Studium modifikace krystalických materiálů energetickými ionty

Bc. Adéla JAGEROVÁ

Master's thesis

Study of crystalline materials modified by energetic ions

Abstract:

Nitrid gallitý (GaN) jako polovodič s širokým zakázaným pásem je řazen k jedněm z nejdůležitějších materiálů současné fotoniky a elektroniky. Podstatnou výhodou je snadná modulace jeho vlastností vlivem dopování příměsovými atomy a vytváření specifických nanostruktur s význačnými optickými a magnetickými vlastnostmi. Implantace urychlených iontů je jednou z možností vytváření přesně definovaných vrstev. V současnosti vzrůstá zájem o nanostruktury vytvářené nejen v polárním ale i v nepolárním a semipolárním GaN, nicméně vlastnosti těchto struktur nejsou doposud dobře známy. Tato práce je zaměřena zejména na studium radiačního poškození polárních, nepolárních a semipolárních epitaxních vrstev GaN způsobeného iontovou implantací. Epitaxní vrstvy krystalu GaN byly implantovány ionty gadolinia (Gd), kryptonu (Kr) a zlata (Au) s rozdílnými implantačními energiemi a fluencemi s ohledem na rozdílné efekty, které se uplatňují během formování radiačního poškození. Byla detailně prostudována asymetrie kumulace defektů v různých krystalografických orientacích GaN, kde se ukázala výlučnost nepolárních GaN vrstev, které vykazují výraznou odolnost při radiačním poškození a jinou tvorbu defektů ve srovnání s polárními GaN. Stejně tak se prokázal vliv typu dopantu na tvorbu defektů a následné optické vlastnosti vrstev v GaN. Hloubkové profily byly stanoveny metodou Rutherfordova zpětného rozptylu iontů (RBS). Pro studii míry poškození a vlivu vysokoteplotního žíhání na rekonstrukci struktury byla použita metoda RBS v režimu kanálování (RBS-C). Metody RBS a RBS-C byly realizovány na urychlovači Tandetron 4130 MC s pomocí iontového svazku He+ s energií 2 MeV. Výsledky měření RBS-C byly srovnány s Ramanovo spektroskopií. U vybraných vzorků byla rovněž studována povrchová morfologie metodami SEM a AFM a optické vlastnosti.

Abstract:

Gallium nitride (GaN) as a wide-bandgap semiconductor is one of the most important materials for nowadays photonics and electronics. Significant advantage of this material is easy modulation of its properties by doping admixture atoms, creating specific nanostructures with distinctive optical and magnetic properties. The implantation of accelerated ions is a way to form accurately defined layers. Nowadays, there is increasing interest in nanostructures produced not only in polar but also in nonpolar and semipolar GaN, however properties of these structures are not well known yet. This work is focused on study of radiation damage in polar, nonpolar and semipolar GaN epitaxial layers caused by ion implantation. Epitaxial layers of GaN crystal were implanted gadolinium (Gd), krypton (Kr) and gold (Au) with different implantation energies and fluencies with respect to forming radiation damage. The asymmetry of defect accumulation in various GaN crystallographic orientations has been studied in detail, showing the exclusivity of non-polar GaN layers, which exhibit significant resistance to radiation damage and exhibit different defect formation compared to polar GaN. Similarly, the influence of dopant type on defect formation and the subsequent optical properties of GaN layers were demonstrated. Depth profiles were determined by Rutherford backscattering method (RBS). For the study of damage amount as well as impact of high temperature annealing on structural recovery was used RBS in channelling mode (RBS-C). Both methods, RBS and RBS-C, were realized on Tandetron 4130 MC accelerator using He+ ion beam with 2 MeV energy. Results from this measurement were compared with Raman spectroscopy. In selected samples was also studied the change in surface morfology by AFM and SEM and optical properties.

Keywords

Iontová implantace, ozařování krystalických materiálů, nitrid gallitý, RBS kanálování

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 3. 5. 2018

Thesis defence

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

JAN EVANGELISTA PURKYNĚ UNIVERSITY IN ÚSTÍ NAD LABEM

Faculty of Science

Master programme / field:
Nanotechnology / Applied Nanotechnology