosen as candidates for heterostructure preparation: sapphire and silicon carbide. The obtained data and image analysis showed a correlation between surface parameters and growth conditions for the heterostructures studied for optoelectronic applications. The thesis substantiates using these prospective materials to improve optoelectronic device performance, stability and reliability.
|
|
|
Lokální optické a elektrické charakteristiky optoelektronických součástek
Škarvada, Pavel ; Hrabovský, Miroslav (oponent) ; Lazar, Josef (oponent) ; Tománek, Pavel (vedoucí práce)
Konverze solární energie a miniaturizace polovodičových součástek a s tím spojená životnost, spolehlivost a účinnost zařízení jsou základní premisy této práce. Práce je zaměřena na studium a nedestruktivní diagnostiku optoelektronických součástek, především solárních článků. Ty jsou výhodné pro studium především proto, že mají přístupný pn přechod blízko povrchu a obsahují značné množství nehomogenit. Vzhledem k rozměrům nehomogenit bylo ještě donedávna obtížné zkoumat jejich lokální fyzikální (tj. elektrické a optické) charakteristiky, které by umožnily lépe pochopit jejich chování. Vybudování vlastního měřicí pracoviště, které splňuje specifické požadavky pro oblast měření lokálního optického vyzařování a lokálně indukovaného proudu, umožnilo dosáhnout lokalizaci a detekci nehomogenit s rozlišením přibližně 100 nm. Jádrem práce je charakterizace nedokonalostí s využitím nedestruktivních technik, a to nejen z makroskopického hlediska, ale především v mikroskopickém měřítku s využitím sondové mikroskopie. Nedílnou součást práce tedy tvoří studium problematiky charakterizačních technik pro optoelektronické součástky, studium mikroskopických technik, především sondových a problematika zpracování naměřených dat. Pro účely mikroskopické charakterizace je použit mikroskop se skenující sondou v blízkém optickém poli, který kromě morfologie povrchu umožňuje zkoumat také lokální optické, optoelektrické a elektrooptické vlastnosti struktur ve vysokém prostorovém rozlišení. Z makroskopického hlediska jsou v rámci práce zkoumány vzorky s využitím techniky lokálně indukovaného proudu, voltampérových charakteristik vzorků, emise ze závěrně polarizovaných vzorků ale i jejich teplotních závislostí. Společným využitím těchto technik je možné lokalizovat defekty a nehomogenity struktury, které byly následně podrobeny kompozitní analýze a dále zobrazeny s využitím elektronové mikroskopie. Mezi konkrétní výstupy práce patří specifikace možností využití nedestruktivních charakterizačních technik pro studium optoelektronických součástek a zvláště pak pro klasifikaci jejich defektů. Dále jsou formou metodiky popsány experimentální charakterizační techniky a postupy charakterizace defektů. Klíčovým výstupem je katalog objevených typů defektů, ve kterém jsou ukázány konkrétní defekty vzorků a jejich lokální vlastnosti v mikroskopickém měřítku společně s popisem jejich vlivu na celý vzorek.
|
|
|
Study of Thin-Film Surfaces
Trivedi, Rutul Rajendra ; Fejfar, Antonín (oponent) ; Klapetek, Petr (oponent) ; Šikola, Tomáš (oponent) ; Čech, Vladimír (vedoucí práce)
doctoral thesis deals with the study of surface properties of single-layer and multilayer thin films deposited from of vinyltriethoxysilane and tetravinylsilane monomers. It also deals with adhesion characterization of single layer tetravinylsilane films. The plasma polymerized thin films were prepared under steady-state deposition conditions on polished silicon wafers using plasma-enhanced chemical vapor deposition. The surface properties of the films were been characterized by different scanning probe microscopy methods and nanoindentation techniques such as conventional depth-sensing nanoindentation and load-partial-unload (cyclic) nanoindentation. While, the nanoscratch test was used to characterize the film adhesion properties. Single layer films prepared at different deposition conditions were characterized with respect to surface morphology and mechanical properties (Young’s modulus and hardness). The results of surface morphology, grain analysis, nanoindentation, finite elemental analysis and modulus mapping helped to know the hybrid nature of single layer films that were deposited at higher powers of RF-discharge. A novel approach was used in surface characterization of multilayer film by scanning probe microscopy and nanoindentation. The adhesion behavior of plasma polymer films of different mechanical properties and film thickness were analyzed by normal and lateral forces, friction coefficient, and scratch images obtained by atomic force microscopy.
|
|
|
Analýza lokálních vlastností povrchu solárních článků
Lipr, Tomáš ; Macků, Robert (oponent) ; Škarvada, Pavel (vedoucí práce)
Tato práce se zabývá metodou optické mikroskopie v blízkém poli a jejího využití při zkoumání lokálních optických vlastností povrchové struktury solárních článků. Popisuje nejčastější artefakty vznikající při tomto měření. Věnuje se problematice měření elektrické odezvy solárního článku na lokální osvětlení povrchu solárního článku. V práci je řešena problematika řádkové synchronizace voltmetru s mikroskopem NTEGRA při měření elektrické odezvy.
|
|
|
Využití měřicí metody SPM v technologii výroby krystalických solárních článků
Mojrová, Barbora ; Boušek, Jaroslav (oponent) ; Hégr, Ondřej (vedoucí práce)
Tato práce se zabývá využitím technik mikroskopie atomárních sil (AFM) a mikroskopie Kelvinovou sondou (KPFM) ve výrobě solárních článků. Obě techniky zjišťují požadované vlastnosti povrchu pomocí silových interakcí mezi ním a hrotem, jež postupně skenuje celý povrch vzorku. Mikroskopie atomárních sil umožňuje trojrozměrné zobrazení struktury povrchu. Mikroskopie Kelvinovou sondou se využívá pro měření kontaktního potenciálu povrchu a vrstev těsně pod ním. V práci jsou popsána experimentální měření topografie pomocí AFM u monokrystalických i multikrystalických substrátů po různých procesech leptání. Pomocí KPFM byl měřen kontaktní potenciál na struktuře selektivního emitoru a na pasivačních a antireflexních vrstvách PSG, SiOX, SiNX a Al2O3. Všechny experimenty popsané v této práci probíhaly na pracovišti společnosti Solartec s.r.o. a plně korespondují se současnou technologií výroby krystalických solárních článků.
|
|
|
Improvement of control and analysis techniques of a SPM model
Štefko, Marcel ; Nováček, Zdeněk (oponent) ; Šulc, Dalibor (vedoucí práce)
This Bachelor Thesis is focused on development of a model of an atomic force microscope (AFM). First part of the thesis is research of already existing analogies between macroscopic phenomena and phenomena connected to scanning probe microscopy. A suitable analogy was chosen and implemented into an existing AFM model. A single-board computer was integrated into the model to enable control without connecting an external computer. In final chapters, probe behaviour and analogies between the model and real atomic force microscopes are discussed.
|
|
|
Příprava hrotů pro rastrovací tunelový mikroskop STM - statická a dynamická leptací metoda
Jonner, Jakub ; Spousta, Jiří (oponent) ; Kostelník, Petr (vedoucí práce)
Tato bakalářská práce se zábývá konvenční statickou a dynamickou metodou elektrochemického leptání hrotů pro rastrovací tunelový mikroskop STM. Popisuje základní principy těchto dvou leptacích metod a konstrukční řešení zařízení pro leptání hrotů. V rámci této práce bylo provedeno rozsáhlé měření s cílem určit vliv leptacích parametrů na průběh a výsledek leptání. U konvenční statické metody byl testován vliv různé koncentrace roztoku KOH, hloubky ponoření konce wolframového drátu do leptacího roztoku a změny napětí. U dynamické metody byl testován vliv různé koncentrace roztoku KOH, velikosti průtoku a změny napětí. V závěru této práce jsou uvedeny ideální nastavení těchto parametrů a porovnány výsledky leptání pomocí statické a dynamické metody.
|
|
|
Scanning Probe Microscopy: Measuring on Hard Surfaces
Matějka, Milan ; Urbánek, Michal ; Kolařík, Vladimír
During a measurement by scanning probe microscopy (SPM) an image artifacts can appear in a measurement data. The source of image artifacts during an SPM measurement could be in parts of the SPM tool: mechanical system, piezoelectric crystal, scanner electronic. However, the main source of image artifact is the probe tip geometry and properties of the sample. For example, probe wearing, which occurs during the contact measurement on a sample with a hard surface, could result in heavy probe shape change, causing probe-related image artifacts. Measurement could appear problematic on a sample with periodical relief structure (e.g. gratings with sub 10 μm periodicity) prepared in hard materials (e.g. silicon), when the structure height is greater than about 500 nm. In this case, probe can easily get struck during the scanning, on the hard surface as well as at the high aspect ratio relief structure, causing image artifact thus reducing measurement quality.
|
|
|
Multiple Probe Photonic Force Microscopy
Jákl, Petr ; Šerý, Mojmír ; Zemánek, Pavel
Single beam optical trap (also known as optical tweezers) is created by a laser beam that is tightly focused by microscope objective with high numerical aperture. A dielectric particle in water medium is then dragged by optical forces to place of the highest optical intensity, i.e. to the laser beam focus. Photonic force microscopy (PFM) is a technique that utilizes optical tweezers for confining the local probe, usually a dielectric particle of a sub-micron diameter. I.e. PFM belongs to the of large family of scanning probe microscopy (SPM) techniques. We have used fluorescently labeled polymer sphere in order to conveniently measure the distance between the particle center and the focal point of the laser beam. To make the measurement more precise, we have measured two-photon-fluorescence, which is quickly decreasing with the probe-focus distance.
|
|
|
Electrochemical Applications of SPM
Janda, Pavel
The electrochemical scanning probe microscopy (EC SPM) operates in liguids represented by solutions of electrolytes. This technique requires specific instrumentation and approach different from ex situ SPM or UHV tunneling. Some aspects of in-situ application including both atomic force microscopy and tunneling in liquids are discussed.
|
host ::
RSS.