|
|
Non-Destructive Local Diagnostics of Optoelectronic Devices
Sobola, Dinara ; Pína,, Ladislav (referee) ; Pinčík,, Emil (referee) ; Tománek, Pavel (advisor)
Chceme-li využít nové materiály pro nová optoelektronická zařízení, potřebujeme hlouběji nahlédnout do jejich struktury. K tomu, abychom toho dosáhli, je však nutný vývoj a aplikace přesnějších diagnostických metod. Předložená disertační práce, jako můj příspěvek k částečnému dosažení tohoto cíle, se zabývá metodami lokální diagnostiky povrchu optoelektronických zařízení a jejich materiálů, většinou za využití nedestruktivních mechanických, elektrických a optických technik. Tyto techniky umožňují jednak pochopit podstatu a jednak zlepšit celkovou účinnost a spolehlivost optoelektronických struktur, které jsou obecně degradovány přítomností malých defektů, na nichž dochází k absorpci světla, vnitřnímu odrazu a dalším ztrátovým mechanismům. Hlavní úsilí disertační práce je zaměřeno na studium degradačních jevů, které jsou nejčastěji způsobeny celkovým i lokálním ohřevem, což vede ke zvýšené difúze iontů a vakancí v daných materiálech. Z množství optoelektronických zařízení, jsem zvolila dva reprezentaty: a) křemíkové solární články – součástky s velkým pn přechodem a b) tenké vrstvy – substráty pro mikro optoelektronická zařízení. V obou případech jsem provedla jejich detailní povrchovou charakterizaci. U solárních článků jsem použila sondovou mikroskopii jako hlavní nástroj pro nedestruktivní charakterizaci povrchových vlastností. Tyto metody jsou v práci popsány, a jejich pozitivní i negativní aspekty jsou vysvětleny na základě rešerše literatury a našich vlastních experimentů. Je také uvedeno stanovisko k použití sondy mikroskopických aplikací pro studium solárních článků. V případě tenkých vrstev jsem zvolila dva, z hlediska stability, zajímavé materiály, které jsou vhodnými kandidáty pro přípravu heterostruktury: safír a karbid křemíku. Ze získaných dat a analýzy obrazu jsem našla korelaci mezi povrchovými parametry a podmínkami růstu heterostruktur studovaných pro optoelektronické aplikace. Práce zdůvodňuje používání těchto perspektivních materiálů pro zlepšení účinnosti, stability a spolehlivosti optoelektronických zařízení.
|
|
|
Local optical and electrical characteristics of optoelectronic devices
Škarvada, Pavel ; Hrabovský, Miroslav (referee) ; Lazar, Josef (referee) ; Tománek, Pavel (advisor)
Solar energy conversion, miniaturization of semiconductor devices and associated lifetime, reliability and efficiency of devices are the basic premise of this work. This work is focused on the study of optoelectronic devices especially solar cells and its nondestructive diagnostic. Solar cells are advantageous for study mainly because the pn junction is located near the surface and contains a lot of inhomogeneities. It has been difficult until recently to investigate their local physical (electrical and optical) parameters due to the size of inhomogeneities. Behavior of inhomogeneities can be well understood with knowledge of its local properties. Establishment of measurement workplace, that satisfies requirements for measurement of local emission and optically induced current measurement, allows us detection and localization of inhomogeneities with spatial resolution more or less 100 nm. The core of thesis is characterization of imperfection using nondestructive techniques in the macroscopic region but primarily in microscopic region using scanning probe microscopy. Integral parts of the work are characterization techniques for photoelectrical devices, microscopic techniques and data processing. Scanning near-field optical microscope is used for the purpose of microscopic characterization such as topography, local optical, photoelectrical and electrooptical properties of structures in high spatial resolution. Locally induced current technique, current voltage characteristics, emission from reversed bias pn junction measurement including its thermal dependence are used for samples investigation in macroscopical region. It is possible to localize defects and structure inhomogeneity using mentioned techniques. Localised defects are consequently analyzed for composition and measured using electron microscopy. Specific outputs of work are classification of photoelectric devices defects and specification of nondestructive characterization techniques used for defect detection. Experimental characterization techniques are described together with defects measurement procedures. The key output is the catalog of serious defects which was detected. Particular defects of samples are shown including describe of its properties and physical meaning.
|
|
|
Study of Thin-Film Surfaces
Trivedi, Rutul Rajendra ; Fejfar, Antonín (referee) ; Klapetek, Petr (referee) ; Šikola, Tomáš (referee) ; Čech, Vladimír (advisor)
Disertační práce se zabývá studiem povrchových vlastností jedno a vícevrstvých filmů deponovaných z vinyltriethoxysilanových a tetravinylsilanových monomerů. Zabývá se také charakterizací adheze jednovrstvých filmů z tetravinylsilanu. Plazmaticky polymerizované tenké vrstvy byly připraveny na leštěných křemíkových substrátech pomocí plazmové depozice z plynné fáze za ustálených podmínek. Povrchové vlastnosti vrstev byly charakterizovány pomocí různých metod rastrovací sondové mikroskopie a nanoindentačních technik jako je konvenční a cyklická nanoindentace. Vrypový test byl použit pro charakterizaci vlastností adheze vrstev. Jednovrstvé filmy připravené za různých depozičních podmínek byly charakterizovány s ohledem na povrchové morfologie a mechanické vlastností (modul pružnosti, tvrdost). Výsledky morfologie povrchu, analýzy zrn, nanoindentace, analýzy konečných prvků a modulů mapování pomohly rozlišit hybridní charakter filmů, které byly deponovány při vyšších výkonech RF-výboje. Nový přístup byl použit v povrchové charakterizaci vícevrstvého filmu pomocí rastrovací sondové mikroskopie a nanoindentace. Adhezívní chování plazmaticky polymerizovaných vrstev různých mechanických vlastností a tloušťek bylo analyzováno pomocí normálních a laterálních síl, koeficientu tření, a snímků vrypů získaných pomocí mikroskopie atomárních sil.
|
|
|
Analysis of solar cell surface features
Lipr, Tomáš ; Macků, Robert (referee) ; Škarvada, Pavel (advisor)
This thesis is focused on the study of electrical and optical properties of solar cell samples using the near field optical microscope. Process of the image formation is described. Artefacts which are presented on some of topography images are described, too. There are some timing problems with measuring of the sample local electric response. If the measuring and scanning devices are not in the time synchronization there will be some difficulties with measured data representation and 2D image offline formation. Created electronic for SNOM and measuring devices synchronization is presented.
|
|
|
The Use of AFM Measurement Method in Crystalline Silicon Solar Cells Technology
Mojrová, Barbora ; Boušek, Jaroslav (referee) ; Hégr, Ondřej (advisor)
This thesis deals with the use of Atomic Force Microscopy (AFM) and Kelvin Probe Force Microscopy (KPFM) in solar cells production. Both techniques measure surface properties using interactions between surface and tip that progressively scans entire surface of the sample. Atomic force microscopy allows three dimensional imaging of surface structure. Kelvin probe force microscopy is used to measure the contact potential difference on the sample surface. There are described experimental measurements of monocrystalline and multicrystalline substrates after various etching processes using AFM. By using KPFM the contact potential difference was measured on dielectric layers PSG, SiOX, SiNX and Al2O3 and on selective emitter structures. All experiments described in this work were carried out at the Solartec Ltd. workplace and they completely correspond with the actual technology of crystalline solar cells production.
|
|
|
Improvement of control and analysis techniques of a SPM model
Štefko, Marcel ; Nováček, Zdeněk (referee) ; Šulc, Dalibor (advisor)
Bakalářská práce se zabývá zdokonalováním výukového modelu mikroskopu atomárních sil (AFM). Součástí práce je rešerše stávajících analogii mezi makroskopickými jevy a fenomény spojenými s mikroskopii rastrovací sondou. Dále byla vybrána vhodná analogie, která byla následně implementována do již existujícího modelu mikroskopu atomárních sil. Do modelu byl integrován i jednodeskový počítač, který zajistí ovládání i bez nutnosti připojení externího počítače. Na závěr byly vyhodnoceny vlastnosti použité sondy a analogie mezi modelem a skutečnými mikroskopy atomárních sil.
|
|
|
Fabrication of the STM tips - static and dynamic etching method
Jonner, Jakub ; Spousta, Jiří (referee) ; Kostelník, Petr (advisor)
This bachelor thesis deals with the static and dynamic method of electrochemical etching way of fabrication tips for Scanning Tunneling Microscope (STM). This thesis describes basic principles of the mentioned methods and the construction solutions of the etching apparatuses. An extensive set of measurements was performed in order to obtain the main goal of the thesis – to determine the influence of various etching parameters on the process and final product. In case of static method, we used various concentrations of KOH solution, depths of plunge of the wolfram wire in to the etching solution and setpoints of the etching voltage. In case of dynamic method, we used also various concentrations of KOH solution and different settings of the etching solution flow rate and setpoints of the etching voltage. The ideal configuration of the etching parameters is presented at the end of the thesis as well with the comparison of the etching results from both of the eching methods.
|
|
|
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.
|
guest ::
