Nanotechnologie

Garant předmětu:

Přednášející:

Cvičící:

Předmět zajišťuje:

katedra laserové fyziky a fotoniky

Anotace:

Přednáška má studenty seznámit hlavně s moderními technologickými metodami přípravy polovodičových, kovových i dielektrických nanostruktur. Budou vysvětleny fyzikálně-chemické základy různých technologií (MBE, MOVPE, EBL, sol-gel a koloidní roztoky). Velká pozornost bude věnována epitaxním technologiím, které jsou zásadní pro přípravu nanostruktur. Podrobně budou probrány i charakterizační „in situ“ a „ex situ“ techniky, bude diskutováno uplatnění těchto metod při růstu heterostruktur a nanostruktur. Podrobněji budou probrány i podpůrné technologické techniky - litografie, difúze; iontová implantace, napařování a slévání kontaktů; dielektrické vrstvy; pájení a pouzdření.

Požadavky:

Alespoň základní kurz Kvantové fyziky. Výhodu hlubšího pochopení budou mít ti se zvládnutou Fyzikou pevných látek, případně Krystalografií.

Osnova přednášek:

1. Příprava objemových polovodičových monokrystalů. Vysvětlení základních principů růstových metod. Parametry, vlastnosti a důvody omezení krystalografické dokonalosti těchto krystalů. Polovodičové materiály - přehled vlastností.

2. Epitaxní techniky pro přípravu polovodičových nanostruktur. Principy, fáze a typy růstu. Druhy epitaxí - epitaxe z pevné, kapalné a plynné fáze, jednotlivé varianty. Epitaxní růst z hlediska materiálového. Základní metody - epitaxe z molekulárních svazků (Molecular Beam Epitaxy, MBE) a plynná epitaxe z organokovových sloučenin (MetalOrganic Vapour Phase Epitaxy, MOVPE). Podrobný popis obou technik, srovnání, rozdíly, omezení, aplikační oblasti, parametry vybraných struktur. Růst QW, QWr, QD a kaskádových struktur. Stručná historie vývoje obou technologií.

3. Charakterizační „in situ“ a „ex situ“ techniky. Popis metod optických, strukturních, elektronových a ostatních. Uplatnění těchto metod při růstu heterostruktur a nanostruktur. Omezení daná použitím „při růstu“.

4. Podpůrné technologické techniky. Litografie, difuse; napařování a slévání kontaktů; dielektrické vrstvy; pájení; pouzdření.

5. Heterostruktury, nanostruktury, kvantově-rozměrové efekty. Zavedení, případně osvěžení pojmů z krystalografie, pásové teorie pevných látek, kvantové jámy, supermřížky, kaskádové struktury. Příklady využití nanostruktur a heterostruktur v polovodičových zdrojích záření a detektorech. Nanostruktury v aktivní oblasti LED, laseru (LD, SOA, fundamentální změny a zlepšení parametrů).

6. Příklady využití nanostruktur a heterostruktur v polovodičových součástkách.

7. Koloidní roztoky nanočástic, popis a definice, přehled rozmanitosti nanočástic. Příklady aplikací koloidních roztoků, fyzikálně-chemické jevy charakteristické pro monodisperzní koloidy a příslušné vnější projevy, prostorová restrikce, role povrchu, katalýza.

8. Lokalizovaný plasmon na kovových nanočásticích (LSPR), vznik a vlastnosti, plasmová frekvence, demostrace LSPR na zlatých nanočásticích a tyčinkách, praktické ukázky.

9. Základní metody přípravy monodisperzních koloidních roztoků, koalescence - koagulace - nukleace, Turkewichova metoda, elektrostatická a stérická stabilizace, stabilizace koloidního roztoku. Praktické příklady. Moderní metody přípravy nanočástic. Tvorba anizotropních částic různých tvarů, samouspořádání (self-assembly) nanořástic.

Osnova cvičení:

Cíle studia:

Znalosti:

Základní znalosti z oblasti nanotechnologií, metodách a postupech, zejména praktických, o způsobech přípravy nanostruktur, hlavních materiálech používaných pro nanotechnologie a o vlastnostech vybraných konkrétních nanostruktur.

Schopnosti:

Základní orientace v problematice nanotechnologií, aplikace a porozumění základním principům, praktická demonstrace principů na konkrétních vybraných strukturách.

Studijní materiály:

Povinná literatura

[1] E. L. Wolf, Nanophysics and Nanotechnology, Wiley-VCH, 2004.

[2] G. Gao, Nanostructures and Nanomaterials, Imperial College Press, 2004.

Doporučená literatura:

[3] V. A. Schukin, N. N. Ledentsov, D. Bimberg, Epitaxy of Nanostructures, Springer-Verlag, 2004.

[4] M. A. Herman, W. Richter, H. Sitter, Epitaxy, Springer-Verlag, 2004.

[5] K. Iga, S. Kinoshita, Process Technology for Semiconductor Lasers, Springer-Verlag, 1996.

[6] V. M. Ustinov, A. E. Zhukov, A. Y. Egorov, N. A. Maleev, Quantum dot lasers, Oxford University Press, 2003.

[7] T. Numai, Fundamentals of Semiconductor lasers, Springer-Verlag, 2004.

[8] D. Sands, Diode lasers, Institute of Physics Publishing, Series in Optics and Optoelectronics, 2005.

[9] M. Grundmann, Nano-optoelectronics, Springer-Verlag, 2002.

[10] G. A. Ozin, A. C. Arsenault, L. Cademartiri, Nanochemistry, RSC 2008.

Poznámka:

Další informace:

Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• BS Matematické inženýrství - Matematické modelování (volitelný předmět)
• BS Matematické inženýrství - Matematická fyzika (volitelný předmět)
• BS Matematické inženýrství - Aplikované matematicko-stochastické metody (volitelný předmět)
• BS Informatická fyzika (volitelný předmět)
• BS Aplikace softwarového inženýrství (volitelný předmět)
• BS Aplikovaná informatika (volitelný předmět)
• BS jaderné inženýrství B (volitelný předmět)
• BS Jaderné inženýrství C (volitelný předmět)
• BS Dozimetrie a aplikace ionizujícího záření (volitelný předmět)
• BS Experimentální jaderná a částicová fyzika (volitelný předmět)
• BS Inženýrství pevných látek (volitelný předmět)
• BS Diagnostika materiálů (volitelný předmět)
• BS Fyzika a technika termojaderné fúze (volitelný předmět)
• BS Fyzikální elektronika (povinný předmět oboru, volitelný předmět)
• BS Jaderná chemie (volitelný předmět)
• Fyzikální inženýrství - Počítačová fyzika (volitelný předmět)
• Fyzikální inženýrství - Fyzikální inženýrství materiálů (volitelný předmět)
• Fyzikální inženýrství - Inženýrství pevných látek (volitelný předmět)
• Fyzikální inženýrství - Laserová technika a fotonika (volitelný předmět)
• Fyzikální inženýrství - Počítačová fyzika (volitelný předmět)