Reprezentatívne výsledky

2021

  • Výroba a príprava veľmi tenkých PtSe2 vrstiev

Veľmi tenké vrstvy PtSe2 sú sľubnými kandidátmi na aplikácie vo vysokorýchlostnej elektronike, spintronike a pre fotodetektory. Epitaxné vrstvy PtSe2 boli pripravené na c-zafírovej podložke pomocou jednozónovej selenizácie vopred naprášených platinových vrstiev. Filmy vykazujú znaky usporiadania v rovine na veľké vzdialenosti pripomínajúce epitaxný rast. Použitie zvýšenej teploty viedlo k zvýšenej kryštalinite a lepším elektrickým vlastnostiam1. Okrem toho sme identifikovali pomer Se : Pt ako parameter riadiaci pohyblivosť nosičov náboja vo vrstvách. Pohyblivosť sa zvyšuje viac ako dvakrát, keď sa pomer mení v úzkom intervale okolo hodnoty 22. Očakáva sa, že spojenie polovodiča so supravodičom na jednej platforme poskytne zariadeniam lepší výkon. Pripravili sme tenké vrstvy PtSe2 na povrchu NbN. Zistili sme, že parametre selenizácie zachovávajú chemickú a štrukturálnu integritu filmov PtSe2 aj NbN.Orientáciu PtSe2 možno ovplyvniť zmenou rýchlosti prietoku dusíka cez reakčnú komoru.3

Obr. 1 Pomer Se: Pt vs. pohyblivosť nosičov náboja a koncentrácia nosičov PtSe2 vrstiev pripravených selenizáciou 1 nm hrubej vrstvy Pt pri 550 °C počas 30 minút s rôznymi prietokmi dusíka.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Obr. 2. (a) XRD záznam NbN vrstvy a PtSe2 vrstiev pripravených selenizáciou 3 nm hrubej vrstvy platiny pri 550 °C na NbN podložke s použitím rôznych prietokov dusíka. (b) Schematický náčrt zobrazujúci usporiadanie vrstiev PtSe2 na NbN/zafírovom substráte.

Výstupy:

1. Sojková, M., Dobročka, E., Hutár, P., Tašková, V., Pribusová Slušná, L., Stoklas, R., Píš, I., Bondino, F., Munnik, F., and Hulman, M.: High carrier mobility epitaxially aligned PtSe2 films grown by one-zone selenization, Applied Surface Sci 538 (2021) 147936.

2. Hrdá, J., Tašková, V., Vojteková, T., Pribusová Slušná, L., Dobročka, E., Píš, I., Bondino, F., Hulman, M., and Sojková, M.: Tuning the charge carrier mobility in few-layer PtSe2 films by Se: Pt ratio, RSC Adv. 11 (2021) 27292.

3. Sojková, M., Hrdá, J., Volkov, S., Vegso, K., Shaji, A., Vojteková, T., Pribusová Slušná, L., Gál, N., Dobročka, E., Šiffalovič, P., Roch, T., Gregor, M., and Hulman, M.: Growth of PtSe2 few-layer films on NbN superconducting substrate, Applied Phys. Lett. 119 (2021) 013101.

 

  • Nehomogenity Schottkyho bariéry detektorov s povrchovou bariérou na báze 4H-SiC

Meraniami elektrických charakteristík (I-V a C-V merania) sme vyšetrovali výšku Schottkyho bariéry štruktúr Au/Ni/4H-SiC určených pre detektory rádioaktívneho žiarenia s povrchovou bariérou. Analýza troch parametrov diód – výšky bariéry, faktora ideality a sériového odporu ukázala, že bariéry nemožno chrakterizovať len jednou homogénnou výškou baréry po celom povrchu diódy. Následne sme bariéru analyzovali na základe rozpracovanej teórie nehomogenity bariéry s predpokladom jej Gaussovského rozdelenia. Experimentálne I-V krivky sme simulovali pomocou dvoch odlišných vplyvov sériového odporu, pomocou dvoch odlišných algoritmov. V prvom prípade sme predpokladali, že Schottkyho dióda je tvorená množstvom paralelne zapojených neinteragujúcich menších diód a každá z nich má svoj vlastný sériový odpor. Druhý prístup opäť predpokladal paralelné radenie malých diód avšak s jedným spoločným sériovým odporom. V oboch prípadoch sme hľadali tri parametre – strednú hodnotu Gaussovského rozdelenia bariér, strednú kvadratickú odchýlku rozdelenia a sériový odpor diódy.

