Bachelor's Thesis

Adaptation of the UHV SEM system for growth and characterization of nanostructures

Final Thesis 2.92 MB Appendix 2.4 MB

Author of thesis: Ing. Roman Skladaný

Acad. year: 2016/2017

Supervisor: Ing. Michal Páleníček, Ph.D.

Reviewer: doc. Ing. Jindřich Mach, Ph.D.

Abstract:

This bachelor thesis presents mechanical design of an objective protection of ultrahigh vacuum scanning electron microscope (UHV SEM), which is a part of a complex modular UHV system used for growth, observation and characterisation of nanostructures. Main physical and technical working principles of the UHV SEM system are explained. Furthermore, adaptation of a Knudsen cell used for growth of ultrathin layers in the UHV SEM system is described. Finally, a mechanical design of a shutter reducing overheating and contamination of objective during in situ growth and observation of nanostructures is drafted. The objective shutter also protects the sample from ambient heat radiation in case that sample is cooled to cryogenic temperatures. 

Keywords:

UHV SEM, ultrathin layers, vacuum technology, thermal shield, Knudsen cell, cryogenic temperatures, UHV mechanical design

Date of defence

19.06.2017

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Applied Sciences in Engineering (B3A-P)

Field of study

Physical Engineering and Nanotechnology (B-FIN)

Composition of Committee

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

Supervisor’s report
Ing. Michal Páleníček, Ph.D.

Bakalářskou práci Romana Skladaného hodnotím známkou výborně. Cíle práce byly splněny a při jejich plnění student postupoval svědomitě a samostatně. Student se zpočátku seznámil se zařízením UHV SEM a velice dobře porozuměl dané problematice. Systematickým postupem student navrhl funkční vzorek clony objektivu SEM, který byl vyroben a otestován. Naměřená data pomocí funkčního vzorku student využil k optimalizaci návrhu a k vytvoření prototypu clony. Z časově náročné doby výroby se bohužel nepodařilo prototyp sestavit a otestovat před odevzdáním této práce. Hlavní motivací této práce bylo umožnit simultánní pozorování pomocí SEM při depozici efuzní celou. Použitá efuzní cela konstrukčně nevyhovovala a při provozu měla negativní vliv na signál sekundárních elektronů a tedy na výsledný obraz SEM. Student, nad rámec své práce, navrhl a zrealizoval modifikaci efuzní cely pro použití v zařízení UHV SEM. Modifikovaná efuzní cela umožňuje simultánní depozici a pozorování pomocí SEM. Dosažené výsledky v rámci této práce jsou velice přínosné pro další vývoj zařízení UHV SEM. Vzhledem k rozsahu konstrukčních prací, autorovu přístupu a navrženému řešení považuji tuto práci za velmi zdařilou, doporučuji ji k obhajobě a navrhuji hodnocení stupněm A.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené 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 B
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

Bakalářská práce se zabývá optimalizací zařízení k růstu nanostruktur v UHV prostředí umožňující studování růstových procesů v reálném čase užitím rastrovací elektronové mikroskopie (SEM). Práce je členěna do tří základních kapitol, kdy u první kapitole jsou poměrně věcně popsány zásady konstrukce v UHV prostředí, funkce SEM a efuzní cely. Kapitola je přehledně členěná a bez zásadních překlepů. Obrázky jsou v dostatečné kvalitě a řádně odkazovány. Na str. 15. při popisu BSE detektoru autor tvrdí, že fotony jsou „vyráženy“ elektrony, zde by bylo vhodnější užít jiného výrazu například emitovány.
Druhá kapitola práce je věnována úpravám efuzní cely, aby byla zajištěna kompatibilita se SEM zařízením. Autor v práci navrhl adaptér efuzní cely zamezující světelné radiaci a proudu elektronů. Návrh je plně funkční a pozorování prokázalo výrazné zlepšení signálu sekundárních elektronů. V práci by stálo za úvahu, zda neupravit adapter, který by omezil i iontový proud nacházející se ve svazku atomů. Autor v této kapitole tvrdí na straně 19, že atomy jsou z kalíšku sublimovány, zde by bylo taky přesnější užití výraz vypařovány.
Třetí kapitola je věnována konstrukci pohyblivé clony zamezující radiaci a nežádoucímu ohřevu okolních součástí. Opět lze konstatovat, že kapitola je čtivá a přehledná. Neobsahuje významné množství překlepů, jen by autor mohl místo slova „díra“ používat označení otvor. V odstavci 3.3.1 je popisováno diferenciální čerpání prostoru mezi UHV prostředím a koaxiálním chlazení. Zde není z textu a obrázku jasné jak toto čerpání bude realizováno. Dále není zcela vysvětlena funkce hliníkového U-profilu, nosnost systému by dle odhadu měla být dostatečná.
Experimentální část práce je optimálního rozsahu. Pozitivně hodnotím výsledky celé práce a samotnou realizaci úprav. Student splnil všechny úkoly zadání bakalářské práce. Z těchto důvodů doporučuji bakalářskou práci k obhajobě, a pokud student odpoví na doplňující dotazy, navrhuji hodnocení stupněm A.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosaž. vysledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. 1. V odstavci 1.4.1 zmiňujete Schottkyho katodu, mžete popsat stručně její uspořádaní a funkci?
  2. 2. Na straně 23 tvrdíte, že rychlost depozice roste s teplotou substrátu, je toto tvrzení správné?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová