|
|
Towards highly-doped Ge and ZnO nanowires: Growth, characterization and doping level analysis
Pejchal, Tomáš ; Mikulík,, Petr (oponent) ; Grym,, Jan (oponent) ; Kolíbal, Miroslav (vedoucí práce)
Highly-doped semiconductor nanowires represent a promising class of nanostructures with prospective applications in electronics, optoelectronics or bio-sensing. This thesis is focused on the growth and in-depth characterization of germanium and zinc oxide nanowires, with the aim of acquiring high doping levels. The first part of the thesis deals with the growth of germanium nanowires via the vapour–liquid–solid (VLS) process. Several factors impacting the nanowire growth and morphology are described – the composition of the catalytic particle, the role of surface adsorbates and the incorporation of atoms from the catalyst into the nanowire. The nanowires are grown from gold nanoparticles either in ultra-high vacuum (the MBE-like process) or in the presence of atomic-hydrogen vapour (mimicking the CVD process), resulting in dissimilar nanowire morphology and growth direction. The combined effect of atomic hydrogen adsorption and gold catalyst spreading is revealed – being the key element explaining the difference in nanowire morphology when MBE and CVD growth techniques are utilised. Further, the Ge nanowire growth from group-III-containing catalysts is studied, with the intention of doping the nanowires via the incorporation of atoms from the catalyst droplet. The in-situ prepared alloyed Au–Ga catalyst is found to be applicable for germanium out-of-plane nanowire growth – although the catalyst stability is lower than for pure Au. Despite a high dopant concentration in the catalyst, no gallium incorporation into the nanowire is observed. Hence, this method of nanowire doping is proved unsuitable for the material system selected. The third part of the thesis covers the characterization of ZnO nanowires and the development of a protocol for their diffusional doping with gallium. The impact of nanowire annealing on the concentration of oxygen vacancies (VO) is demonstrated – annealing in H2O2 gas decreases the VO concentration, compared with annealing in high vacuum. Further, Ga incorporation into ZnO nanowires is documented with in-situ SEM when annealed above 350 °C. Moreover, gallium-induced decomposition of ZnO nanowires is observed above 450 °C. The concentration and spatial distribution of Ga within the nanowires is assessed using STEM EDS and a theoretical model for Ga diffusion. The correlation between the VO concentration and the Ga incorporation into ZnO is found. Gallium concentration in the order of 10^21 cm^-3 is reached in the nanowires – demonstrating the suitability of the presented diffusional-doping method for achieving high Ga doping levels needed for prospective bio-sensing applications in the IR region.
|
|
|
Modelové katalyzátory na bázi oxidu ceru
Aulická, Marie ; Veltruská, Kateřina (vedoucí práce) ; Nemšák, Slavomír (oponent) ; Švec, Martin (oponent)
Tato práce se zabývá přípravou tenkých vrstev oxidu ceru na monokrystalu Cu s povrchem (110). Fyzikálně-chemické vlastnosti tohoto systému byly studovány metodami fyziky povrchů (XPS, UPS, ARUPS, LEED, LEEM a STM). První část práce se zabývá studiem interakce monokrystalu Cu(110) s kyslíkem. Byly zjištěny podmínky, za kterých dochází ke vzniku kyslíkových rekonstrukcí O(2x1) a Oc(6x2). Dále byly popsány a diskutovány různé způsoby přípravy vrstev CeOx. Byl vyvinut postup, kterým lze spojitě měnit stechiometrii vrstev oxidu ceru od CeO2 do Ce2O3 změnou koncentrace kyslíkových vakancí. Byl pozorován vznik tzv. spill-overu na měděném substrátu. Bylo zjištěno, že na rozhraní měd'-oxid ceru dochází k přeuspořádání měděnného substrátu a tvorbě fazet Cu(13 13 1), na kterých potom roste vrstva CeOx formou tzv. Carpet-like růstu. Byla studována interakce tohoto systému s platinou. Na závěr byl studován vysokoteplotní růst vrstev CeOx a pozorován vznik roviny (110) oxidu ceru. 1
|
|
|
Towards highly-doped Ge and ZnO nanowires: Growth, characterization and doping level analysis
Pejchal, Tomáš ; Mikulík,, Petr (oponent) ; Grym,, Jan (oponent) ; Kolíbal, Miroslav (vedoucí práce)
Highly-doped semiconductor nanowires represent a promising class of nanostructures with prospective applications in electronics, optoelectronics or bio-sensing. This thesis is focused on the growth and in-depth characterization of germanium and zinc oxide nanowires, with the aim of acquiring high doping levels. The first part of the thesis deals with the growth of germanium nanowires via the vapour–liquid–solid (VLS) process. Several factors impacting the nanowire growth and morphology are described – the composition of the catalytic particle, the role of surface adsorbates and the incorporation of atoms from the catalyst into the nanowire. The nanowires are grown from gold nanoparticles either in ultra-high vacuum (the MBE-like process) or in the presence of atomic-hydrogen vapour (mimicking the CVD process), resulting in dissimilar nanowire morphology and growth direction. The combined effect of atomic hydrogen adsorption and gold catalyst spreading is revealed – being the key element explaining the difference in nanowire morphology when MBE and CVD growth techniques are utilised. Further, the Ge nanowire growth from group-III-containing catalysts is studied, with the intention of doping the nanowires via the incorporation of atoms from the catalyst droplet. The in-situ prepared alloyed Au–Ga catalyst is found to be applicable for germanium out-of-plane nanowire growth – although the catalyst stability is lower than for pure Au. Despite a high dopant concentration in the catalyst, no gallium incorporation into the nanowire is observed. Hence, this method of nanowire doping is proved unsuitable for the material system selected. The third part of the thesis covers the characterization of ZnO nanowires and the development of a protocol for their diffusional doping with gallium. The impact of nanowire annealing on the concentration of oxygen vacancies (VO) is demonstrated – annealing in H2O2 gas decreases the VO concentration, compared with annealing in high vacuum. Further, Ga incorporation into ZnO nanowires is documented with in-situ SEM when annealed above 350 °C. Moreover, gallium-induced decomposition of ZnO nanowires is observed above 450 °C. The concentration and spatial distribution of Ga within the nanowires is assessed using STEM EDS and a theoretical model for Ga diffusion. The correlation between the VO concentration and the Ga incorporation into ZnO is found. Gallium concentration in the order of 10^21 cm^-3 is reached in the nanowires – demonstrating the suitability of the presented diffusional-doping method for achieving high Ga doping levels needed for prospective bio-sensing applications in the IR region.
