Master's Thesis

Parasitic aberrations of the hexapole corrector of spherical aberration - analysis and corrections

Final Thesis 1.92 MB

Author of thesis: Ing. Jan Sopoušek

Acad. year: 2016/2017

Supervisor: Mgr. Tomáš Radlička, Ph.D.

Reviewer: prof. RNDr. Bohumila Lencová, CSc.

Abstract:

One of the option of spherical aberration correction in electron microscopy is the hexapole corrector. Although the principle of the corrector is described in literature quite elaborately the adjustment of the corrector, which is crucial for its functionality, is studied just briefly.  The thesis is dedicated to the analytic analysis of parasitic aberrations and its influence on resolution of an image by the Eikonal method and aberration integrals. It is shown that off-axial shifts and tilts play the major role in parasitic aberrations. In the end the procedure of adjustment of the hexapole corrector for elimination of parasitic aberrations is described.

Keywords:

Electron Microscopy, Aberrations, Hexapole Corrector,

Date of defence

21.06.2017

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Language of thesis

English

Faculty

Department

Study programme

Applied Sciences in Engineering (M2A-P)

Field of study

Physical Engineering and Nanotechnology (M-FIN)

Composition of Committee

prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc. (předseda)
prof. RNDr. Miroslav Liška, DrSc. (místopředseda)
prof. RNDr. Bohumila Lencová, CSc. (člen)
prof. RNDr. Jiří Komrska, CSc. (člen)
prof. RNDr. Petr Dub, CSc. (člen)
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Jiří Spousta, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Eduard Schmidt, CSc. (člen)
prof. RNDr. Pavel Zemánek, Ph.D. (člen)
RNDr. Antonín Fejfar, CSc. (člen)

Supervisor’s report
Mgr. Tomáš Radlička, Ph.D.

Diplomová práce pojednává o problematice seřízení hexapólového korektoru sférické vady v elektronových mikroskopech. Zahrnuje teoretický popis elektronově optických systémů – vhodný popis pole, paraxiálních vlastností i aberací. Pro popis aberací si autor vybral metodu eikonálu, která je v tomto oboru nejpoužívanější. Zavedené metody pak používá pro výpočet optických vlastností standardního hexapólového korektoru, a to jak základních vlastností neporušeného korektoru, tak analýze vlivu špatného seřízení korektoru. Autor se omezuje na vliv nepřesného sestavení jednotlivých prvků korektoru (mimo osová poloha, náklon a případná rotace hexapólu) a elipticitu čoček. Metodu je však možné použít i na jiné druhy parazitických aberací, které v práci analyzované nejsou.  Autor dobře popsal vliv symetrie v korektoru a jeho použití při korekci parazitických aberací. Krátce byla také diskutována metoda korekce jednotlivých parazitických aberací a požadovaná přesnost jejich korekce pro zachování co nejlepšího rozlišení systému. Grafická úprava diplomové práce je na vysoké úrovni, bohužel jsou ale nepřehlédnutelné některé kostrbaté větné konstrukce a chyby v anglickém textu.

Autor v práci prokázal samostatnost při řešení dílčích problémů, ale také při zpracování tématu jako celku. Vhodně a zcela samostatně si zvolil nástroje a metody, které použil při řešení. Diplomová práce samozřejmě nemůže sloužit jako návod pro korekci systému s hexapólovým korektorem, ale může být dobrým základem, pro případné řešení takovéhoto problému v praxi. Hlavním nedostatkem při zpracování tématu byla práce s odbornou literaturou. Studiu vlivu parazitických aberací na hexapólový korektor se sice doposud nevěnovalo mnoho pozornosti, ale  popis základních vlastností  systému s korektorem a výpočtu jeho vlastností je součástí několika publikací. Autor však preferuje najití vlastní cesty, která je mnohdy paralelní k už zavedeným postupům. To se mimo jiné projevuje ve zcela originální notaci aberačních koeficientů, což bohužel mírně snižuje použitelnost výsledků této práce pro širší odbornou veřejnost.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosažené vysledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis C
Práce s literaturou včetně citací C
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: B

Diplomová práce se zabývá analýzou vad seřízení hexapólového korektoru vad. Tento typ korektoru je velmi důležitý pro dosažení rozlišení mikroskopu pod 100 pm, případně pro práci s vyšší hodnotou proudu. Byla zvolena vhodná metoda výpočtu vad založená na eikonálu, který dovoluje snadnější diskusi požadavků symetrie a antisymetrie polí. V diskusi o korektoru se diplomant ale vyhýbá často uvažovanému problému s chováním celého systému včetně přenosových čoček, diskutuje jen samotné hexapóly a dvojici čoček mezi nimi. Uvažuje také tyto prvky zjednodušeně, a to hexapól s konstantní velikostí pole, a obě čočky pak jen jako čočky tenké. Také se vyhýbá diskusi, pro jaké typy mikroskopů (TEM, STEM) se uvažuje použití korektoru.
Práce je psána v angličtině s řadou chyb v pravopisu, vynechané určité a neurčité členy, nesprávné předložkové vazby, častá chybná shoda podmětu s přísudkem. Naštěstí tyto chyby nebrání pochopení textu. Pokud jde o styl, rušivé je nepoužívání interpunkce ve vzorcích, po kterých zpravidla následuje „Where…“ s velkým počátečním písmenem.
Lze konstatovat, že student se se složitou problematikou dokázal úspěšně poprat, analýza vad seřízení je zpracována přehledně. Vady seřízení jsou ilustrovány vhodnými obrázky. Vady a rozlišení jsou spočteny pro jednu numerickou hodnotu Cs=Cc=2,5 mm. Není diskutován rozdíl v použití korektoru v TEM a STEM systému a použití realistických polí pro určení vlastností korektoru.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. vysledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis C
Práce s literaturou včetně citací B
Topics for thesis defence:
  1. Rozdíl v použití korektoru v TEM a STEM.
  2. Jaké výhody má hexapólový korektor pro STEM proti kvadrupólovému-oktupólovému korektoru, který používá NION pro STEM?
  3. Používá se kvadrupólový-oktupólový korektor i v TEMu? Jak se můžeme „zbavit“ vlivu chromatické aberace?
  4. Jakou hodnotu Cs a Cc musíme mít, abychom dosáhli rozlišení pod 100 pm?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová