|
|
Technologie přípravy hlubokých struktur v submikronovém rozlišení
Matějka, Milan ; Kuřitka,, Ivo (oponent) ; Mgr. Petr Klapetek Ph.D (oponent) ; Kolařík, Vladimír (vedoucí práce)
Disertační práce je zaměřena na výzkum a vývoj v oblasti vytváření mikrostruktur technologií elektronové litografie. V úvodní části je provedena rozsáhlá studie technologie elektronové litografie z pohledu fyzikálních principů, strategie zápisu a záznamových materiálů. Následuje popis fyzikálního principu metod leptání pro přenos reliéfních struktur do podložek nebo jejich prohlubování. Vlastní práce se zabývá inovativními postupy při modelování, simulaci, datové přípravě a optimalizaci technologických postupů. Přináší nové možnosti záznamu hlubokých binárních i víceúrovňových mikrostruktur pomocí elektronové litografie a metod plazmatického a reaktivního iontové leptání. Zkušenosti a znalosti z oblastí mikrolitografie a plazmatického i mokrého anizotropního leptání křemíku byly zužitkovány při návrhu procesu výroby nano strukturovaných membrán. Následovalo praktické ověření a optimalizace realizačního procesu přípravy těchto membrán
|
|
|
Mikrosenzory plynů založené na samouspořádaných 3D nanovrstvách oxidů kovů
Pytlíček, Zdeněk ; Husák, Miroslav (oponent) ; Kolařík, Vladimír (oponent) ; Prášek, Jan (vedoucí práce)
Tato disertační práce se zabývá vývojem a výrobou mikrosenzorů plynů s využitím nové trojrozměrné (3D) nanostrukturované polovodivé vrstvy z oxidů kovů, která efektivně využívá výhod anorganických materiálů připravených snadno dostupnými elektrochemickými výrobními technikami bez použití litografie. Citlivá vrstva je vytvořena anodizací kovové dvojvrstvy Al/Nb naprášené na SiO2/Si substrátu skrze masku z porézní anodizované aluminy. Běžně se skládá z 200 nm tlusté vrstvy NbO2 propojující pole k ní kolmo orientovaných a prostorově oddělených Nb2O5 nanosloupků o šířce 50 nm, délce až 900 nm a celkovým počtem přibližně 8109 sloupkůcm-2. Nanosloupky fungují jako polovodivé nanokanálky jejichž rezistivita je vysoce citlivá na reakce probíhající na povrchu a rozhraní vrstvy. V rámci nového uspořádání senzoru byly na povrchu pole nanosloupků připraveny Pt nebo Au strukturované elektrody realizované pomocí běžných mikrotechnologických nebo elektrochemických depozičních technik, následované selektivním odleptáním vrstvy aluminy. Pro charakterizaci detekčních schopností byla struktura senzoru upevněna do standardního pouzdra TO-8 a elektricky propojena s využitím techniky drátového kontaktování. Elektrické charakterizace 3D nanovrstvy z oxidů niobu odhalily asymetrickou závislost vodivosti způsobenou Schottkyho bariérou vzniklou na rozhraní Pt/Nb2O5 nebo Au/Nb2O5. Při detekci vodíku a amoniaku byl zkoumán vliv struktury a složení citlivé vrstvy na elektrické a detekční schopnosti se zaměřením na citlivost, selektivitu, detekční limity a rychlost odezvy/zotavení. Rychlá a intenzivní odezva na H2 potvrdila potenciál využití 3D nanovrstvy z oxidů niobu jako citlivé vrstvy pro senzorické aplikace. Na počítači provedené mikrofluidní simulace difuze plynů do 3D nanovrstvy předpovídají možnost značného zlepšení detekčních schopností použitím perforované horní elektrody, a to optimalizací morfologie vrstvy, úpravou krystalické struktury a vhodnou úpravou návrhu elektrody. Předběžné experimenty prokázaly, že i další 3D nanovrstvy připravené z kovových dvojvrstev jako Al/W mají vysokou perspektivu při využití v pokročilých senzorických aplikacích. Techniky a materiály využité v této práci jsou vhodné pro vývoj technologicky jednoduchého, ekonomického a pro životní prostředí ohleduplného řešení mikro- a nanozařízení, kde použití definovaných nanokanálků pro nosiče náboje a povrchové reakce může přinést značné výhody.
|
|
|
Terahertz Antenna Arrays for Communications
Warmowska, Dominika ; Joler, Miroslav (oponent) ; Pokorný, Michal (oponent) ; Raida, Zbyněk (vedoucí práce)
The thesis is focused on the research of THz antenna arrays to be used for communications. Attention is turned to modeling metallic surfaces at THz frequencies, a proper characterization of gold conductivity, its relation to Drude model and corresponding measurements. Moreover, the best methods for modeling thin metallic layers (depending on the skin depth related to the metal thickness) are presented. An optimized element of a THz 2×2 antenna array designed for the application of communications is developed in a way that enables an expansion to a larger array. The expansion ability is demonstrated on a 4×4 antenna array which is presented in the thesis too. The designed antennas achieve parameters better than the state-of-art antennas. The presented antennas radiate circularly polarized wave at THz frequencies, operate in a wide bandwidth, have a high gain and are of a compact size. In the thesis, an 8×8 antenna array with a beam steering capability is presented. The main beam of the antenna array can be controlled in two dimensions. A high gain of the radiated circularly-polarized wave can be achieved that way. Different approaches to modeling antennas with thin metallic layers are compared and the best methods are recommended from the viewpoint of different requirements. The designed 2×2 and 4×4 antenna arrays are manufactured using a microfabrication technology. Each step of the fabrication is described in detail and discussed. The reflection coefficient at the input of antennas is measured and compared with simulations. Discrepancies in results are associated with surface roughness which is analyzed by a scanning probe microscope and a scanning electron microscope. By down-scaling the developed THz antenna, a low-profile high-gain antenna for Ka-band space applications is designed. The presented antenna achieves better results than state-of-art CubeSat antennas. The antenna performance is verified by a prototype to be operated at 9 GHz, and the radiation characteristics are experimentally confirmed.
|
|
|
Terahertz Antenna Arrays for Communications
Warmowska, Dominika ; Joler, Miroslav (oponent) ; Pokorný, Michal (oponent) ; Raida, Zbyněk (vedoucí práce)
The thesis is focused on the research of THz antenna arrays to be used for communications. Attention is turned to modeling metallic surfaces at THz frequencies, a proper characterization of gold conductivity, its relation to Drude model and corresponding measurements. Moreover, the best methods for modeling thin metallic layers (depending on the skin depth related to the metal thickness) are presented. An optimized element of a THz 2×2 antenna array designed for the application of communications is developed in a way that enables an expansion to a larger array. The expansion ability is demonstrated on a 4×4 antenna array which is presented in the thesis too. The designed antennas achieve parameters better than the state-of-art antennas. The presented antennas radiate circularly polarized wave at THz frequencies, operate in a wide bandwidth, have a high gain and are of a compact size. In the thesis, an 8×8 antenna array with a beam steering capability is presented. The main beam of the antenna array can be controlled in two dimensions. A high gain of the radiated circularly-polarized wave can be achieved that way. Different approaches to modeling antennas with thin metallic layers are compared and the best methods are recommended from the viewpoint of different requirements. The designed 2×2 and 4×4 antenna arrays are manufactured using a microfabrication technology. Each step of the fabrication is described in detail and discussed. The reflection coefficient at the input of antennas is measured and compared with simulations. Discrepancies in results are associated with surface roughness which is analyzed by a scanning probe microscope and a scanning electron microscope. By down-scaling the developed THz antenna, a low-profile high-gain antenna for Ka-band space applications is designed. The presented antenna achieves better results than state-of-art CubeSat antennas. The antenna performance is verified by a prototype to be operated at 9 GHz, and the radiation characteristics are experimentally confirmed.
|
|
|
Mikrosenzory plynů založené na samouspořádaných 3D nanovrstvách oxidů kovů
Pytlíček, Zdeněk ; Husák, Miroslav (oponent) ; Kolařík, Vladimír (oponent) ; Prášek, Jan (vedoucí práce)