Výsledky simulácii ukázali, že I-V krivky je možné veľmi dobre fitovať pomocou prvého prístupu neinteragujúcich diód, zatiaľ čo druhý ukazuje podstane väčšie odchýlky od reálne zmeraných dát.

 

Osvald, J., Hrubčín, L., and Zaťko, B.: Schottky barrier height inhomogeneity in 4H-SiC surface barrier detectors, Applied Surface Sci 533 (2020) 147389.

 

 

2019

  • Kontrolovaný rast veľmi tenkých vrstiev MoS2

Veľmi tenké vrstvy MoS2 sú sľubnými kandidátmi na aplikácie v mnohých oblastiach, ako sú napríklad fotovoltaika, fotokatalýza, nanotriboológia, lítiové batérie, hydrogenačná odsírovacia katalýza a suché lubrikanty, najmä vďaka svojim charakteristickým elektronickým, optickým a katalytickým vlastnostiam. Všeobecne sú možné dve možnosti orientácie vrstiev MoS2 – horizontálna (s osou c kolmou na rovinu podložky) a vertikálna (kde je c os rovnobežná s podložkou), ktoré majú rôzne fyzikálno-chemické vlastnosti. Pri príprave týchto materiálov pomocou sulfurizácie molybdénových vrstiev sa počiatočná hrúbka molybdénu ukázala byť kritickým parameterom ovplyvňujúcim konečnú orientáciu vrstiev MoS2. Na rozdiel od štandardných komôr CVD, kde reakcia prebieha v dvojzónovej peci, my používame jednozónová pec, kde máme podložku a síru spolu pri vysokej teplote v strede pece. Cieľom práce bolo štúdium vplyvu ďalších parametrov žíhania na orientáciu vrstiev. Ukázalo sa, že rýchlosť zahrievania je rozhodujúcim parametrom pre rastový mechanizmus, kde rýchla sulfurizácia vedie k rastu vertikálnych vrstiev MoS2 a pomalé odparovanie síry vedie k horizontálnemu rastu dokonca aj pre hrubšie počiatočné vrstvy molybdénu.

GIWAXS recipročné priestorové mapy MoS2 vrstiev pripravených na zafírovej podložke pripravené z 3 nm hrubých vrstiev Mo pri 800 °C počas 30 minút s rýchlosťou zahrievania (a) 25 °C / min, (b) 5 °C / min a (c) 0,5 °C / min. Píky pri -1 A-1 pochádzajú z (002) difrakčných rovín.

Použitá metóda jednozónej sulfurizácie navyše umožnila rast MoS2 na povrchu CVD diamantových vrstiev. Výsledkom tohto nášho experimentálneho návrhu je prostredie bohaté na síru počas procesu a difúzia síry do molybdénu pri teplotách nižších, ako sú teploty potrebné na tvorbu karbidu molybdénu bráni jeho tvorbe na rozhraní Mo-diamant. Toto zistenie môže otvoriť cestu pre rast MoS2 vrstiev na substrátoch, ktoré sú inak citlivé na chemickú reakciu s molybdénom. Takisto sme ukázali, že je možný horizontálny a vertikálny rast vrstiev MoS2, v závislosti od hrúbky Mo vrstvy tak ako v prípade neštrukturovaných podložiek. Kombinácia jedinečných diamantových vlastností a ultra tenkých vrstiev MoS2 s laditeľná kryštalografickou orientáciou môže ponúkať materiálové vlastnosti relevantné pre široké spektrum aplikácií.

 

SEM obrázky vrstiev MoS2 pripravených z (a) 1 nm, (b) 3 nm a (c, d) 6 nm Mo vrstiev na mikrokryštalickom CVD diamantovom substráte. V (d) sú stojace vločky MoS2 viditeľné na okraji kryštálu diamantu.

 

Sojková, M., Végso, K., Mrkývkova, N., Hagara, J., Hutár, P., Rosová, A., Čaplovičová, M., Ludacka, U., Skákalová, V., Majková, E., Šiffalovič, P., and Hulman, M.: Tuning the orientation of few-layer MoS2 films using one-zone sulfurization, RSC Adv. 9 (2019) 29645-29651. IF 3.049, Q SJR 1

Sojková, M., Šiffalovič, P., Babchenko, O., Vanko, G., Dobročka, E., Hagara, J., Mrkývková, N., Majková, E., Ižák, T., Kromka, A., and Hulman, M.: Carbide-free one-zone sulfurization method grows thin MoS2 layers on polycrystalline CVD diamond, Sci Rep. 9 (2019) 2001. IF 4.011, Q SJR 1

