|
|
Alternative approaches for Preparation of AlN Nanolayers by Atomic Layer Deposition
Dallaev, Rashid ; Krčma, František (referee) ; Kolařík, Vladimír (referee) ; Sedlák, Petr (advisor)
Nitrid hliníku (AlN) je slibný polovodivý materiál s velkou mezerou v pásu. Tenké filmy AlN nacházejí uplatnění v různých elektronických a optoelektronických zařízeních. V první řadě je cílem výzkumu prezentovaného v rámci této disertační práce představit nové prekurzory do procesu ALD pro depozici tenkých vrstev AlN. Navrhované prekurzory jsou lepší než tradiční prekurzory buď v nákladové efektivnosti nebo reaktivitě. Část disertační práce je věnována prohloubení porozumění chemickým procesům, které probíhají během a po depozici. V tomto ohledu bylo navrženo pracovní řešení ke zlepšení chemického složení výsledných filmů a ke zmírnění nedostatků, například oxidace. Dalším důležitým aspektem této studie je důkladná analýza fenoménu vodíku v tenkých vrstvách AlN ALD. Vodíkové nečistoty byly zkoumány pomocí přesných a pokročilých technik patřících do skupin analýzy iontovým paprskem (IBA).
|
|
|
Extended defects in Ga and Al nitrides
Vacek, Petr ; Holec, David (referee) ; Hospodková,, Alice (referee) ; Gröger, Roman (advisor)
III-nitridy běžně krystalizují v hexagonální (wurtzitové) struktuře, zatímco kubická (sfaleritová) struktura je metastabilní a má pouze mírně vyšší energii. Jejich fyzikální vlastnosti jsou silně ovlivněny přítomností rozsáhlých defektů, které jsou v těchto dvou strukturách od sebe odlišné. U wurtzitových nitridů se jedná primárně o vláknové dislokace. Některé vláknové dislokace tvoří hluboké energetické stavy v zakázaném pásu, kterými ovlivňují elektrické a optoelektronické vlastnosti těchto materiálů. Oproti tomu, kubické nitridy obsahují množství vrstevných chyb, které představují lokální transformace do stabilnější wurtzitové struktury. Cílem této práce je charakterizovat rozsáhlé defekty v obou krystalových strukturách pomocí elektronové mikroskopie, mikroskopie atomárních sil a rentgenové difrakce. Prokázali jsme, že vzorky GaN/AlN a AlN s orientací (0001) rostlé na substrátu Si (111) pomocí epitaxe z organokovových sloučenin obsahují velkou hustotu vláknových dislokací. Nejčastější jsou dislokace s Burgersovým vektorem s komponentou ve směru a wurtzitové struktury, následované dislokacemi s Burgersovým vektorem s komponentou ve směru a+c, zatímco dislokace s Burgersovým vektorem s c komponentou jsou relativně vzácné. Pravděpodobný původ vláknových dislokací je diskutován v souvislosti s různými mechanismy růstu těchto vrstev. Prizmatické vrstevné chyby byly nalezeny v tenkých nukleačních vrstvách AlN, ale v tlustších vrstvách již nebyly přítomny. Na rozhraní AlN / Si byla nalezena amorfní vrstva složená ze SiNx a částečně taky z AlN. Navrhujeme, že by tato amorfní vrstva mohla hrát významnou roli při relaxaci misfitového napětí. Analýza elektrické aktivity rozsáhlých defektů v AlN byla provedena pomocí měření proudu indukovaného elektronovým svazkem. Zjistili jsme, že vláknové dislokace způsobují slabý pokles indukovaného proudu. Díky jejich vysoké hustotě a rovnoměrnému rozložení však mají větší vliv na elektrické vlastnosti, než mají V-defekty a jejich shluky. Topografické a krystalografické defekty byly studovány na nežíhaných a žíhaných nukleačních vrstvách kubického GaN deponovaných na 3C-SiC (001) / Si (001) substrátu. Velikost ostrůvků na nežíhaných vzorcích se zvyšuje s tloušťkou nukleační vrstvy a po žíhání se dále zvětšuje. Po žíhání se snižuje pokrytí substrátu u nejtenčích nukleačních vrstev v důsledku difúze a desorpce (nebo leptání atmosférou reaktoru). Vrstevné chyby nalezené ve vrstvách GaN, poblíž rozhraní se SiC, byly většinou identifikovány jako intrinsické a byly ohraničené Shockleyho parciálními dislokacemi. Jejich původ byl diskutován, jako i vliv parciálních dislokací na relaxaci misfitového napětí. Díky velkému množství vrstevných chyb byly podrobněji studovány jejich interakce. Na základě našich zjištění jsme vyvinuli teoretický model popisující anihilaci vrstevných chyb v kubických vrstvách GaN. Tento model dokáže předpovědět pokles hustoty vrstevných chyb se zvyšující se tloušťkou vrstvy.
|
|
|
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.
|
|
| |
|
|
CMOS compatible piezoelectric resonator with FET structure for graphene monolayer properties modulation
Gablech, Imrich ; Frank,, Otakar (referee) ; Husák,, Miroslav (referee) ; Pekárek, Jan (advisor)
Práce je zaměřena na výzkum nové struktury umožňující charakterizaci fyzikálních vlastností grafenu při přesně řízených podmínkách. Návrh spojuje MEMS piezoelektrický rezonátor spolu s Hall Bar/FET strukturou. Tento přístup umožňuje měnit vlastnosti grafenu odděleně nebo společně dvěma metodami. Mechanický způsob je založen na relativní deformaci způsobené rezonátorem, na kterém je umístěna grafenová monovrstva. Navrhovaná struktura umožňuje měřit vlastnosti grafenu vyvolané pouze změnou mechanického pnutí a frekvencí nucených kmitů bez vlivu vnějšího elektrického pole. Druhý přístup přidává možnost ovládat fyzikální vlastnosti grafenu pomocí elektrického pole FET struktury. Tato technika využívá grafenovou monovrstvu jako laditelný sensor pro molekulární detekci. Měření koncentrace v jednotkách ppb není konstrukčně ničím limitováno. Realizované frekvenčně laditelné piezoelektrické MEMS rezonátory s monovrstvou grafenu budou využitelné v mnoha oblastech pro detekci na molekulové úrovni. Výsledné struktury budou vyrobeny v souladu s požadavky na bio- a CMOS kompatibilitu.
|
|
|
Alternative approaches for Preparation of AlN Nanolayers by Atomic Layer Deposition
Dallaev, Rashid ; Krčma, František (referee) ; Kolařík, Vladimír (referee) ; Sedlák, Petr (advisor)
Nitrid hliníku (AlN) je slibný polovodivý materiál s velkou mezerou v pásu. Tenké filmy AlN nacházejí uplatnění v různých elektronických a optoelektronických zařízeních. V první řadě je cílem výzkumu prezentovaného v rámci této disertační práce představit nové prekurzory do procesu ALD pro depozici tenkých vrstev AlN. Navrhované prekurzory jsou lepší než tradiční prekurzory buď v nákladové efektivnosti nebo reaktivitě. Část disertační práce je věnována prohloubení porozumění chemickým procesům, které probíhají během a po depozici. V tomto ohledu bylo navrženo pracovní řešení ke zlepšení chemického složení výsledných filmů a ke zmírnění nedostatků, například oxidace. Dalším důležitým aspektem této studie je důkladná analýza fenoménu vodíku v tenkých vrstvách AlN ALD. Vodíkové nečistoty byly zkoumány pomocí přesných a pokročilých technik patřících do skupin analýzy iontovým paprskem (IBA).
|
|
|
Structural Charachterization Of Aln Thin Films Obtained On Silicon Surface By Pe-Ald
Dallaev, Rashid
The aim of this study is to investigate the hydrogen impregnations in AlN thin films deposited using plasma-enhanced atomic layer deposition technique. As of date, there is an apparent gap in the literature regarding the matter of hydrogen impregnation within the AlN layers. Hydrogen is a frequent contaminant and its content has detrimental effect on the quality of resulted layer, which is why it is relevant to investigate this particular contaminant and try to eliminate or at least minimize its quantity. Within the films hydrogen commonly forms amino or imide types of bonds (–NH2, - NH). There is only a handful of analytical methods enabling the detection of hydrogen. This particular study comprises two of them – Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) and second ion-mass spectrometry (SIMS). XPS analysis has also been included to examine the surface nature and structural imperfections of the grown layer.
