Bachelor's Thesis

Analysis of advanced materials and structures by SIMS method

Final Thesis 4.23 MB Appendix 3.54 kB

Author of thesis: Ing. Radek Holeňák

Acad. year: 2016/2017

Supervisor: doc. Ing. Petr Bábor, Ph.D.

Reviewer: doc. Ing. Radek Kalousek, Ph.D.

Abstract:

Bachelor theasis deals with the study of advanced materials by SIMS method and the possibilities of kvantitative analysis using maesured data. Chemical analysis of the ceramic surface in order to optimize the measurement conditions was performed. The rest of the work uses the data output from the measurement to describe the internal microstructure of the material. Using sophisticated methods, Si precipitates in the AlSi layer are localized and described, and the formation of the MgAl2O4 phase in ceramic samples is confirmed. Achieving all the set goals reveals the potential of the SIMS method and, above all, the possibility of processing the data output from the measurements.

Keywords:

SIMS, data output, Si precipitates, MgAl2O4 spinel, kvantitative analysis

Date of defence

09.06.2017

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
doc. Ing. Petr Bábor, Ph.D.

Cílem práce bylo experimentálně ověřit možnosti SIMS chemické analýzy vybraných keramických materiálů z hlediska jejich mikrostruktury a provést analýzu slitin hlíníku s příměsemi mědi a křemíku, které se používají pro kontaktování polovodičů firmou On Semiconductor. V případě analýzy hliníku byla použita dříve změřená data, na kterých byla provedena matematická analýza tvaru a velikosti křemíkových precipitátů. Na základě rozdělovací funkce velikosti precipitátů byl stanoven koalescenční mechanizmus jejich tvorby.
V druhé části práce bylo provedeno měření keramických materiálů, ve kterých byla potvrzena přítomnost spinelu tvořícího v matricové keramice krystaly. Díky měření SIMS se podařilo změřit jejich tvar a prostorové rozložení. Toto měření je natolik originální, že je plánován vznik publikace.
Student pracoval intenzivně a samostatně, zvládl se naučit měřit na komerčním zařízení SIMS včetně sofistikovaného vyhodnocování velkých objemů měřených dat.  Jeho práce je přínosná nejenom z hlediska spolupráce s firmou On Semiconductor, ale i v rámci spolupráce se skupinou Pokročilé keramické materiály doc. Salamona.
Z těchto důvodů hodnotím tuto práci 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 B
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací B
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

Práce je zaměřena na analýzu některých materiálů pomocí metody hmotnostní spektroskopie rozptýlených iontů (SIMS). Zkoumanými materiály zde byly kompozitní keramika ZrO2 dopovaná Y2O3 a FeSi, dále slitiny Al a Si, Al a Cu, a konečně keramika na bázi MgO a Al2O3. Všechny uvedené materiály jsou v současné době intenzivně studovány, jde tedy o téma patřící do moderních technologií. Autor se mimo samotného získávání spekter úspěšně věnoval i vývoji numerických metod pro další zpracování naměřených dat, např. korekce 3D zobrazování chemického složení vzorku při hloubkovém profilování nebo selektivní zobrazování obsahu prvků v předem definovaných oblastech. Jde tedy nepochybně o významné výsledky, které budou jistě využívány v dalších experimentech.

Text však bohužel trpí velkým množstvím chyb formálního i obsahového charakteru, některé jsou tyto:
- Str. 6, vztah (2.3): Není uveden odkaz, odkud byl vztah převzat. Samotná rovnice není zjevně správná: levá její strana vyjadřuje diferenciál, avšak pravá strana diferenciálem není.
- Str. 9, vztah (3.1): Kinetická energie rozptýleného iontu je poněkud nešťastně označena výrazem eEs, přičemž ani jedna z uvedených veličin (e, E, s) není popsána. Ostatní veličiny v samotném vztahu, tj. m, v a z, rovněž nejsou popsány. Pokud je kinetická energie iontu označena eEs a veličina z je různá od 1, pak vztah (3.1) zjevně neplatí. Význam tzv. driftovací dráhy musí čtenář složitě hledat v obr. 3.1, který teprve následuje.
- Str. 14, 1. odst.: Vyjádření „průměrná hmotnost dvou signálů“ je nesmyslné.
- Str. 22, odst. 5.1.1: K lepšímu porozumění textu by pomohl schematický obrázek.
- Str. 22, odst. 5.1.2: Nejasné popsání rozdělení zkoumaného pruhu na dvě části dále komplikuje představu, jak byla zkoumaná plocha řezu vzorku vlastně zvolena. Co znamená veličina „intenzita píku“?
- Str. 23, dole: Co znamená veličina „intenzita prvků“?
- Str. 24, odst. 5.1.3: Co znamená pozitivní a negativní spektrum?
- Str. 25, obr. 5.4; str. 31, obr. 5.11: Co znamenají jednotlivé barvy v 3D grafech?
- Obrázky 5.5 a 5.6: O jaký vzorek jde? Jaká veličina sloužila k vynášení jednotlivých odstínů šedi a v jakém rozsahu?
- Str. 27, obr. 5.7: Jaké vzorky se skrývají za označením SM a číslo?
- Str. 28-29: Hovorový jazyk: „Distribuční funkce relativního poměru by měla mít ocásek směrem k malým částicím.“
- Str. 35, vztah (5.1): Tento vztah není citován. Jakou jednotku mají veličiny I_kor (v textu označená I_cor) a I_m? Může být poměr I_m/N v takovém případě bezrozměrný? Nemůže být v argumentu logaritmu záporné číslo?
- Str. 34, tab. 5.2: Co znamenají čísla ve sloupcích Mg a Al?
- Str. 35, tab. 5.3: Co znamená veličina „signál“?
- Str. 36, obr. 5.15: Co vyjadřuje veličina „poměr Mg/Al“?

V textu se dále vyskytuje velké množství překlepů nebo chybějících písmen.
Závěrem lze konstatovat, že autor sice splnil požadavky a cíle zadání, avšak vzhledem úrovni předložené práce ji hodnotím výsledným klasifikačním stupněm dobře/C.
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 C
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti D
Grafická, stylistická úprava a pravopis D
Práce s literaturou včetně citací C
Topics for thesis defence:
  1. Na str. 33 je popsán efekt obrazové deformace tvaru oblastí s vysokou koncentrací křemíku, nazývaných „Si precipitáty“. Tento efekt je v textu na této straně vysvětlován mimo jiného snižováním analyzované plochy během hloubkového profilování. Můžete tento efekt vysvětlit na detailní geometrii uspořádání celého experimentu? Můžete ukázat na nějakém příkladu, jak byl tento efekt v praxi kompenzován?

Grade proposed by reviewer: C

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová