Predikce mimorovinných a rovinných orientací heteroepitaxních vrstev

Jonáš Molek

Diplomová práce

Prediction of out-of-plane and in-plane orientations of heteroepitaxial layers

Anotace:

Tato diplomová práce tematicky navazuje na bakalářskou práci totožného autora s cílem opětovně představit a otestovat predikativní geometrickou metodu k určení mimorovinné i rovinné přednostní krystalografické orientace heteroepitaxních vrstev ZnO, AlN, TiN, GaN, BN, FeN a krystalických substrátů MgO, Al2O3, Si, C, Al2MgO4, SrTiO3, Ni, GaN. K této predikci je využit soubor skriptů v programu MATLAB, jenž stanoví počet překryvů atomů dvou krystalografických rovin, z nichž jedna náleží vrstvě a druhá substrátu (tzv. výpočet strukturní kompatibility). K tomuto výpočtu jsou vstupní data popisující atomové rozestavení daných látek ve vybraných rovinách získána v programu VESTA. Výstupní data ve formě počtu překryvů v závislosti na úhlu rotace jsou interpretována skrze průměrné hodnoty počtu těchto překryvů pro danou dvojici krystalografických rovin, jejich směrodatné odchylky, grafickou závislost počtu překryvů na úhlu rotace a skrze in-plane orientaci, jež je u šesti systémů (ZnO/MgO, ZnO/Al2O3, ZnO/Al2MgO4, ZnO/SrTiO3, BN/Ni, FeN/GaN) uvedena ve vědeckých článcích, ze kterých tato práce vychází. Studium se nově věnuje vlivu zahrnutí či nezahrnutí všech atomů dané roviny do výpočtu, vlivu velikosti plochy použité při tomto výpočtu a porovnávání výsledků neshody mříží a počtů překryvů odpovídajících konkrétní mimorovinné i rovinné orientaci. Výsledky jsou ve shodě s experimentálními daty v těchto vědeckých článcích, a použitá metoda se tak jeví jako vhodná k predikci orientací heteroepitaxních vrstev na krystalických substrátech.

Abstract:

This diploma thesis thematically follows the bachelor's thesis written by the same author with the aim of reintroducing and testing a predicative geometric method to determine the out-of-plane and in-plane preferred crystallographic orientation of heteroepitaxial layers ZnO, AlN, TiN, GaN, BN, FeN and crystalline substrates MgO, Al2O3, Si, C, Al2MgO4, SrTiO3, Ni, GaN. For this prediction, a set of scripts in the MATLAB program calculating the number of overlapping atoms of two crystallographic planes is used. One of the planes belongs to the layer and the other to the substrate (the so-called calculation of structural compatibility). For this calculation, the input data describing the atomic arrangement of the given substances in selected planes are obtained in the VESTA program. Output data in the form of a number of overlaps depending on the angle of rotation are interpreted through the average values of these overlaps for a given pair of crystallographic planes, their standard deviations, the graphical dependence of the number of overlaps on the angle of rotation and through the in-plane orientation, which is for six systems (ZnO/MgO, ZnO/Al2O3, ZnO/Al2MgO4, ZnO/SrTiO3, BN/Ni, FeN/GaN) mentioned in the scientific articles on which this work is based. The study is newly devoted to the effect of including or not including all atoms of a given plane in the calculation, the effect of the size of the area used in this calculation and comparing the results of lattice mismatch and the number of overlaps corresponding to specific out-of-plane and in-plane orientations. The results are in agreement with the experimental data in these scientific articles, and the method used thus appears to be suitable for predicting the orientations of heteroepitaxial layers on crystalline substrates.

Klíčová slova

přednostní krystalografická orientace, epitaxní vrstva, tenká vrstva, nitridy, substrát, ZnO, AlN, TiN, GaN, BN, FeN, MATLAB, strukturní kompatibilita, VESTA, Materials Studio, mimorovinná orientace, rovinná orientace

Keywords

preferred crystallographic orientation, epitaxial film, thin film, nitrides, substrate, ZnO, AlN, TiN, GaN, BN, FeN, MATLAB, structure compatibility, VESTA, Materials Studio, out-of-plane orientation, in-plane orientation

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 28. 4. 2024

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 30. 5. 2024
• Vedoucí: Jonáš Tokarský
• Oponent: Petr Ryšánek

VŠB – Technická univerzita Ostrava

Fakulta materiálově-technologická

Magisterský studijní program:
Nanotechnologie