|
|
|
Modelové katalyzátory na bázi oxidu ceru
Aulická, Marie ; Veltruská, Kateřina (vedoucí práce)
Tato práce se zabývá přípravou tenkých vrstev oxidu ceru na monokrystalu Cu s povrchem (110). Fyzikálně-chemické vlastnosti tohoto systému byly studovány metodami fyziky povrchů (XPS, UPS, ARUPS, LEED, LEEM a STM). První část práce se zabývá studiem interakce monokrystalu Cu(110) s kyslíkem. Byly zjištěny podmínky, za kterých dochází ke vzniku kyslíkových rekonstrukcí O(2x1) a Oc(6x2). Dále byly popsány a diskutovány různé způsoby přípravy vrstev CeOx. Byl vyvinut postup, kterým lze spojitě měnit stechiometrii vrstev oxidu ceru od CeO2 do Ce2O3 změnou koncentrace kyslíkových vakancí. Byl pozorován vznik tzv. spill-overu na měděném substrátu. Bylo zjištěno, že na rozhraní měd'-oxid ceru dochází k přeuspořádání měděnného substrátu a tvorbě fazet Cu(13 13 1), na kterých potom roste vrstva CeOx formou tzv. Carpet-like růstu. Byla studována interakce tohoto systému s platinou. Na závěr byl studován vysokoteplotní růst vrstev CeOx a pozorován vznik roviny (110) oxidu ceru. 1
|
|
|
Modelové katalyzátory na bázi oxidu ceru
Aulická, Marie ; Veltruská, Kateřina (vedoucí práce) ; Nemšák, Slavomír (oponent) ; Švec, Martin (oponent)
Tato práce se zabývá přípravou tenkých vrstev oxidu ceru na monokrystalu Cu s povrchem (110). Fyzikálně-chemické vlastnosti tohoto systému byly studovány metodami fyziky povrchů (XPS, UPS, ARUPS, LEED, LEEM a STM). První část práce se zabývá studiem interakce monokrystalu Cu(110) s kyslíkem. Byly zjištěny podmínky, za kterých dochází ke vzniku kyslíkových rekonstrukcí O(2x1) a Oc(6x2). Dále byly popsány a diskutovány různé způsoby přípravy vrstev CeOx. Byl vyvinut postup, kterým lze spojitě měnit stechiometrii vrstev oxidu ceru od CeO2 do Ce2O3 změnou koncentrace kyslíkových vakancí. Byl pozorován vznik tzv. spill-overu na měděném substrátu. Bylo zjištěno, že na rozhraní měd'-oxid ceru dochází k přeuspořádání měděnného substrátu a tvorbě fazet Cu(13 13 1), na kterých potom roste vrstva CeOx formou tzv. Carpet-like růstu. Byla studována interakce tohoto systému s platinou. Na závěr byl studován vysokoteplotní růst vrstev CeOx a pozorován vznik roviny (110) oxidu ceru. 1
|
|
|
Modelové katalyzátory na bázi oxidu ceru
Aulická, Marie ; Veltruská, Kateřina (vedoucí práce)
Tato práce se zabývá přípravou tenkých vrstev oxidu ceru na monokrystalu Cu s povrchem (110). Fyzikálně-chemické vlastnosti tohoto systému byly studovány metodami fyziky povrchů (XPS, UPS, ARUPS, LEED, LEEM a STM). První část práce se zabývá studiem interakce monokrystalu Cu(110) s kyslíkem. Byly zjištěny podmínky, za kterých dochází ke vzniku kyslíkových rekonstrukcí O(2x1) a Oc(6x2). Dále byly popsány a diskutovány různé způsoby přípravy vrstev CeOx. Byl vyvinut postup, kterým lze spojitě měnit stechiometrii vrstev oxidu ceru od CeO2 do Ce2O3 změnou koncentrace kyslíkových vakancí. Byl pozorován vznik tzv. spill-overu na měděném substrátu. Bylo zjištěno, že na rozhraní měd'-oxid ceru dochází k přeuspořádání měděnného substrátu a tvorbě fazet Cu(13 13 1), na kterých potom roste vrstva CeOx formou tzv. Carpet-like růstu. Byla studována interakce tohoto systému s platinou. Na závěr byl studován vysokoteplotní růst vrstev CeOx a pozorován vznik roviny (110) oxidu ceru. 1
|
host ::
RSS.