Příprava a charakterizace nanomateriálů

Zaměření

Výzkumný tým se zaměřuje na studium elektronických a optických jevů na povrchu a rozhraní nanomateriálů vyvolané dopadem fotonů, iontů, elektronů a adsorbcí plynů za účelem jejich využití pro senzorické aplikace, jako zdrojů světelného záření a pro vylepšení nanodiagnostických schopností analytických metod.

Současná náplň práce:

Studium rozhraní kov-polovodič

Sloučeninové polovodiče mají v dnešní době nezastupitelnou úlohu v mnoha elektronických a fotonických součástkách. Celá řada z nich je založena na rozhraní kov-polovodič. Toto rozhraní je předmětem studia již několik desetiletí. S rozvojem nanotechnologií se vynořily nové možnosti jeho realizace.

Na povrch polovodičů nanášíme kovové nanočástice (KNC) o velikosti několika nanometrů. Tyto struktury vykazují unikátní vlastnosti.

Povrchové plazmony vodivostních elektronů kovových nanočástic, které jsou excitovány vlivem dopadu elektromagnetického záření, mohou zesilovat absorpci světla, Ramanův rozptyl a intenzitu luminiscence z polovodičové podložky. Pokoušíme se teoreticky popsat a experimentálně ověřit zesílení luminiscence z polovodičových materiálů dekorovaných KNC.

Velká část sloučeninových polovodičů trpí velkou hustotou povrchových stavů, které způsobují fixování Fermiho hladiny. Fixování Fermiho hladiny vede k nízkým hodnotám výšky Schottkyho bariéry a k jejich nezávislosti na deponovaném kovu, pokud tento kov deponujeme běžnými metodami jako je vakuové napařování.

Ukázali jsme, že depozice organizovaných KNC z reverzních micel spolu s koloidním grafitem na povrch InP vede k odstranění zafixování Fermiho hladiny v InP a k reprodukovatelné přípravě rozhraní Pd-InP s vysokou Schottkyho bariérou. Tyto struktury vykazují vynikající citlivost na nízké koncentrace vodíku. Zabýváme se nanášením KNC na leštěné desky a epitaxní vrstvy dalších sloučeninových polovodičů  (GaAs, GaN, ZnO) s cílem připravit kvalitní Schottkyho bariéry, popsat elektrický transport přes rozhraní KNC/polovodič, vysvětlit chemické procesy při absorpci atomů a molekul a realizovat struktury pro detekci nebezpečných plynů.

Nanášení nanočástic na povrchy

Pro nanášení KNC na povrchy využíváme především technologii elektroforetické depozice (EFD) a vakuového napařování. Technologie EFD je založena na nanášení nabitých koloidních nanočástic z koloidního roztoku na povrch vodivé pevné látky. Roztoky KNC v polárních i nepolárních rozpouštědlech s různými surfaktanty připravujeme s ohledem na jejich následnou depozici a realizaci plazmonických či Schottkyho struktur.  Studujeme vliv složení koloidních roztoků a parametrů EPD ve stejnosměrném i časově proměnném elektrickém poli na kvalitu deponovaných vrstvev s cílem získat kontrolu nad stupněm pokrytí a v případě větších tlouštěk docílit růstu vrstva po vrstvě. Polovodičové substráty upravujeme (patterning) pomocí elektronové a iontové litografie s cílem jednak pochopit mechanismy depozice KNC, jednak připravit struktury vhodné pro jejich charakterizaci a aplikaci v senzorech plynů.

Charakterizace nanomateriálů

Výzkum je zaměřen na studium fyzikálních procesů, které nastávají při interakci světla, iontů a elektronů s povrchy pevných látek s cílem charakterizovat nanostrukturované materiály. Z analytických metod, které používáme (SEM, FIB, SIMS, EDX, AFM, STM, BEEM/BEES, Raman, optická mikroskopie, fotoluminiscence, katodoluminiscence) sami vyvíjíme nebo podrobně studujeme tři z nich: fotoluminiscenci, balistickou elektronovou mikroskopii a spektroskopii (BEEM/BEES), hmotnostní spektrometrii sekundárních iontů (SIMS).  U fotoluminiscence nás zajímá, zda ji lze zesílit pomocí nanesení kovových nanočástic na povrch polovodičových vzorků. Pomocí BEEM/BEES se snažíme porozumět struktuře elektronických hladin kvantových teček. U metody FIB SIMS studujeme vliv připouštění reaktivních plynů, např. kyslíku, na zvýšení výtěžků sekundárních iontů, které má zásadní vliv na citlivost a iontově-obrazové rozlišení metody.