Predikce přednostních krystalografických orientací tenkých vrstev ZnO na krystalických substrátech

Jonáš Molek

Bakalářská práce

Prediction of the preferred crystallographic orientations of ZnO thin films on crystalline substrates

Anotace:

Tato bakalářská práce se zabývá predikcí přednostní krystalografické orientace tenké, epitaxní krystalické vrstvy oxidu zinečnatého wurtzitové struktury na vybraných krystalických substrátech – MgO, Al2O3, Si, C, Al2MgO4, SrTiO3. K této predikci je využit specifický soubor skriptů v programu MATLAB, jenž vypočítá strukturní kompatibilitu, tedy počet relevantních překryvů atomů dvou krystalografických rovin, z nichž jedna náleží oxidu zinečnatému a druhá vybranému substrátu. Pro tento účel jsou vstupní data charakterizující atomové rozestavení daných látek v určených rovinách získána za použití programů Materials Studio a VESTA. Získaná výstupní data ve formě počtu relevantních překryvů v závislosti na úhlu rotace jsou interpretována skrze průměrné hodnoty 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 čtyř substrátů (MgO, Al2O3, Al2MgO4, SrTiO3) uvedena ve vědeckých článcích, ze kterých tato práce vychází. Výsledky jsou ve shodě s experimentálními daty v těchto vědeckých článcích a použitá metoda se tak jeví jako vhodná k predikci orientací tenkých vrstev na krystalických substrátech.

Abstract:

This bachelor thesis deals with a prediction of preferred cryslallographic orientations of wurtzit ZnO thin epitaxial films on selected crystalline substrates – MgO, Al2O3, Si, C, Al2MgO4, SrTiO3. For the prediction, the set of specific scripts in MATLAB is used to calculate structure compatibility, i.e. the number of relevant atomic overlaps of the two crystalographic planes, the ZnO plane and the plane of the selected substrate. For this purpose, the input data characterizing the atomic distribution of the substances in the planes are obtained using the Materials Studio and VESTA programs. The obtained output data in the form of number of relevant overlaps depending on the angle of rotation are interpreted via average values of these overlaps for a given pair of crystallographic planes, standard deviations, graphical dependence of the number of overlaps on the angle of rotation, and in-plane orientations mentioned for substrates (MgO, Al2O3, Al2MgO4, SrTiO3) in scientific articles from which this work draws. The results of this work are in agreement with the experimental data in the articles and the method used thus seems to be suitable for predicting thin films orientations on crystalline substrates.

Klíčová slova

přednostní krystalografická orientace, epitaxní vrstva, tenká vrstva, ZnO, substrát, MgO, Al2O3, Si, C, Al2MgO4, SrTiO3, MATLAB, strukturní kompatibilita, VESTA, Materials Studio, in-plane orientace

Keywords

preferred crystallographic orientation, epitaxial film, thin film, ZnO, substrate, MgO, Al2O3, Si, C, Al2MgO4, SrTiO3, MATLAB, structure compatibility, VESTA, Materials Studio, in-plane orientation

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 6. 5. 2022

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 9. 6. 2022
• Vedoucí: Jonáš Tokarský
• Oponent: Lenka Kulhánková

VŠB – Technická univerzita Ostrava

Fakulta materiálově-technologická

Bakalářský studijní program:
Nanotechnologie