Tato disertační práce se zabývá vývojem a výrobou mikrosenzorů plynů s využitím nové trojrozměrné (3D) nanostrukturované polovodivé vrstvy z oxidů kovů, která efektivně využívá výhod anorganických materiálů připravených snadno dostupnými elektrochemickými výrobními technikami bez použití litografie. Citlivá vrstva je vytvořena anodizací kovové dvojvrstvy Al/Nb naprášené na SiO2/Si substrátu skrze masku z porézní anodizované aluminy. Běžně se skládá z 200 nm tlusté vrstvy NbO2 propojující pole k ní kolmo orientovaných a prostorově oddělených Nb2O5 nanosloupků o šířce 50 nm, délce až 900 nm a celkovým počtem přibližně 8109 sloupkůcm-2. Nanosloupky fungují jako polovodivé nanokanálky jejichž rezistivita je vysoce citlivá na reakce probíhající na povrchu a rozhraní vrstvy. V rámci nového uspořádání senzoru byly na povrchu pole nanosloupků připraveny Pt nebo Au strukturované elektrody realizované pomocí běžných mikrotechnologických nebo elektrochemických depozičních technik, následované selektivním odleptáním vrstvy aluminy. Pro charakterizaci detekčních schopností byla struktura senzoru upevněna do standardního pouzdra TO-8 a elektricky propojena s využitím techniky drátového kontaktování. Elektrické charakterizace 3D nanovrstvy z oxidů niobu odhalily asymetrickou závislost vodivosti způsobenou Schottkyho bariérou vzniklou na rozhraní Pt/Nb2O5 nebo Au/Nb2O5. Při detekci vodíku a amoniaku byl zkoumán vliv struktury a složení citlivé vrstvy na elektrické a detekční schopnosti se zaměřením na citlivost, selektivitu, detekční limity a rychlost odezvy/zotavení. Rychlá a intenzivní odezva na H2 potvrdila potenciál využití 3D nanovrstvy z oxidů niobu jako citlivé vrstvy pro senzorické aplikace. Na počítači provedené mikrofluidní simulace difuze plynů do 3D nanovrstvy předpovídají možnost značného zlepšení detekčních schopností použitím perforované horní elektrody, a to optimalizací morfologie vrstvy, úpravou krystalické struktury a vhodnou úpravou návrhu elektrody. Předběžné experimenty prokázaly, že i další 3D nanovrstvy připravené z kovových dvojvrstev jako Al/W mají vysokou perspektivu při využití v pokročilých senzorických aplikacích. Techniky a materiály využité v této práci jsou vhodné pro vývoj technologicky jednoduchého, ekonomického a pro životní prostředí ohleduplného řešení mikro- a nanozařízení, kde použití definovaných nanokanálků pro nosiče náboje a povrchové reakce může přinést značné výhody.
|
|
|
Technologie přípravy hlubokých struktur v submikronovém rozlišení
Matějka, Milan ; Kuřitka,, Ivo (oponent) ; Mgr. Petr Klapetek Ph.D (oponent) ; Kolařík, Vladimír (vedoucí práce)
Disertační práce je zaměřena na výzkum a vývoj v oblasti vytváření mikrostruktur technologií elektronové litografie. V úvodní části je provedena rozsáhlá studie technologie elektronové litografie z pohledu fyzikálních principů, strategie zápisu a záznamových materiálů. Následuje popis fyzikálního principu metod leptání pro přenos reliéfních struktur do podložek nebo jejich prohlubování. Vlastní práce se zabývá inovativními postupy při modelování, simulaci, datové přípravě a optimalizaci technologických postupů. Přináší nové možnosti záznamu hlubokých binárních i víceúrovňových mikrostruktur pomocí elektronové litografie a metod plazmatického a reaktivního iontové leptání. Zkušenosti a znalosti z oblastí mikrolitografie a plazmatického i mokrého anizotropního leptání křemíku byly zužitkovány při návrhu procesu výroby nano strukturovaných membrán. Následovalo praktické ověření a optimalizace realizačního procesu přípravy těchto membrán
|
|
|
Biosensors for Environmental Monitoring and Biomedical Applications
ŠTOFIK, Marcel
Study of biosensors has become an essential part of research in biotechnology. Biosensors as fast, portable, highly sensitive, and low-cost bioanalytical detection devices have been utilized in many fields of human activity. The first part of the presented work focuses on electrochemical biosensors for rapid environmental screening of herbicides as water pollutants. A sol-gel immobilization method for a photosystem II (PSII) complex is studied in order to enhance the sensitivity and the signal strength and stability of a PSII-based biosensor. Computer simulations of a PSII biosensor are employed with the aim to find out how the immobilization membrane properties influence the biosensor parameters. Newly developed immobilization by a thin-layer membrane based on the results of computer simulations and revised measurement protocols are presented. The second part of the work is devoted to synthesis and electrochemical detection of newly developed metal labels for electrochemical immunosensors. The synthesis of dendrimer-encapsulated silver nanoparticles and biorecognition properties of biotin-nanocomposite conjugates are discussed. For detection of synthesized labels, a microfluidic detector was manufactured and tested and different approaches to packing of a microfluidic chip employing polydimethylsiloxane (PDMS) were investigated. Newly designed microstructures for a microfluidic separator of magnetic beads (MBs) were studied by computer simulations. The separator was made and trapping of MBs for the further employment in MBs-based immunoassays are presented
|
|
|
Photolithographic technique for controlled fabrication of metal structures
Jusková, Petra ; Hegrová, Jitka ; Foret, František
We are describing two strategies for controlled (geometry and dimension) preparation of metal micro-nano structures. Both techniques are based on photolithographic processes with selective pattern transfer. First technique utilizes agarose gel containing photosensitive silver chloride as the photosensitive layer. Silver structures are formed after irradiation of the gel through the photolithographic mask which defines shape of the resulting structures. Second approach utilizes photolithographic process to form particles from vacuum deposited thin metal layer deposited over soluble sacrificial layer.
|
host ::
RSS.