Strukturální změny v krystalických materiálech po iontovém ozáření ve spojitosti s optickými vlastnostmi

Ondřej LALIK

Bachelor's thesis

Structural changes in crystalline materials after ion irradiation in connection with optical properties

Abstract:

Oxid zinečnatý (ZnO) je v současné době jedním z nejzkoumanějších polovodičů, zejména pro jeho optoelektronické, biokompatibilní či katalytické vlastnosti. Optické vlastnosti lze modulovat dopováním opticky aktivními dopanty nebo podle nejnovějších výzkumů vytvářením nano-částic vzácných kovů, které vykazují význačné vlastnosti pro aplikace v optice i bionice. V této bakalářské práci se zaměřujeme na cílené strukturní modifikace ZnO energetickými ionty, především ionty zlata (Au). Iontová implantace byla použita pro modifikování struktury ZnO v různých krystalografických orientacích (polární a nepolární orientace), kde se ukazuje rozdílná akumulace radiačních defektů a rozdílný typ defektů, čímž jsou také ovlivněny optické a luminiscenční vlastnosti v jednotlivých orientacích. Detailní strukturní a mikroskopická analýza ukazuje na vznik Au nano-částic různých velikostí po iontové implantaci nižšími iontovými energiemi. Tyto částice nevykazují obvyklou kubickou strukturu a rovněž optická odezva je modulována v různých vlnových délkách v závislosti na orientaci ZnO po iontové implantaci. Dále jsme se věnovali také studiu nano-strukturování povrchů ZnO vysokoenergetickými Au ionty, kde morfologie povrchu závisí na použité iontové fluenci, ale také na krystalografické orientaci ZnO. V obou případech se jedná o unikátní výsledky, které jsou v současnosti v popředí výzkumu v oboru nano-strukturování v ZnO.

Abstract:

Zinc oxide (ZnO) is currently one of the most studied semiconductors, especially for its optoelectronic, biocompatible or catalytic properties. Optical properties can be modulated by doping with optically active dopants or according to the latest research by creating nanoparticles of noble metals, which show significant properties for applications in optics and bionics. These properties can be influenced by changing the crystal structure by doping with energetic ions of noble metals. In this bachelor's thesis we focus on targeted structural modifications of ZnO by energetic ions, especially focused on gold ions (Au). Ion implantation was used to modify the structure of ZnO in different crystallographic orientations (polar and non-polar orientations), where different accumulation of radiation defects, different type of defects and also distinct optical and luminescent properties are observed in individual orientations. Detailed structural and microscopic analyses show the formation of Au nanoparticles of different sizes after medium energy ion implantation; the nanoparticles do not show the usual cubic structure and also the optical response is modulated at different wavelengths after ion implantation depending on the orientation of ZnO. We also studied nanostructuring of ZnO surfaces with high-energy Au ions, where the surface morphology depends on the ion fluence used, but also on the crystallographic orientation of ZnO. In both cases, these are unique results that are at the forefront of research in the field of nanostructuring in ZnO at present.

Keywords

optoelektronika, ozařování krystalických polovodičů, iontová implantace, oxid zinečnatý, nanostrukturování iontovými svazky, Au nanočástice

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 30. 7. 2021

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

• Supervisor: doc. RNDr. Anna Macková, Ph.D.

JAN EVANGELISTA PURKYNĚ UNIVERSITY IN ÚSTÍ NAD LABEM

Faculty of Science

Bachelor programme / field:
Applied Physics / Applied Nanotechnology