Příprava a charakterizace nanostruktur ZnO s využitím iontových svazků a rastrující sondy

• Thesis title in Czech: Příprava a charakterizace nanostruktur ZnO s využitím iontových svazků a rastrující sondy
• Thesis title in English: Preparation and characterization of ZnO nanostructures using ion beams and scanning probes
• Academic year of topic announcement: 2017/2018
• Thesis type: dissertation
• Thesis language: čeština
• Department: Ústav fotoniky a elektroniky AV ČR, v.v.i. (32-UFEAV)
• Supervisor: Ing. Jan Grym, Ph.D.
• Author: hidden - assigned and confirmed by the Study Dept.
• Date of registration: 20.09.2017
• Date of assignment: 20.09.2017
• Confirmed by Study dept. on: 03.10.2017

Guidelines

Oxid zinku (ZnO) je jedním z nejstudovanějších polovodičových materiálů současnosti. Má přímý zakázaný pás s velkou šířkou (3,3 eV při pokojové teplotě) a velkou vazebnou energií volného excitonu (60 meV), díky níž procesy excitonové emise přetrvávají až do pokojových teplot. Vyznačuje se řadou zajímavých vlastností jako je vysoká tepelná vodivost, radiační odolnost, optická transparentnost ve viditelné oblasti, piezoelektricita, povrchová citlivost pro detekci plynů a chemických látek či biologická kompatibilita, které předurčují široké možnosti jeho uplatnění. Jednodimenzionální ZnO nanostruktury (nanotyčinky a nanodráty) jsou předmětem zájmu pro potenciální aplikace zejména v senzorech plynů, chemických a biologických látek, svítivých diodách, laserech a fotodetktorech v UV oblasti nebo piezoelektrických nanogenerátorech.

Náplní dizertační práce je příprava jednodimenzionálních struktur ZnO, studium jejich strukturních, elektrických a optických vlastností a vysvětlení jevů odehrávajících se při jejich interakci s molekulami plynů a elektromagnetickým zářením. Nanotyčky ZnO budou připravovány na lokálně modifikovaných (paternovaných) substrátech. Paternování substrátů bude realizováno litografickými technikami a působením fokusovaných elektronových a iontových svazků a rastrující sondy s cílem získat plnou kontrolu nad pozicí, morfologií a fyzikálními vlastnostmi jednotlivých nanotyček uspořádaných v periodických polích.

Cíle práce:
- Příprava nanotyček ZnO růstem z chemických roztoků a popis mechanizmů jejich růstu.
- Nalezení vhodné litografické techniky lokální modifikace substrátů pro růst periodických polí nanotyček ZnO.
- Využití injekčního systému plynů GIS a nanomanipulátoru v rastrovacím elektronovém mikroskopu pro kontaktování nanostrukur ZnO. Popis transportu elektrického náboje.
- Analýza možností využití nanostruktur ZnO ve zdrojích energie a při detekci nebezpečných chemických látek.

References

[1] U. Ozgur, Y.I. Alivov, C. Liu, A. Teke, M.A. Reshchikov, S. Dogan, V. Avrutin, S.J. Cho and H. Morkoc, A comprehensive review of ZnO materials and devices. Journal of Applied Physics, 98(4): p. 041301. 2005.
[2] K.M. McPeak and J.B. Baxter, ZnO Nanowires Grown by Chemical Bath Deposition in a Continuous Flow Microreactor. Crystal Growth & Design, 9(10): p. 4538-4545. 2009.
[3] L.J. Brillson, Surfaces and Interfaces of Electronic Materials. 2010: Wiley.
[4] S.A. Morin, M.J. Bierman, J. Tong and S. Jin, Mechanism and Kinetics of Spontaneous Nanotube Growth Driven by Screw Dislocations. Science, 328(5977): p. 476-480. 2010.
[5] M. Ahmad and J. Zhu, ZnO based advanced functional nanostructures: synthesis, properties and applications. Journal of Materials Chemistry, 21(3): p. 599-614. 2011.
[6] J. Joo, B.Y. Chow, M. Prakash, E.S. Boyden and J.M. Jacobson, Face-selective electrostatic control of hydrothermal zinc oxide nanowire synthesis. Nature Materials, 10(8): p. 596-601. 2011.
[7] F. Leonard and A.A. Talin, Electrical contacts to one- and two-dimensional nanomaterials. Nature Nanotechnology, 6(12): p. 773-783. 2011.
[8] I. Utke, S. Moshkalev and P. Russell, Nanofabrication Using Focused Ion and Electron Beams:Principles and Applications. 2012: Oxford University Press.
[9] X. Wang, S. Xie, J. Liu, S.O. Kucheyev and Y.M. Wang, Focused-ion-beam Assisted Growth, Patterning, and Narrowing the Size Distributions of ZnO Nanowires for Variable Optical Properties and Enhanced Nonmechanical Energy Conversion. Chemistry of Materials, 25(14): p. 2819-2827. 2013.
[10] V. Consonni and G. Feuillet, eds. Wide Band Gap Semiconductor Nanowires for Optical Devices: Heterostructures and Optoelectronic Devices. 2014, Wiley.
[11] V. Consonni and G. Feuillet, eds. Wide Band Gap Semiconductor Nanowires for Optical Devices: Low-Dimensionality Related Effects and Growth. 2014, Wiley.
[12] M. Willander, ed. Zinc Oxide Nanostructures: Advances and Applications. 2014, CRC Press.
[13] S.A. Dayeh, A. Fontcuberta, I. Morral and C. Jagadish, eds. Semiconductors and Semimetals: Semiconductor Nanowires II: Properties and Applications. Vol. 94. 2016, Elsevier.
[14] A. Zhang, G. Zheng and C. Lieber, Nanowires: Building Blocks for Nanoscience and Nanotechnology. 2016.

Preliminary scope of work

http://physics.mff.cuni.cz/kfpp/php/dis-abs.php?id=331

Preliminary scope of work in English

http://physics.mff.cuni.cz/kfpp/php/dis-abs.php?id=331