Student: Chlupová Šárka
Vedoucí: Doc. Mgr. Iva Matolínová, Dr.
Konzultant: Prof. RNDr. Vladimír Matolín, DrSc.
Stav práce: obhájená
Abstrakt:
Mobilní elektronická zařízení kladou vysoké nároky na rychlý rozvoj v oblasti zdrojů energie. Jednou z alternativ je přímá přeměna chemické energie na elektrickou prostřednictvím palivových článků. Pro elektronická zařízení s malými požadavky na výkon palivový článek představuje velmi atraktivní nový typ napájecího zdroje s vynikajícím potenciálem, speciálním případem je možnost integrování zdroje napájení na stejný substrát, na kterém jsou vyrobeny elektrické obvody. Jednou z nejdůležitějších součástí palivového článku je katalyzátor, který rozkládá palivo (např. vodík či methanol) na protony a elektrony. V případě palivového článku na čipu je třeba katalyzátory připravit tenkovrstvými technologiemi, jako je depozice materiálu napařováním a rozprašováním. Na našem pracovišti jsme vyvinuli zcela nové typy katalyzátorů v podobě nanostrukturních tenkých vrstev kovů, jejich slitin a směsných oxidů, které připravujeme magnetronovým naprašováním. Využití techniky depozice tenkých vrstev v kombinaci s elektronovou litografií a obráběním fokusovaným iontovým svazkem v elektronovém mikroskopu umožňuje připravit miniaturní mikročlánky integrované na křemíkových čipech pro přímé napájení elektronických obvodů.
Navrhovaná diplomová práce bude zabývat studiem depozice katalytických materiálů do kanálů palivového mikročlánku na čipu pomocí elektronové a iontové litografie (EBL/FIBL) v řádkovacím elektronovém mikroskopu (SEM). Funkční vrstvy budou připravovány metodou magnetronového naprašování na křemíkové substráty. Práce bude zaměřena na návrh možných pracovních postupů pro depozici jednotlivých funkčních vrstev - elektrod a aktivních materiálů - do kanálů prototypu planární mikrocely na křemíku (viz. obrázek). Úspěšná realizace bude kontrolována pokročilými mikroskopickými a analytickými metodami – mikroskopií atomárních sil (AFM), řádkovací elektronovou mikroskopií (SEM) s chemickou analýzou EDX. Cílem vývoje bude ověření proveditelnosti navržené struktury v prototypu palivového mikročlánku.
Dílčí úkoly:
1. Bibliografická rešerše.
2. Zvládnutí práce s mikroskopy AFM a SEM v kombinaci s EDX a FIB.
3. Testování vhodných parametrů pro mikroobrábění křemíkových čipů pomocí iontového svazku FIB/SEM.
4. Hledání vhodných parametrů pro depozici rezistových masek a EBL v SEM na hladkém povrchu křemíku.
5. Depozice rezistu do kanálů v křemíkovém substrátu, EBL v SEM.
6. Příprava vodivých elektrod pomocí EBL a FIBL na křemíkových čipů, jejich kontrola pomocí EDX.
7. Depozice katalytických vrstev do kanálů v křemíkovém substrátu, jejich kontrola pomocí EDX.
8. Vyhodnocení výsledků a sepsání diplomové práce.
Literatura:
1. Physical Principles of Electron Microscopy, R. F. Egerton, Springer, ISBN 978-0387-25800-0, Edmonton, Kanada 2007.
2. Focused Ion Beam System, edited by Nan Yao, Cambridge University Press, ISBN 978-0-521-83199-4, Cambridge, UK 2007.
3. PEM Fuel Cell Diagnostic Tool, edited by Haijiang Wang, CRC Press, ISBN 978-1-4398-3919-5, Boca Raton, USA 2011.
4. Proton Exchange Membrane Fuel Cells, Zhingang Qi, CRC Press, ISBN 978-1-4665-1370-9, Boca Raton, USA 2013.
5. Články v odborných časopisech podle dohody s vedoucí práce.