Příprava a charakterizace nanostruktur - Tomáš Šikola
Vysoké učení technické v Brně Vysoké učení technické v…
Příprava a charakterizace nanostruktur - Tomáš Šikola

Vedení

prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc. prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc.
Vedoucí výzkumného programu

Výzkumné oblasti

  • Příprava nanostruktur metodami zdola nahoru
  • Příprava nanostruktur metodami shora dolů (nanolitografie)
  • Zkoumání funkčních vlastností nanostruktur
  • Vývoj analytických a měřicích metod

Hlavní cíle

Výroba nanostruktur metodami zdola nahoru a dolů (nanolitografie)

Vývoj metod pro výrobu nanostruktur: planární fyzikální a plazmochemické metody s využitím EBL (elektronové litografie), UV litografie, FIB (fokusovaný iontový svazek), SPM litografie a pomocí razítkovacích matric. MBE (molekulárně svazková epitaxe), CVD (depozice z plynné fáze), ALD (atomární depozice vrstva po vrstvě), PECVD (depozice z plynné fáze za asistence plazmatu), hybridních metod pro selektivní růst atd. Všechny vyvinuté metody jsou využívány přímo pro výrobu nanostruktur, pokročilých 2D materiálů a z nich vytvořených zařízení.

Vyšetření funkčních vlastností nanostruktur

Specifikace a optimalizace funkčních vlastností nanostruktur pro nanoelektroniku, nanofotoniku a (bio) senzoriku, jejich korelace s geometrickými/strukturními parametry nanostruktur a provozními parametry. Nové a jedinečné vlastnosti nanostruktur, které nejsou pozorovány v konvenčních materiálech a mikrostrukturách, otevírající cesty pro přípravu, studium a výrobu kvalitativně nových aplikací.

Výzkum a vývoj analytických a měřicích metod

Vývoj metod a metodik pro mikroskopii, analýzu a metrologii nanomateriálů / nanostruktur a pro diagnostiku jejich vlastností - nové techniky nanometrologie pomocí SPM (rastrovací sondové mikroskopie), optické metody, kombinace více technik (SEM - rastrovací elektronová mikroskopie, FIB – fokusovaná iontový svazek, AFM - mikroskopie atomárních sil, AES –spektroskopie Augerových elektronů, EPR – elektronová paramagnetická rezonance apod.). Tyto a další high-tech metody jsou využívány k plnění dalších cílů Výzkumného programu pro pokročilé nanotechnologie a mikrotechnologie a pro charakterizaci nano- a mikrostruktur obecně.


Výzkumné zaměření

Výroba nanostruktur metodami zdola nahoru

Výroba nanostruktur pomocí plošných technologií

Výzkum a využití jevů nezbytných pro růst (ultra) tenkých vrstev/2D materiálů a samoorganizovaného růstu nanoobjektů (nanovlákna, nanotrubice, nanotečky, atd.) se specifickými vlastnostmi pomocí PVD (MBE, IBAD - naprašování pomocí širokých iontových svazků, magnetronové naprašování, CVD, PECVD a užitím elektrochemických metod. Pozornost je věnována jednak studiu počátečních fází růstu tenkých vrstev a nanostruktur, které mají zásadní význam na fyzikálmí parametry a vlastnosti konečných produktů (vliv substrátu, nukleace a difúze atomů a klastrů, růstové módy tvorby vrstev, katalytická aktivita), a jednak nalezení vztahů mezi těmito parametry a vlastnostmi výsledných produktů.

Výzkum přípravy nanovláken (zejména z polovodičových materiálů) pomocí metody VLS – vapour-liquid-solid a použitím MBE a UHV evaporace, jejich in situ monitorování růstu v reálném čase pomocí SEM a jiných technik.

Výroba nanostruktur metodami shora dolů (nanolitografie)

Vývoj nanolitografických metod užívajících elektronového svazku, sondovou rastrovací mikroskopii (např. metoda LAO - lokální anodická oxidace), nebo fokusovaným iontovým svazkem jejich kombinacemi s planárními technologiemi (např. selektivní a řízený růst) pro výrobu nanostruktur s minimálními rozměry kolem 10 nm.

  • Výroba nanosoučástek (kvantové bodové kontakty, kvantové tečky, SET – jednoelektronové tranzistory, spintronické systémy apod.)
  • Příprava uspořádaných kovových nanočástic, prvků a systémů (plasmonika, rezonanční plasmonové antény apod.)
  • Příprava dielektrických a polovodičových nanokrystalů a nanodrátů (fotonika, optoelektronika, bioaktivní povrchy)
  • Výroba kovových a grafénových nanoelektrod pro vytváření kontaktů s molekulovými nanostrukturami
  • Výroba magnetických nano- a mikrosystémů (např. NiFe, Co, …)

Selektivní depozice

Selektivní a řízený růst nanostruktur na substrátech modelovaných/paternovaných litografickými metodami: (i) UHV růst uspořádaných kovových nanostruktur na Si substrátech paternovaných FIB a SPM, (ii) negativní a pozitivní depozice polí zlatých nanočástic na paternované (pomocí FIB a SEM) Si substráty.

Studium funkčních vlastností nanostruktur

Hlavním cílem je najít vztah mezi vlastnostmi nanostruktur a jejich geometrickými a strukturálními parametry a tyto využít znalosti pro zpětnou vazbu v technologii jejich přípravy a pro jejich další možné aplikace.

Magnetické nanostruktury

Příprava magnetických 2D-0D uspořádaných nanostruktur a vícevrstevnatých systémů. Experimentální a teoretické studium magnetické anizotropie, změny fází, transportních vlastností (např. GMR – obrovská magnetorezistivita, TMR –magnetorezistivita tunelujících elektronů) a dynamiky doménových stěn a vortexů pro aplikace v magnetickém záznamu, spintronice/magnonice a (bio)senzorice.

Nanostruktury pro plazmoniku

Výroba a studium vlastností kovových nanostruktur a mikrostruktur vhodných pro plazmoniku. Studium tvorby, detekce a aplikace povrchových plazmonových polaritonů. Simulace a experimentální ověření rezonance lokalizovaných povrchových plazmonů (lokalizovaných povrchových plazmonů) na kovových nanočásticích, nanočástech a nano/mikro anténách. Kombinace plazmonových antén a nekovových materiálů (včetně 2D materiálů) pro plazmonově navýšenou fotoluminiscenci, povrchem navýšenou Ramanovou spektroskopii (SERS) a kvantové technologie. Silná vazba mezi lokalizovanými povrchovými plazmony a jinými rezonančními režimy. Aplikace při přípravě mikro a nanosenzorů (včetně biosenzorů).

Polovodičové ultratenké vrstvy a nanostruktury se širokým pásem zakázaných energií

Příprava polovodičových ultratenkých vrstev a nanostruktur (GaN, AlN, …) při nízkých a středních teplotách, studium jejich elektronové struktury. Studium jejich optických vlastností.

2D materiály a nanostruktury

Vyšetřování elektronové struktury a transportních vlastností grafénu a dalších 2D materiálů pomocí Hall-bar nanostruktur a FET - polem řízených tranzistorů mikrostruktur, studium vlivu adsorbátů a měkkého rentgenového záření na jejich vlastnosti.

 


Novinky

Všechny novinky