Bachelor's Thesis

Growth of 3D Structures Induced by Electron Beam on Ceramic Substrates

Final Thesis 6.72 MB

Author of thesis: Ing. Kristýna Bukvišová

Acad. year: 2016/2017

Supervisor: doc. Ing. David Salamon, Ph.D.

Reviewer: prof. Ing. Jan Čechal, Ph.D.

Abstract:

Irradiation of a sample surface by the electron beam is known to cause structural changes. One type of these changes is vertical growth of 3D structures on surface of ceramic materials.
In the thesis, the conditions necessary for such processes are analysed.
A calculation of heating effect of the electron beam is conducted, since a temperature rise can trigger several surface changes.
Impact of various e-beam parameters on the growth of 3D structures is investigated. Changes of volume and dimensions of the structures related to the beam parameters are studied using the AFM.
The estimated temperature increase is in range of units or maximally tens of K. Significant volumetric growth rate is observed at low voltages and currents. Height of the grown structures can reach 100 nm per minute and depends inversely on beam current.

Keywords:

Scanning electron microscopy, contamination, electron beam heating, ceramic oxides.

Date of defence

09.06.2017

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Language of thesis

English

Faculty

Department

Study programme

Applied Sciences in Engineering (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
doc. Ing. David Salamon, Ph.D.

Předložená bakalářská práce byla od počátku koncipována jako vysoce vědecky rizikový a multidisciplinární projekt. Části práce s literaturou se studentka zhostila na výbornou a zcela samostatně získala mnoho velmi cenných poznatků. Tato část rovněž ukázala na složitost zadaného úkolu, kdy je velmi obtížné popsat tvorbu 3D struktur pomocí elektronového svazku. Jedná se o výzkum na hraně technických možností a již získat reprodukovatelné výsledky je výzvou. Studentka se daného úkolu zhostila s velkým zápalem a zpočátku strávila mnoho hodin v laboratoři bez očekávaného výsledku. Z vlastní iniciativy navrhla doplnit diplomovou práci o simulace, které vhodně doplnily získané experimentální data. Výsledná bakalářská práce obsahuje celou řadu originálních výsledků a vysoce předčila má očekávání. Zároveň mi bylo potěšením při vedení této práce strávit hodiny při hodnotných vědeckých diskuzích.
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

Reviewer’s report
prof. Ing. Jan Čechal, Ph.D.

Cílem Bakalářské práce předložené Kristýnou Bukvišovou je popsat růst nanostruktur, ke kterému dochází v rastrovacím elektronovém mikroskopu na povrchu oxidových materiálů. Práce je psána v anglickém má velmi vysokou úroveň.

První část práce popisuje materiály a metody použité v práci. Tato část poskytuje dobrý přehled nutný pro porozumění experimentální části. Nicméně obsahuje několik nepřesných a zavádějících tvrzení, např: „the secondary electrons are atomic electrons“ (strana 13), tvrzení, že při nepružném rozptylu primárních elektronů dochází k emisi zpětně odražených elektronů (strana 13), tvrzení „the transferred energy is converted to momentum“. Zde věřím, že se jedná pouze o zjednodušený pohled na problematiku a tato tvrzení budou v diskuzi upřesněna (viz otázka 1).

Druhá část se věnuje vlastní experimentální i výpočetní (simulace nárůstu teploty a interakce elektronového svazku s materiálem) činnosti. Tato část je občas příliš strohá, což znesnadňuje pochopení provedených experimentů (např. odstavec 4.2.2).

Text je psán velmi dobrou angličtinou a obsahuje přijatelné množství překlepů a stylistických chyb.

Výše uvedené nedostatky jsou v celkovém pohledu na práci spíše okrajové. Práce kombinuje experimentální a teoretické přístupy, které by mohli vést k odpovědi na položené vědecké otázky. Práce je provedena svědomitě a velmi pečlivě. Velmi oceňuji schopnosti studentky pokládat vědecké otázky a vest odbornou diskuzi (zejména strana 29) a část 5 diskuze. Rozsah použitých metod a přístupů výrazně přesahuje nároky kladené na bakalářskou práci a její výsledky pomohou objasnění  chemických a fyzikálních procesů indukovaných elektronovým svazkem.

Práci hodnotím jako výbornou.
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 B
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. Studentka by měla blíže diskutovat interakci elektronů s pevnou látkou s ohledem na ztrátové procesy a vznik kontrastu při pozorování vzorků pomocí sekundárních a zpětně odražených elektronů.
  2. V práci je diskutován ohřev vzorků elektronovým svazkem. Jaký je potenciální přímý vliv elektronového svazku na chemické reakce?
  3. Byly provedeny experimenty s danou dobou expozice a s danou hodnotou proudu. Jaký parametr byl v druhém případě brán jako konstantní (dávka či čas). Jak tato volba ovlivní závislost výšky struktury na proudu svazku?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová