Na všechna Oddělení

Výzkumná skupina laserové chemie

Výzkumná skupina laserové chemie se věnuje přípravě tenkých vrstev a nanostrukturovaných materiálů řadou technik. Mezi ně patří především laserová ablace, radiofrekvenční depozice a techniky chemické depozice z plynné fáze. Laboratoře jsou dobře vybaveny vakuovými aparaturami pro depozici nových materiálů a také analytickou technikou pro charakterizaci jak připravených materiálů, tak i reakčních produktů.

Výzkum se zaměřuje na depozici materiálů na bázi křemíku a germania pro fotovoltaické aplikace, depozici oxidů, suboxidů, oxykarbidů a oxynitridů pro fotokatalytické a fotoelektrochemické aplikace a depozici nanostrukturovaných silicidů a germanidů ve formě nanodestiček a nanodrátů pro fotokatalytické aplikace.

Charakterizace materiálů se provádí řadou technik spektroskopických (infračervená, UV-Vis, Ramanova, fotoelektronová a EDX spektroskopie), mikroskopických (skenovací elektronová mikroskopie) a difrakčních (prášková difraktografie). Plynné a kapalné vzorky se analyzují navíc pomocí plynové chromatografie a hmotnostní spektrometrie. Skupina poskytuje analytický servis i ostatním oddělením ÚCHP.

Depozice tenkých vrstev technikami laserové ablace

Skupina se dlouhodobě věnuje depozici tenkých vrstev laserovou ablací. K tomu jsou využívány excimerový ArF a infračervený TEA CO2 laser. Při depozici ve vysokém vakuu (řádově 10-3 Pa a nižším) jsou připravovány tenké vrstvy oxidů, silicidů, kovů apod. jednoduchou ablací pevného terče. Vzhledem k vysokým rychlostem chladnutí jsou připravené vrstvy amorfní. Krystalizací při vyšších teplotách se modifikují a optimalizují jejich vlastnosti pro fotokatalytické nebo senzorické aplikace.

Depozice nanostrukturovaných materiálů technikou reaktivní laserové ablace

Při laserem indukované depozici materiálů v reaktivním plynu (do 10 Pa) dochází k interakci mezi ablaovaným materiálem a molekulami plynu, vzájemné reakci a depozici materiálu s odlišným složením, než je složení pevného terče.  Vzhledem k pomalejšímu průběhu depozice a nukleaci před dopadem materiálu na substrát je připravený materiál většinou nanokrystalický. Takto jsou např. připravovány oxidy, suboxidy nebo oxykarbidy ablací elementárního kovu  v atmosféře kyslíku, silicidy nebo germanidy ablací kovu v silanu/germanu apod.

Chemická depozice z plynné fáze (CVD)

Pomocí různých technik CVD (low pressure CVD, subatmospheric CVD, chemical vapor transport - CVT) jsou ve Výzkumné skupině laserové chemie připravovány nanostrukturované depozity z prekurzorů křemíku a germania. Po kompletní strukturní a materiálové charakterizaci jsou tyto nanostruktury – hlavně nanodráty – dále studovány pro své elektronické a (foto)elektrochemické vlastnosti. V současné době jsou studovány (foto)elektrochemické vlastnosti křemíkových depozitů a jejich použitelnost pro generování jednoduchých uhlovodíků redukcí oxidu uhličitého a také pro štěpení vody.

Další témata výzkumu:

  • Příprava nových materiálů radiofrekvenčními technikami
  • Fotoelektrochemická, fotokatalytická a senzorická charakterizace

Syntéza CrGex nanodrátů

Nanodráty byly připraveny pomocí CVD techniky z prekursorů GeH4 a Cr(acac)3. Při teplotě 110 °C se vypařoval Cr(acac)3, který se v proudu GeH4 přiváděl do horké zóny 500 °C v peci, kde docházelo k vlastní pyrolýze. Vzniklé nanodráty se skládají z krystalického jádra z elementárního germania a amorfního obalu z CrGex slitiny o složení [Cr]:[Ge]=1:(6-7). Odpor systému nanodrát-podložka je 2,7 kW.cm, což nejspíše indikuje hluboká záchytná centra v zakázaném pásu Ge generovaná přítomností Cr atomů. Kromě nanodrátů vznikaly během CVD v depozitu také Ge nanokuličky, které pravděpodobně sloužily jako iniciační centra pro růst CrGex nanodrátů.

  • Dřínek V., Tiagulskyi S., Yatskiv R., Grym J., Fajgar R., Jandová V., Koštejn M., Kupčík J., Chemical vapor deposition of germanium-rich CrGex nanowires. Beilstein J. Nanotechnol. 12, 1365–1371, 2023. DOI

Příprava tenkých vrstev feromagnetických silicidů a germanidů manganu

Mn/GeMn/Ge vrstvaElektronová difrakceReaktivní laserovou ablací Mn terče za přítomnosti několika Pa reaktivního plynu (SiH4 či GeH4) byly připraveny silicidy a germanidy manganu. Připravované vrstvy jsou převážně amorfní, ale při následném žíhání na 600 °C (silicidy) či na 350 °C (germanidy) dochází ke krystalizaci a vzniku nanokrystalitů. V závislosti na podmínkách přípravy, především tlaku plynného prekurzoru a teplotě žíhání, lze připravit různé krystalické fáze silicidů (SiMn, Mn4Si7, Mn5Si3, Mn5Si2) a germanidů (GeMn a Mn5Ge3). S postupující krystalizací jsou u těchto materiálů pozorované rostoucí feromagnetické vlastnosti.

Příprava nových struktur slitiny Yb/Si

SEMTechnikou pulsní laserové ablace děleného terče Si/Yb v peci při teplotách 800 a 1000 °C byly připraveny nanostruktury silicidu ytterbia. Vzniklý nanostrukturovaný depozit obsahoval nanodráty, nanotyčinky a nanočástice. Jednotlivé nanočástice (800 °C) byly tvořeny slitinou Yb3Si5, zatímco nanotyčinky byly z materiálu s plošně centrovanou krychlovou  strukturou nebo s monoklinickou fází, jejíž krystalová struktura není dosud známa z Yb/Si fázového diagramu. Při teplotě 1000 °C jsou studované nanodráty a nanotyčinky amorfní a pokryté nanokrystaly s krystalickou strukturou podobnou nanotyčinkám s plošně centrovanou krychlovou mřížkou. Nanodráty (1000 °C) jsou při laboratorní teplotě polovodivé s vodivostí 132,9 W.cm, která je srovnatelná se silně dopovaným křemíkem. Na identifikaci nových struktur se spolupracuje s dalšími ústavy.

 

Tento web používá cookies. Více o cookies najdete zde.