Detail předmětu

Metody přípravy nízkodimenzionálních struktur

FSI-TNS Ak. rok: 2027/2028 Letní semestr

Přehled technologií přípravy nízkodimenzionálních materiálů a nanostruktur (0D, 1D a 2D). Řízené a samo-uspořádávací procesy tvorby nanostruktur, metody depozice, epitaxního růstu, litografie a leptání. Analytické metody a metodiky charakterizace nanostruktur a tenkých vrstev. Fyzikální principy používaných technologií a souvisejících jevů na nanometrové úrovni. Praktické příklady materiálových systémů, heterostruktur a jejich aplikací v elektronice a optoelektronice.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

3

Garant předmětu

prof. Ing. Miroslav Kolíbal, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav fyzikálního inženýrství

Vstupní znalosti

Základní znalosti obecné fyziky, struktury a vlastností pevných látek, elektronových transportních jevů, energetických pásových diagramů a interakce elektromagnetického záření s látkou. Základní pojmy molekulové a kvantové fyziky.

Způsob zakončení předmětu a pravidla hodnocení studentů

Předmět je zakončen kolokviem. Při kolokviu student prokazuje porozumění probíraným tématům, schopnost vysvětlit základní fyzikální principy jednotlivých metod přípravy nízkodimenzionálních struktur a diskutovat jejich výhody, omezení a možnosti praktického využití. Hodnocení vychází z odborné správnosti odpovědí, porozumění souvislostem a schopnosti aplikovat získané znalosti na konkrétní příklady. K přípravě na kolokvium je dovoleno používat vlastní poznámky z přednášek.

Účast na cvičeních a laboratorním cvičení je povinná a je kontrolována vyučujícím. Případnou neúčast je nutné nahradit způsobem stanoveným vyučujícím s ohledem na rozsah a obsah zameškané výuky.

Předmět je úspěšně absolvován po splnění požadavků na povinnou účast a úspěšném vykonání kolokvia.

Učební cíle

Po absolvování předmětu student:

  • vysvětlí základní fyzikální principy technologií používaných pro přípravu nízkodimenzionálních struktur (0D, 1D a 2D materiálů);

  • rozliší přístupy typu top-down a bottom-up a popíše jejich výhody a omezení;

  • popíše principy vybraných metod depozice, epitaxního růstu, litografie a leptání;

  • vysvětlí základní principy analytických metod používaných pro charakterizaci nanostruktur a tenkých vrstev;

  • posoudí vhodnost jednotlivých metod přípravy a charakterizace pro konkrétní materiálové systémy a aplikace;

  • uvede příklady využití nízkodimenzionálních materiálů a heterostruktur v elektronice a optoelektronice.

Použití předmětu ve studijních plánech

Program B-FIN-P: Fyzikální inženýrství a nanotechnologie, bakalářský, povinně volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., povinná

Osnova

Lekce 1 – úvod do nízkodimenzionálních struktur, přístup bottom-up a samouspořádávání. Kvantové tečky, fulerény, nanodráty, 2D materiály. Fyzikální a chemické přístupy k tvorbě nanostruktur.


Lekce 2 – přístup top-down a hybridní varianty. Litografie založená na SPM, optická a elektronová litografie.


Lekce 3 – magnetronové a iontově-asistované naprašování, napařování a spintronika. Příprava tenkých vrstev, epitaxe a heterostruktury. Polovodičové multivrstvy a magnetická záznamová média.


Lekce 4 – molekulární svazková epitaxe. Pevnolátkové lasery.


Lekce 5 – Leptání a depozice z plynné fáze. Mokré a suché leptání. CVD, dopování a příběh modré diody.


Lekce 6 – depozice atomárních vrstev. Polovodičové technologie v tranzistorech.


Lekce 7 – fokusovaný iontový svazek. Interakce iontů s pevnou látkou, technologie FIB, FIBem indukované procesy a aplikace FIB.


Lekce 8 – Analytické techniky – RTG difrakce, spektroskopická elipsometrie, SEM/TEM, a techniky citlivé na povrch s velkým prostorovým rozlišením.

Laboratorní cvičení

3 hod., povinná

Osnova



  1. Seznámení s laboratorním prostředím, zásady práce v čistých prostorách a bezpečnostní pravidla.




  2. Příprava tenkých vrstev napařováním, optická litografie a základní principy přenosu struktur do tenkých vrstev.




  3. Elektrická charakterizace připravených struktur a vyhodnocení naměřených dat.



Cvičení

7 hod., povinná

Osnova



  1. Výpočty a příklady související s tvorbou a vlastnostmi nízkodimenzionálních struktur.




  2. Fyzikální principy depozičních metod a růstu tenkých vrstev.




  3. Příklady využití litografie, leptání a depozice při výrobě nanostruktur.




  4. Principy a interpretace výsledků vybraných analytických metod.




  5. Praktické příklady materiálových systémů, heterostruktur a jejich aplikací.



Cvičení s počítačovou podporou

3 hod., nepovinná

Osnova

Využívá se ve vybraných případech pro podporu cvičení.