URBIŠ, J. Optimalizace a měření transportních experimentů na grafenových polem řízených tranzistorech [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2019.

Posudek vedoucího

Bartošík, Miroslav

Úkolem diplomové práce Jakuba Urbiše bylo vytvořit pomocí jazyka LabView program umožňující, co možná nejvíce zjednodušit ovládání transportních měření prováděných ve dvoubodové a čtyřbodové konfigurací s možností aplikace hradlového napětí na senzorech využívajících rozhraní grafen/SiO2. Při těchto experimentech je nutno kromě automatizace vlastního transportního experimentu provádět řadu dalších úkonů, jako např. souběžné SPM měření, regulaci okolní atmosféry atd. a jakékoliv usnadnění je pak zásadní z hlediska vlastní zvládnutelnosti a reprodukovatelnosti všech experimentů zásadní. Tento cíl se podařilo studentovi splnit, neboť program plní velmi dobře svou funkci a je ve zmíněných experimentech skutečně využíván již v současnosti dvěma studenty doktorského studijního programu a jedním diplomantem, což považuji za klíčové. Kromě vlastní tvorby programu se musel student seznámit velmi podrobně se všemi prováděnými experimenty, jakož i velmi pokročilými přístroji umožňujícími měření extrémně nízkých a v okolním šumu ztracených transportních veličin, které se k jejich realizaci používají. Často navíc musel najít vlastní sjednocující koncept, neboť požadavkem bylo, aby nevytvořil více oddělených dílčích programů, ale pouze jeden usnadňující vše. Jako školitel oceňuji, že diplomant přišel s návrhem tématu automatizace experimentů samostatně, se zájmem a samostatně na tomto zpočátku poměrně širokém tématu pracoval a ochotně zahrnoval a řešil připomínky kolegů tak, že nakonec vznikl program, který je opravdu použitelný a používaný.

