Unikátní vlastnosti předurčují lithium niobát (LiNbO3, LN) k použití jako moderního materiálu v oblasti fotoniky. Vynikající vlastnosti monokrystalu lithium niobátu umožňují modulaci a zároveň zesílení optického záření a umožňují snadnou dopaci tohoto materiálu laserově aktivními ionty jakým je erbium. Vývoj funkčních optických tenkovrstvých zesilovačů je dnes jedním z hlavních výzkumných směrů v materiálovém optickém výzkumu. Technika iontové implantace je jednou z možností, jak vytvořit opticky aktivní vrstvu. Strukturální změny v LN hexagonální krystalické struktuře způsobené implantací ionty erbia nebo po implantačním žíhání nebyly dosud dobře objasněny.
LN krystalické vzorky různých krystalografických řezů budou implantovány ionty Er+ a následně žíhány. Koncentrační profily iontů erbia budou studovány metodou Rutherfordova zpětného rozptylu iontů (RBS). Analýza bude provedena na urychlovači Tandetron 4130 MC pomocí iontového svazku 2,0 MeV He+. Aby bylo možné studovat změny způsobené implantačním procesem, bude vliv žíhání na obnovení hostitelské mřížky zkoumán metrdou RBS/channeling, kde budeme studovat výtěžek zpětně odražených iontů v závislosti na směru svazku dopadajících iontů (náhodný směr nebo směr shodný s osou krystalografického řezu).
Annotation in English
Due to the unique properties, lithium niobate (LiNbO3, LN) continue to be used as advanced materials in the field of photonics. The outstanding properties of the single-crystalline lithium niobate allow modulating and simultaneously also amplifying optical radiation. But actually single crystalline lithium niobate is in fact congruent crystal and it allows an easy doping with laser active ions as erbium. The development of functional optical thin-layer amplifiers is now one of the main research directions. The ion-implantation technique is a way to form active optical layers. The structural changes caused by erbium-ion implantation - or by post-implantation annealing - have not yet been well clarified in the LN hexagonal crystalline structure.
LN crystalline samples of various crystallographic orientations will be implanted by Er+ ions and sub-sequently annealed. The concentration profiles of the incorporated erbium ions will be studied by Rutherford backscattering spectroscopy (RBS). The analysis will be performed at a Tandetron 4130 MC accelerator using a 2.0 MeV He+ ion beam. In order to study the damages introduced by the implantation process, the influence of the annealing procedure on the recovery of the host lattice will be examined by RBS/channelling measurements, where back-scattered yield of ions depending on the incoming ion beam direction will be studied (random direction or the direction of the analyzing beam aligned to the axes of the crystallographic orientation).
ion implantation, lithium niobate, zinc oxide, RBS channeling
Length of the covering note
77s, 126 059 znaků
Language
CZ
Annotation
Unikátní vlastnosti předurčují lithium niobát (LiNbO3, LN) k použití jako moderního materiálu v oblasti fotoniky. Vynikající vlastnosti monokrystalu lithium niobátu umožňují modulaci a zároveň zesílení optického záření a umožňují snadnou dopaci tohoto materiálu laserově aktivními ionty jakým je erbium. Vývoj funkčních optických tenkovrstvých zesilovačů je dnes jedním z hlavních výzkumných směrů v materiálovém optickém výzkumu. Technika iontové implantace je jednou z možností, jak vytvořit opticky aktivní vrstvu. Strukturální změny v LN hexagonální krystalické struktuře způsobené implantací ionty erbia nebo po implantačním žíhání nebyly dosud dobře objasněny.
LN krystalické vzorky různých krystalografických řezů budou implantovány ionty Er+ a následně žíhány. Koncentrační profily iontů erbia budou studovány metodou Rutherfordova zpětného rozptylu iontů (RBS). Analýza bude provedena na urychlovači Tandetron 4130 MC pomocí iontového svazku 2,0 MeV He+. Aby bylo možné studovat změny způsobené implantačním procesem, bude vliv žíhání na obnovení hostitelské mřížky zkoumán metrdou RBS/channeling, kde budeme studovat výtěžek zpětně odražených iontů v závislosti na směru svazku dopadajících iontů (náhodný směr nebo směr shodný s osou krystalografického řezu).
Annotation in English
Due to the unique properties, lithium niobate (LiNbO3, LN) continue to be used as advanced materials in the field of photonics. The outstanding properties of the single-crystalline lithium niobate allow modulating and simultaneously also amplifying optical radiation. But actually single crystalline lithium niobate is in fact congruent crystal and it allows an easy doping with laser active ions as erbium. The development of functional optical thin-layer amplifiers is now one of the main research directions. The ion-implantation technique is a way to form active optical layers. The structural changes caused by erbium-ion implantation - or by post-implantation annealing - have not yet been well clarified in the LN hexagonal crystalline structure.
