Unikátní vlastnosti předurčují monokrystaly GaN k použití jako moderní materiálu v oblasti fotoniky a spintroniky. Vynikající vlastnosti umožňují modulaci a zároveň zesílení optického záření nebo ovládání spinů dopantů externím polem. Technika iontové implantace je jednou z možností, jak vytvořit tenké vrstvy s význačnými optickými nebo magnetickými vlastnostmi. Strukturální změny způsobené implantací ionty vzácných zemin a kovů do monokrystalů nebo po implantačním žíhání nebyly dosud dobře objasněny.
Krystalické vzorky různých krystalografických řezů budou implantovány rozličnými ionty a následně žíhány. Koncentrační profily dopantů 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 metodou RBS/channeling a dalšími komplementárními metodami pro získání komplexních informací o strukturálních změnách a funkčních vlastnostech připravených nanostruktur.
Anotace v angličtině
Due to the unique properties of GaN continue to be used as advanced materials in the field of photonics and spintronics. The outstanding properties allow modulating and simultaneously also amplifying optical radiation or spin carrier influencing by the external field. The ion-implantation technique is a way to form the layers with the extraordinary optical or magnetic properties. The structural changes caused by rare earth and metal ion implantation or by post-implantation annealing have not yet been well clarified.
The crystalline samples of various crystallographic orientations will be implanted by various ions and sub-sequently annealed. The concentration profiles of the incorporated atoms 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 and other complementary analytical methods to have a comprehensive information about the structural changes and the functional properties of the investigated nanostructures.
Ion implantation, photonics, spintronics, RBS channeling
Rozsah průvodní práce
71 s. (77 945 znaků)
Jazyk
CZ
Anotace
Unikátní vlastnosti předurčují monokrystaly GaN k použití jako moderní materiálu v oblasti fotoniky a spintroniky. Vynikající vlastnosti umožňují modulaci a zároveň zesílení optického záření nebo ovládání spinů dopantů externím polem. Technika iontové implantace je jednou z možností, jak vytvořit tenké vrstvy s význačnými optickými nebo magnetickými vlastnostmi. Strukturální změny způsobené implantací ionty vzácných zemin a kovů do monokrystalů nebo po implantačním žíhání nebyly dosud dobře objasněny.
Krystalické vzorky různých krystalografických řezů budou implantovány rozličnými ionty a následně žíhány. Koncentrační profily dopantů 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 metodou RBS/channeling a dalšími komplementárními metodami pro získání komplexních informací o strukturálních změnách a funkčních vlastnostech připravených nanostruktur.
Anotace v angličtině
Due to the unique properties of GaN continue to be used as advanced materials in the field of photonics and spintronics. The outstanding properties allow modulating and simultaneously also amplifying optical radiation or spin carrier influencing by the external field. The ion-implantation technique is a way to form the layers with the extraordinary optical or magnetic properties. The structural changes caused by rare earth and metal ion implantation or by post-implantation annealing have not yet been well clarified.
The crystalline samples of various crystallographic orientations will be implanted by various ions and sub-sequently annealed. The concentration profiles of the incorporated atoms 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 and other complementary analytical methods to have a comprehensive information about the structural changes and the functional properties of the investigated nanostructures.
Ion implantation, photonics, spintronics, RBS channeling
Zásady pro vypracování
- Příprava nano-struktur metodou iontové implantace je v současné době velmi používaná technologie. Implantace iontů 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. Zkoumaným materiálem je GaN implantovaný přechodovými kovy a vzácnými zeminami. Výzkum těchto materiálů je prováděn ve spolupráci s VŠCHT Praha [ 5-7].
- Analýza tenkých vrstev s použitím Rutherfordovského zpětného rozptylu (RBS) a hloubkové profilování prvků v implantovaných vrstvách je důležitou metodou charakterizace rozložení implantovaných prvků po implantaci a po následném žíhání, které se obvykle používá ke stabilizaci připravených struktur a současně k rekonstrukci krystalické mřížky modifikované procesem implantace. Informace o výsledném chemickém stavu implantovaného prvku, o míře modifikace v implantované oblasti jsou sledovány v souvislosti s následnými žádanými optickými či elektrickými vlastnostmi a lze je zkoumat metodami RBS channeling, Ramanovskou spektroskopií, XRD a AFM. Budou rovněž sledovány případné luminiscenční vlastnosti v deponovaných strukturách.