 

 

2018

  • Štúdium polovodičových detektorov ionizujúceho žiarenia na báze 4H-SiC epitaxnej vrstvy

Polovodičové detektory ionizujúceho žiarenia sú významnou oblasťou vo výskumnej činnosti, pretože sa využívajú v mnohých oblastiach ľudskej činnosti ako je monitorovanie žiarenia jadrovej energetike, medicíne, vo vesmínom výskume a pod. Keďže tieto detektory apriori pracujú v sťaženom prostredí je snaha hľadať materiály s vysokou radiačnou a tiež teplotnou odolnosťou. K takýmto materiálom sa zaraďuje SiC (karbid kremíka). Súčasťou nášho výskumu bolo skúmanie radiačnej odolnosti nami pripravených detekčných štruktúr a ich prípadné porovnanie s detektormi na báze Si (kremíka), ktoré sú v súčasnosti najviac využívané. Obrázok nižšie ukazuje porovnanie Si a SiC detektora ako sa zmení jeho energetické rozlíšenie v prípade ožiarenia 5 MeV elektrónmi. Je vidieť, že Si detektor prestal rozlišovať energetické čiary testovacieho žiariča (241Am) už pri ožiarení dávkou 1 kGy avšak SiC detektor ich stále rozlišuje aj po dávke 30 kGy.

 

 

Zaťko, B., Hrubčín, L., Šagátová, A., Osvald, J., Boháček, P., Zápražný, Z., Sedlačková, K., Sekáčová, M., Dubecký, F., Skuratov, V.A., Korytár, D., and Nečas, V.: Schottky barrier detectors based on high quality 4H-SIC semiconductor: electrical and detection properties, Applied Surface Sci 461 (2018) 276-280.

Hrubčín, L., Gurov, J.B., Zaťko, B., Mitrofanov, S.V. Rozov, S.V., Sedlačková, K., Sandukovskij, V.G. Semin, V.A., Nečas, V., and Skuratov, V.A.: Characteristics of Si and SiC detectors at registration of Xe ions, J. Instrument. 13 (2018) P11005.

 

2017

  • Termo-mechanická analýza nechladeného La0.67Sr0.33MnO3 mikrobolometera pripraveného na kruhovej SOI membráne 

Predstavili sme návrh, technológiu ako aj meranie fyzikálnych parametrov anténovo viazaného mikrobolometra, ktorý môže byť použitý na širokopásmovú detekciu terahertzového elektromagnetického spektra. Tento mikrobolometer je tvorený aktívnou vrstvou La0.67Sr0.33MnO3 (v skratke LSMO) epitaxne rastenej na prispôsobovacej multivrstve z rozličných (vhodných) materiálov, ktorá zabezpečuje mriežkové prispôsobenie snímacej vrstvy LSMO s nosným hrubým kremíkom. Vďaka objemovému mikrotvarovaniu substrátov typu SOI (Silicon-On-Insulator) je finálna snímacia štruktúra integrovaná na tenkej zavesenej membráne, ktorá poskytuje slabé tepelné spojenie, čím sa zvyšuje tepelná odozva a tým aj citlivosť. Okrem toho pomáha potlačiť budenie povrchových rovinných módov, ktoré inak zhoršujú vyžarovací diagram antény a ovplyvňujú spektrálnu odozvu senzora. Činnosť senzora je demonštrovaná využitím molekulárneho lasera pri emisii 762 GHz (a tiež 1,4 THz). Parametre vyrobených mikrobolometrov sa zväčša analyzujú z hľadiska odozvy a časovej konštanty. Optimálna pracovná teplota detektorov je cca 65 °C.

Obrázok 1. Schématický náčrt anténou viazaného mikrobolometra, ktorý je tvorený bolometrickým diskom v strede tenkej leptanej membrány na podložke SOI. Disk je elektricky spojený k logaritmicko-periodickej anténe, aby vhodne konvertoval dopadajúce elektromagnetické žiarenie na Joulovo teplo. Teplota v bolometri je meraná elektricky cez odpor disku pomocou vyvedených kontaktov v rohoch čipu.

 

Obrázok 2. Reálny pohľad na pripravený bolometer umiestnený na pätici pri testoch.

 

Obrázok 3. Snímok 762-GHz laserového lúča v smeroch x-y cez efektívnu plochu antény; farebným kódom zobrazený normalizovaný signál magnitúdy zosilňovača typu lock-in.