Posudek oponenta

Pilch, Jan

Práce diplomanta Bc. Jakuba Urbiše je zaměřena na charakterizaci grafenových senzorů připravených v uspořádání polem řízeného tranzistoru (FET). Úkolem diplomanta bylo v prvé řadě navrhnout a naprogramovat v grafickém programovacím prostředí LabVIEW kontrolní a měřicí software pro automatické proměřování transportní odezvy grafenu v FE grafenových tranzistorech, a to v závislosti na okolní relativní vlhkosti a přiloženém hradlovém napětí, následně tento software optimalizovat a získané výsledky z kontrolních experimentálních měření ve dvoubodovém a čtyřbodovém měřicím uspořádání analyzovat a zhodnotit z fyzikálního hlediska. Diplomová práce /DP/ je dobře členěná na jednotlivé kapitoly. V teoretické části práce se diplomant nejprve věnuje popisu uhlíku, jeho alotropů a popisu struktury grafenu a jeho elektrických vlastností. Následuje přehledně zpracované téma použitých měřicích metod, tedy jednoduchého dvoubodového uspořádaní a složitějšího čtyřbodového uspořádaní, které mimo jiné umožňuje měření Hallova napětí na aktivní části grafenu. Následuje fyzikálně aplikační popis principů detektorů plynů a atmosférické vlhkosti na bázi grafenu spolu s vysvětlením současných technologických nedostatků těchto senzorů. Kapitola 2 spolu s přílohami A.1 až A.4 se detailně věnuje technickému popisu použitých měřicích zařízení a metod měření, jako jsou Lock-In zesilovač, multimetry Keithley a enviromentální komory. Popisu experimentálních uspořádání používaných pro studium grafenových senzorů, tj. trasování Dirakova bodu, Kelvinova silová mikroskopie a rezistometrie student popisuje v kapitole 3. Vývojovému programovacímu prostředí LabVIEW a blokovému popisu kontrolního a měřicího softwaru je věnována kapitola 4. Poslední kapitola pak předkládá obsáhlý a srozumitelný popis uživatelského rozhraní kontrolního softwaru. Postup studenta při návrhu softwaru a jeho celkového provedení bych označil za velmi zdařilý. Detailní technická rešerše zkoumaného problému, použitých měřicích zařízení a metod měření spolu s přehledným návrhem blokového schématu programu vedly k vytvoření univerzálního kontrolního a měřicího softwaru při zachování grafické přehlednosti uživatelského rozhraní. Vytvořený software umožnuje snadnou úplnou konfiguraci jednotlivých použitých zařízení a jejich následné začlenění do přednastavených měřicích schémat. Grafická nápověda při konfiguraci jednotlivých měření v podobě přehledných elektronických schémat je pro uživatele softwaru určitě velikým přínosem. Jednotlivé měřicí profily lze uložit pro pozdější snadnou konfiguraci podobných měření. Grafické členění uživatelského rozhrání softwaru se zdá být intuitivní a přehledné. Trvalý vizuální přehled o měřených veličinách nabízí uživatelům rychlou kontrolu experimentálních dat v průběhu nastavení experimentu a následného měření v automatickém nebo manuálním režimu. Dle popisu vytvořený software umožňuje automatické měření grafenových senzorů ve všech režimech podle zadaní DP. Experimentální ověření funkčnosti vytvořeného softwaru bylo provedeno na několika zajímavých měřeních. Způsob prezentace, analýzu a diskusi vlastních výsledků měření studenta v této práci považuji z hlediska uspořádaní za méně zdařilý a pro čtenáře náročnější z hlediska orientace. Kapitola s názvem „Experimenty“, která je zařazena před kapitoly s prezentací kontrolního softwaru, popisuje rešeršním způsobem tři experimentální uspořádaní. Experiment „Trasování Diracova bodu“ je teoreticky dobře představen včetně popisu inovativního přístupu k aplikaci hradlového napětí, avšak chybí zde vlastní měření, např. přímo se nabízejícího srovnání výsledků měření polohy Diracova bodu pomocí původního pilového průběhu a nového skokového průběhu hradlového napětí. Experimentální data k tomuto experimentu lze pak dále najít v závěru práce v kapitole „Uživatelské rozhraní“, nicméně informace, jaká konkrétní funkce hradlového napětí byla při tomto měření použitá, zde chybí. Experimenty využívající Mikroskopii atomárních sil v kombinaci s Kelvinovou silovou mikroskopií jsou v práci popsány mimo rámec zadání. Zajímavá experimentální data z měření vodivosti povrchu SiO2 destičky na okolní relativní vlhkosti zobrazena v obrázku 3.10 jednoznačně dokládají možnosti využití kontrolního softwaru pro automatické měření komplexních charakteristik grafenových senzorů a jejich součástí. Výsledky rezistometrie z čtyřbodového měření grafenového senzoru tzv. „Hall baru“ jsou prezentovány v závislosti na mechanickém a litografickém ovlivnění grafenu AFM hrotem. Další srovnávací experimentální výsledky jsou pak prezentovány v kapitole o softwaru, kde se jedná o dvoubodové uspořádání měřeni grafenového FE tranzistoru v závislosti na skokové změně hradlového napětí při proměnné okolní relativní vlhkosti. Tento experiment byl provedený pro ověření stability kontrolního softwaru při dlouhodobém několikahodinovém měření. U všech experimentálních dat chybí popis anebo odkaz na konkrétní schéma zapojení a/anebo popis konkrétních použitých měřicích přístrojů a hodnot pomocných el. součástek. Konstatuji, že práce je jak po grafické, tak i stylistické stránce na dobré úrovni. Vytknout lze chybějící seznam použitých zkratek. V textu se na několika místech vyskytují drobné formulační a gramatické chyby. Praktická část návrhu a naprogramovaní kontrolního a měřicího softwaru byla zvládnuta na vysoké úrovni originálním způsobem. Budoucí využitelnost tohoto měřicího softwaru či jeho následné modifikace pro další měření je jednoznačná. U experimentální části využití měřicího softwaru bych uvítal systematičtější provedení základních jednoduchých experimentů dle zadaní DP popsaných v samostatné kapitole, začleněné po kapitolách seznamující čtenáře s možnostmi využití měřicího softwaru - např. provedení měření transportní odezvy grafenového senzoru tzv. „Hall baru“ v závislosti na okolní relativní vlhkosti nejprve jednoduchým dvoubodovým měřením a následně v čtyřbodovém měřicím uspořádání; tyto výsledky následně analyzovat, srovnat a popsat z hlediska přesnosti měření. Přes výhrady k této části práce oceňuji přínosný popis výsledků měření závislosti vodivosti povrchu SiO2 destičky na okolní relativní vlhkosti. Tato data jsou zajímavá, přínosná a důležitá pro porozumění a vysvětlení současného chování grafenových senzorů a návrh budoucích senzorů na bází grafenu. Diplomovou práci doporučuji k obhajobě a navrhuji celkovou známku A.

eVSKP id 117663