LN crystalline samples of various crystallographic orientations will be implanted by Er+ ions and sub-sequently annealed. The concentration profiles of the incorporated erbium ions will be studied by Rutherford backscattering spectroscopy (RBS). The analysis will be performed at a Tandetron 4130 MC accelerator using a 2.0 MeV He+ ion beam. In order to study the damages introduced by the implantation process, the influence of the annealing procedure on the recovery of the host lattice will be examined by RBS/channelling measurements, where back-scattered yield of ions depending on the incoming ion beam direction will be studied (random direction or the direction of the analyzing beam aligned to the axes of the crystallographic orientation).
ion implantation, lithium niobate, zinc oxide, RBS channeling
Research Plan
1) Příprava nano-struktur metodou iontové implantace je v současné době velmi používaná technologie. Implantace iontů vzácných zemin (Er, Gd) do krystalických materiálů je velmi progresivní způsob, jak vytvořit materiály s význačnými optickými [1, 2], feromagnetickými, případně elektrickými vlastnostmi. Aplikace těchto materiálů ve fotonice a spintronice [3, 4] je velmi perspektivní. Díky možnosti kombinace jak laserových vlastností, tak vlastností elektrooptických, akustooptických a nelineárních optických vlastností je erbiem dotovaný niobičnan lithný (Er:LiNbO3) velmi studovaným materiálem. Velkou předností Er:LiNbO3 je možnost integrace aktivních a zároveň pasivních součástek-zařízení při operační vlnové délce okolo 1,5um tj. ve třetím optickém telekomunikačním okně [1]. Dalším zkoumaným materiálem je krystalický ZnO dopovaný ionty vzácných zemin. Výzkum těchto materiálů je prováděn ve spolupráci s VŠCHT Praha [ 5-7]. V rámci diplomové práce budou deponovány metodou iontové implantace nanostruktury ve výše uvedených krystalických materiálech a budou sledovány strukturální změny, hloubkové profily dopovaných prvků s ohledem na získaná optické vlastnosti.
2) Charakterizace výše uvedených struktur bude prováděna s použitím Rutherfordovského zpětného rozptylu (RBS), jehož výsledkem je hloubkové profilování prvků v implantovaných vrstvách a také rozložení implantovaných prvků po implantaci a po následném žíhání tj. tepelné stabilizaci struktur deponovaných iontovou implantací. Strukturální změny, míra modifikace krystalické mřížky, případně polohování dopantů bude prováděno metodou RBS-kanálování. Morfologie povrchu implantovaných a následně žíhaných materiálů je důležitá pro sledování procesů povrchové rekonstrukce krystalických materiálů, případně sledování typu jejich poškození metodou AFM.
3) V rámci diplomové práce se student seznámí s iontovými analytickými metodami RBS, RBS-kanálování používanými k charakterizaci prvkového složení a strukturních vlastností připravených nanostruktur v laboratoři Tandetronu [8-9]. Student provede charakterizaci vzorků připravených iontovou implantací v laboratoři Tandetronu ÚJF AV ČR a v Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf.
Research Plan
1) Příprava nano-struktur metodou iontové implantace je v současné době velmi používaná technologie. Implantace iontů vzácných zemin (Er, Gd) do krystalických materiálů je velmi progresivní způsob, jak vytvořit materiály s význačnými optickými [1, 2], feromagnetickými, případně elektrickými vlastnostmi. Aplikace těchto materiálů ve fotonice a spintronice [3, 4] je velmi perspektivní. Díky možnosti kombinace jak laserových vlastností, tak vlastností elektrooptických, akustooptických a nelineárních optických vlastností je erbiem dotovaný niobičnan lithný (Er:LiNbO3) velmi studovaným materiálem. Velkou předností Er:LiNbO3 je možnost integrace aktivních a zároveň pasivních součástek-zařízení při operační vlnové délce okolo 1,5um tj. ve třetím optickém telekomunikačním okně [1]. Dalším zkoumaným materiálem je krystalický ZnO dopovaný ionty vzácných zemin. Výzkum těchto materiálů je prováděn ve spolupráci s VŠCHT Praha [ 5-7]. V rámci diplomové práce budou deponovány metodou iontové implantace nanostruktury ve výše uvedených krystalických materiálech a budou sledovány strukturální změny, hloubkové profily dopovaných prvků s ohledem na získaná optické vlastnosti.