 

Lalinský, T., Dzuba, J., Vanko, G., Kutiš, V., Paulech, J., Gálik, G., Držík, M., Chromik, Š., and Lobotka, P.:Thermo-mechanical analysis of uncooled La0.67Sr0.33MnO3 microbolometer made on circular SOI membrane. Sensors Actuators A 265 (2017) 321–328. (APVV 14-0613, APVV 0450-10, APVV 0455-12, CENTE II).

 

Rýger, I., Lobotka, P., Steiger, A., Chromik, Š., Lalinský, T., Raida, Z., Pítra, K., Zehetner, J., Španková, M., Gaži, Š., Sojková, M., and Vanko, G.: Uncooled antenna-coupled microbolometer for detection of terahertz radiation, J. Infrared, Millimet., Terahertz Waves 42 (2021) 462–478.

 

Š.Chromik, M.Španková, M.Talacko, E.Dobročka,T.Lalinský: Some peculiarities at preparation of Bi4Ti3O12 films for bolometric applications, Applied Surf. Sci. 461 (2018) 39. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2018.06.059

 

Lalinský, T., Dzuba, J., Vanko, G., Kutiš, V., Paulech, J., Gálik, G., Držík, M., Chromik, Š., and Lobotka, P.:Thermo-mechanical analysis of uncooled La0.67Sr0.33MnO3 microbolometer made on circular SOI membrane. Sensors Actuators A 265 (2017) 321–328.

 

Kutiš, V., Paulech, J., Gálik, G., Lalinský, T., Vanko, G., Hrabovský, J., Jakubec, J., : Thermal analysis of microbolometer In: Proc. 23th Inter. Conf. on Applied Phys. of Cond. Matter (APCOM 2017). Eds. J. Vajda and I. Jamnický. Bratislava: FEI STU 2017. ISBN 978-80-227-4699-1. P. 267-271.

 

2016

  • Detektory neutrónov na báze 4H-SiC čistej epitaxnej vrstvy

Pripravili sme a optimalizovali 4H-SiC detekčné štruktúry so Schottkyho kontaktom pre detekciu rýchlych a tepelných neutrónov. Typicky využívané kremíkové detektory majú krátku životnosť kvôli vysokému faktoru poškodenia neutrónmi. Preto sa skúmajú nové polovodičové materiály s vyššou odolnosťou a jedným z kandidátov je aj SiC, ktorý je okrem toho schopný pracovať aj pri teplotách niekoľko sto °C. Predpokladané využitie SiC detektora neutrónov je v blízkosti jadrových resp. fúznych reaktorov pre monitorovanie neutrónového toku. Vhodnou voľbou konverznej vrstvy môžeme meniť citlivosť pre rôzne typy neutrónov (napr. tepelné, rýchle). Našou úlohou bola optimalizácia elektrických a detekčných parametrov využitím simulačných nástrojov a následná realizácia SiC detektorov a experimentálne overenie.

 

Spektrálna odozva 4H-SiC detektora tepelných neutrónov s rôznou hrúbkou konverznej vrstvy (vľavo).  Odozva pre 15 MeV rýchle neutróny bez a s HDPE koverznou vrstvou (vpravo).

 

Zaťko, B., Šagátová, A., Sedlačková, K., Nečas, V., Dubecký, F., Solar, M., Granja, C., : Detection of fast neutrons from D-T nuclear reaction using 4H-SiC radiation detector. Inter. J. Modern Phys.: Conf. Ser. 44 (2016) 1660235.

Sedlačková, K., Šagátová, A., Zaťko, B., Nečas, V., Solar, M., Granja, C., : MCNPX simulations of the silicon carbide semiconductor detector response to fast neutrons from D-T nuclear reaction. Inter. J. Modern Phys.: Conf. Ser. 44 (2016) 1660226.

Zaťko, B., Šagátová, A., Sedlačková, K., Boháček, P., Sekáčová, M., Kohout, Z., Granja, C., Nečas, V., :Radiation detector based on 4H-SiC used for thermal neutron detection. J. Instrument. 11 (2016) C11022.

Zaťko, B., Hrubčín, L., Šagátová, A., Boháček, P., Dubecký, F., Sedláčková, K., Sekáčová, M., Arbet, J., Nečas, V., and Skuratov, V.: Particle detectors based on 4H-SiC epitaxial layer and their properties In: ASDAM 2016. Eds. Š. Haščík et al. IEEE 2016. ISBN 978-1-5090-3081-1. P. 141-144.

2015

 2014

2013

2012