- V rámci bakalářské práce se student seznámí s iontovými analytickými metodami RBS, RBS channeling používanými k charakterizaci prvkového složení strukturních vlastností připravených nano-struktur v laboratoři Tandetronu [8-10]. Student provede charakterizaci vzorků připravených iontovou implantací v laboratoři Tandetronu ÚJF AV ČR .
Zásady pro vypracování
- Příprava nano-struktur metodou iontové implantace je v současné době velmi používaná technologie. Implantace iontů 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. Zkoumaným materiálem je GaN implantovaný přechodovými kovy a vzácnými zeminami. Výzkum těchto materiálů je prováděn ve spolupráci s VŠCHT Praha [ 5-7].
- Analýza tenkých vrstev s použitím Rutherfordovského zpětného rozptylu (RBS) a hloubkové profilování prvků v implantovaných vrstvách je důležitou metodou charakterizace rozložení implantovaných prvků po implantaci a po následném žíhání, které se obvykle používá ke stabilizaci připravených struktur a současně k rekonstrukci krystalické mřížky modifikované procesem implantace. Informace o výsledném chemickém stavu implantovaného prvku, o míře modifikace v implantované oblasti jsou sledovány v souvislosti s následnými žádanými optickými či elektrickými vlastnostmi a lze je zkoumat metodami RBS channeling, Ramanovskou spektroskopií, XRD a AFM. Budou rovněž sledovány případné luminiscenční vlastnosti v deponovaných strukturách.
- V rámci bakalářské práce se student seznámí s iontovými analytickými metodami RBS, RBS channeling používanými k charakterizaci prvkového složení strukturních vlastností připravených nano-struktur v laboratoři Tandetronu [8-10]. Student provede charakterizaci vzorků připravených iontovou implantací v laboratoři Tandetronu ÚJF AV ČR .
Seznam doporučené literatury
[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. MacDonald, Phys. Rev. Lett. 88 (2002) 207208.
[5] B. Svecova, P. Nekvindova, A. Mackova, P. Malinsky, A. Kolitsch, V. Machovic, S. Stara, M. Mika, J. Spirkova, Study of Cu+, Ag+ and Au+ ion implantation into silicate glasses, Journal of Non-Crystalline Solids, 356 (2010) 2468-2472
[6] 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.
[7] 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.
[8] M. Mayer, SIMNRA version 6.03, Max-Planck-Institut für Plasmaphysik, Garching, Germany, 2006.
[9] J.R. Tesmer et al., Handbook of modern ion beam materials analysis, Material Research Society, Pittsburg, Pennsylvania, 1995.
[10] J.F. Ziegler et al., SRIM: The stopping and range of ions in matter, Version SRIM-2008. Available at: http://www.srim.org/.
Seznam doporučené literatury
[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. MacDonald, Phys. Rev. Lett. 88 (2002) 207208.
[5] B. Svecova, P. Nekvindova, A. Mackova, P. Malinsky, A. Kolitsch, V. Machovic, S. Stara, M. Mika, J. Spirkova, Study of Cu+, Ag+ and Au+ ion implantation into silicate glasses, Journal of Non-Crystalline Solids, 356 (2010) 2468-2472
[6] 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.
[7] 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.
[8] M. Mayer, SIMNRA version 6.03, Max-Planck-Institut für Plasmaphysik, Garching, Germany, 2006.
[9] J.R. Tesmer et al., Handbook of modern ion beam materials analysis, Material Research Society, Pittsburg, Pennsylvania, 1995.
[10] J.F. Ziegler et al., SRIM: The stopping and range of ions in matter, Version SRIM-2008. Available at: http://www.srim.org/.
Přílohy volně vložené
-
Přílohy vázané v práci
ilustrace, grafy, tabulky
Převzato z knihovny
Ano
Plný text práce
Přílohy
Posudek(y) oponenta
Hodnocení vedoucího
Záznam průběhu obhajoby
1. Představení členů komise
2. Prezentace BP
3. Vedoucí a oponent práce, seznámili přítomné se svými posudky
4. Na položené otázky odpověděl student uspokojivě
5. Diskuze
6. Závěr