2) Charakterizace výše uvedených struktur bude prováděna s použitím Rutherfordovského zpětného rozptylu (RBS), jehož výsledkem je hloubkové profilování prvků v implantovaných vrstvách a také rozložení implantovaných prvků po implantaci a po následném žíhání tj. tepelné stabilizaci struktur deponovaných iontovou implantací. Strukturální změny, míra modifikace krystalické mřížky, případně polohování dopantů bude prováděno metodou RBS-kanálování. Morfologie povrchu implantovaných a následně žíhaných materiálů je důležitá pro sledování procesů povrchové rekonstrukce krystalických materiálů, případně sledování typu jejich poškození metodou AFM.
3) V rámci diplomové práce se student seznámí s iontovými analytickými metodami RBS, RBS-kanálování používanými k charakterizaci prvkového složení a strukturních vlastností připravených nanostruktur v laboratoři Tandetronu [8-9]. Student provede charakterizaci vzorků připravených iontovou implantací v laboratoři Tandetronu ÚJF AV ČR a v Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf.
Recommended resources
1) A. J. Kenyon, Prog. Quant. Electron. 26 (2002) 225
2) A. Polman, J. Appl. Phys. 82 (1997) 1.
3) T. Dietl, Phys. Status Solidi B 240 (2003) 433.
4) T. Jungwirth, Q. Niu, A.H. MasDonald, Phys. Rev. Lett. 88(2002) 207208.
5) A. Mackova, P. Malinsky, B. Svecova, P. Nekvindova, R. Groetzschel, Study of Er+ ion-implanted lithium niobate structure after an annealing procedure by RBS and RBS/channelling, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B,vol. 268 (2010) 2047-2050.
6) Z. Sofer, D. Sedmidubsky, M. Moram, A Mackova, M. Marysko, J. Hejtmanek, C. Buchal, H. Hartdegen, M.Vaclavu,V. Perina, R. Groetzschel, M. Mikulics, Magnetism in GaN layers implanted by La, Gd, Dy and Lu, Thin Solid Films Vo. 519 (2011) 6120-6125
7) M. Mayer, SIMNRA version 6.03, Max-Planck-Institut für Plasmaphysik, Garching, Germany, 2006.
8) J.R. Tesmer et al., Handbook of modern ion beam materials analysis, Material Research Society, Pittsburg, Pennsylvania, 1995.
9) J.F. Ziegler et al., SRIM: The stopping and range of ions in matter, Version SRIM-2008. Available at: http://www.srim.org/.
Recommended resources
1) A. J. Kenyon, Prog. Quant. Electron. 26 (2002) 225
2) A. Polman, J. Appl. Phys. 82 (1997) 1.
3) T. Dietl, Phys. Status Solidi B 240 (2003) 433.
4) T. Jungwirth, Q. Niu, A.H. MasDonald, Phys. Rev. Lett. 88(2002) 207208.
5) A. Mackova, P. Malinsky, B. Svecova, P. Nekvindova, R. Groetzschel, Study of Er+ ion-implanted lithium niobate structure after an annealing procedure by RBS and RBS/channelling, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B,vol. 268 (2010) 2047-2050.
6) Z. Sofer, D. Sedmidubsky, M. Moram, A Mackova, M. Marysko, J. Hejtmanek, C. Buchal, H. Hartdegen, M.Vaclavu,V. Perina, R. Groetzschel, M. Mikulics, Magnetism in GaN layers implanted by La, Gd, Dy and Lu, Thin Solid Films Vo. 519 (2011) 6120-6125
7) M. Mayer, SIMNRA version 6.03, Max-Planck-Institut für Plasmaphysik, Garching, Germany, 2006.
8) J.R. Tesmer et al., Handbook of modern ion beam materials analysis, Material Research Society, Pittsburg, Pennsylvania, 1995.
9) J.F. Ziegler et al., SRIM: The stopping and range of ions in matter, Version SRIM-2008. Available at: http://www.srim.org/.
Týká se praxe
No
Enclosed appendices
-
Appendices bound in thesis
graphs, tables
Taken from the library
Yes
Full text of the thesis
Appendices
Reviewer's report
Supervisor's report
Defence procedure record
1. Představení členů komise
2. Seznámení s DP
3. Přečtení posudků (vedoucí+oponent)
4. Diplomantka zodpověděla dotazy v posudcích a vyjádřila se k uvedeným výhradám.
5. Hodnocení
6. Závěr