|
|
|
Extended defects in Ga and Al nitrides
Vacek, Petr ; Holec, David (referee) ; Hospodková,, Alice (referee) ; Gröger, Roman (advisor)
III-nitridy běžně krystalizují v hexagonální (wurtzitové) struktuře, zatímco kubická (sfaleritová) struktura je metastabilní a má pouze mírně vyšší energii. Jejich fyzikální vlastnosti jsou silně ovlivněny přítomností rozsáhlých defektů, které jsou v těchto dvou strukturách od sebe odlišné. U wurtzitových nitridů se jedná primárně o vláknové dislokace. Některé vláknové dislokace tvoří hluboké energetické stavy v zakázaném pásu, kterými ovlivňují elektrické a optoelektronické vlastnosti těchto materiálů. Oproti tomu, kubické nitridy obsahují množství vrstevných chyb, které představují lokální transformace do stabilnější wurtzitové struktury. Cílem této práce je charakterizovat rozsáhlé defekty v obou krystalových strukturách pomocí elektronové mikroskopie, mikroskopie atomárních sil a rentgenové difrakce. Prokázali jsme, že vzorky GaN/AlN a AlN s orientací (0001) rostlé na substrátu Si (111) pomocí epitaxe z organokovových sloučenin obsahují velkou hustotu vláknových dislokací. Nejčastější jsou dislokace s Burgersovým vektorem s komponentou ve směru a wurtzitové struktury, následované dislokacemi s Burgersovým vektorem s komponentou ve směru a+c, zatímco dislokace s Burgersovým vektorem s c komponentou jsou relativně vzácné. Pravděpodobný původ vláknových dislokací je diskutován v souvislosti s různými mechanismy růstu těchto vrstev. Prizmatické vrstevné chyby byly nalezeny v tenkých nukleačních vrstvách AlN, ale v tlustších vrstvách již nebyly přítomny. Na rozhraní AlN / Si byla nalezena amorfní vrstva složená ze SiNx a částečně taky z AlN. Navrhujeme, že by tato amorfní vrstva mohla hrát významnou roli při relaxaci misfitového napětí. Analýza elektrické aktivity rozsáhlých defektů v AlN byla provedena pomocí měření proudu indukovaného elektronovým svazkem. Zjistili jsme, že vláknové dislokace způsobují slabý pokles indukovaného proudu. Díky jejich vysoké hustotě a rovnoměrnému rozložení však mají větší vliv na elektrické vlastnosti, než mají V-defekty a jejich shluky. Topografické a krystalografické defekty byly studovány na nežíhaných a žíhaných nukleačních vrstvách kubického GaN deponovaných na 3C-SiC (001) / Si (001) substrátu. Velikost ostrůvků na nežíhaných vzorcích se zvyšuje s tloušťkou nukleační vrstvy a po žíhání se dále zvětšuje. Po žíhání se snižuje pokrytí substrátu u nejtenčích nukleačních vrstev v důsledku difúze a desorpce (nebo leptání atmosférou reaktoru). Vrstevné chyby nalezené ve vrstvách GaN, poblíž rozhraní se SiC, byly většinou identifikovány jako intrinsické a byly ohraničené Shockleyho parciálními dislokacemi. Jejich původ byl diskutován, jako i vliv parciálních dislokací na relaxaci misfitového napětí. Díky velkému množství vrstevných chyb byly podrobněji studovány jejich interakce. Na základě našich zjištění jsme vyvinuli teoretický model popisující anihilaci vrstevných chyb v kubických vrstvách GaN. Tento model dokáže předpovědět pokles hustoty vrstevných chyb se zvyšující se tloušťkou vrstvy.
|
|
|
Characterization Of Aln Thin Films Deposited On Thermally Processed Silicon Substrates Using Pe-Ald
Dallaev, Rashid
The aim of this work is to study topography and chemical composition of AlN thin films deposited on Si substrates previously exposed to various time of thermal processing using plasma-enhanced atomic layer deposition technique. The samples were heated up to 500 °C for the period of 2 and 4 hours. Chemical composition of wafers and the films obtained are provided by Xray photoelectron spectroscopy (XPS). Surface topography was investigated using atomic force microscopy (AFM).
|
|
|
Obtaining Thin Films Of Aln By Atomic Layer
Deposition Using Nh3 Or N2h4 As Precursors
Dallaev, Rashid
In this work we used atomic layer deposition (ALD) method to obtain thin films of AlN using tris(diethylamido)aluminum (III) (TDEAA) with hydrazine (N2H4) or ammonia (NH3) as precursors. Elemental analysis of the film deposited by ALD TDEAA /N2H4 at 200 °C showed the presence of carbon impurities ~ 1.4 at%, oxygen ~ 3.2 at.% and hydrogen 22.6 at.%. The atomic concentration ratio of N/Al was ~ 1.3. The residual impurities content with N2H4 was lower than with NH3. In general, it has been confirmed that hydrazine has a more preferable surface thermochemistry than ammonia.
|
guest ::
