Combined ab initio and experimental study of transition metal oxides

Mgr. Pavel Ondračka, Ph.D.

Doctoral thesis

Abstract:

Tato disertačnı́ práce se věnuje vlastnostem oxidů přechodných kovů, konkrétně TiO2 , HfO2 a směsných oxidů TixM1−xO2 (kde M = Si, Ge, Zr a Hf). Trendy ve strukturnı́ch, elektronických a optických vlastnostech zkoumaných materiálů v závislosti na jejich složenı́ jsou zkoumány za pomoci ab initio výpočtů prom amorfní i krystalické fáze. Experimentálnı́ část obsahuje spektrofotometrická a elipsometrická měřenı́ optických vlastnostı́ tenkých vrstev TixSi1−xO2, které byly připraveny pomocı́ plazmochemických metod (PECVD a PEALD). Poslednı́ část práce se zabývá problémem částečné separace TiO2 a SiO2 fázı́ v TixSi1−xO2 a s pomocı́ ab initio metod nastiňuje možnosti pro jejı́ kvantifikaci za použitı́ metody XPS.

Abstract:

The structure and properties of transition metal oxides, specifically TiO2, HfO2 and mixed TixM1−xO2 (where M=Si, Ge, Zr, and Hf) are studied in this thesis. Ab initio calculations are used in order to explore the composition dependent trends in the structural, electronic and optical properties of the crystalline solid solutions and amorphous phases of the studied materials. The complementary experimental part contains spectrophotometry and ellipsometry measurements of optical properties of TixSi1−xO2 thin films prepared by plasma technologies (PECVD and PEALD). The last part of this thesis is focused on the phenomenon of TiO2 and SiO2 partial phase separation in TixSi1−xO2 and delivers some ab initio insights into the problematic of its quantificication by means of XPS.

Keywords

TiO2, HfO2, TixSi1−xO2, TixGe1−xO2, TixZr1−xO2, TixHf1−xO2, optical properties, ab initio calculations, DFT, optical characterization, XPS

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 23. 4. 2018

Thesis defence

• Date of defence: 5. 6. 2018
• Supervisor: doc. Mgr. Lenka Zajíčková, Ph.D.
• Reader: prof. RNDr. Mojmír Šob, DrSc., Assoz.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. Peter Puschnig

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Advanced Materials and Nanosciences / Advanced Nanotechnologies and Microtechnologies