Bachelor's Thesis

Local electrical conductivity measurements in AFM tapping mode

Final Thesis 7.31 MB

Author of thesis: Ing. Radek Dao

Acad. year: 2017/2018

Supervisor: Ing. Michal Pavera, Ph.D.

Reviewer: Ing. Martin Konečný, Ph.D.

Abstract:

This bachelor thesis is concerned about the development of a probe for local electrical
conductivity measurements in tapping mode Atomic Force Microscopy. The teoretical
part gives a short overview of Scanning Probe Microscopy techniques, with the focus
being on Conductivity Atomic Force Microscopy. Furthermore, the measuring regime in
which the probe operates is described here, as well as the basic component of the probe,
the quartz tuning fork. The experimental part follows the iterative development process,
and contains a chapter dedicated to making of very sharp tips. The final chapters
describe the preparation of test samples, which were used to prove the functionality of
the probe and the measurement of local electrical conductivity itself.

Keywords:

SPM, AFM, CAFM, tip, quartz tuning fork, etching, conductivity

Date of defence

22.06.2018

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Byly zodpovězeny otázky oponenta.

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)
doc. Ing. Stanislav Průša, Ph.D. (člen)

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

Bakalářská práce Radka Daa se zabývá vývojem sond pro měření lokální elektrické vodivosti technikou rastrovací sondové mikroskopie. První část práce je pojata rešeršně a obsahuje základní informace o technikách AFM a CAFM. Autor se zde blíže zaměřuje také na popis sond založených na křemenných ladičkách, které byly pro jeho další práci naprosto stěžejní. V experimentální části autor detailně popisuje návrh, vývoj a výrobu CAFM sond. V závěru je funkčnost vyrobených sond prokázána sérií testovacích měření, které jsou prezentovány obrázky vodivostních map. Při řešení jednotlivých úkolů pan Radek Dao pracoval zcela samostatně a přišel s mnoha originálními nápady. Oceňuji autorovo velké nasazení, svědomitost a trpělivost v průběhu vyčerpávající výroby jednotlivých sond, kdy bylo nutné otestovat řadu dílčích kroků. Je potřeba vyzdvihnout i jeho zájem o další techniky, které byly potřebné při výrobě a testování sond. Autor se kromě měření AFM aktivně zapojil například i do výroby testovacích vzorků s pomocí technik IBD, SEM a FIB a také si osvojil techniky leptání hrotů. Práce je napsána velmi pečlivě a text je logicky uspořádaný. Grafická stránka je naprosto vzorná. Všechny požadavky a cíle zadání byly splněny na výbornou. Bakalářskou práci doporučuji k obhajobě a hodnotím ji 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 výsledky 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 A
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Martin Konečný, Ph.D.

Student Radek Dao se ve své bakalářské práci věnuje návrhu, výrobě a testování speciálních vodivých sond kompatibilních s mikroskopem atomárních sil (AFM) Litescope od firmy NenoVision. Tento unikátní  mikroskop byl navržen pro simultánní měření uvnitř elektronových mikroskopů, kdy lze povrch vzorku mapovat oběma technikami současně. Výroba vodivých hrotů je spojená s možností rozšíření měřicích technik o vodivostní mikroskopii či mikroskopii elektrických sil. To může mít zcela zásadní dopad na komerční úspěšnost mikroskopu Litescope. Výsledky této práce jsou tedy velmi cenné a mají bezesporu své praktické uplatnění.

V práci byly postupně představeny čtyři různé návrhy a modely sond. Jejich výroba byla důkladně logicky popsána a zdokumentována. Velice pečlivě byla dále vysvětlena volba použitých materiálů. Od každého modelu bylo vyrobeno hned několik prototypů. Následné testování tedy prokazatelně ukazuje výhody a nevýhody zvolených postupů. Na závěr byla prototypem sondy modelu 4, který se ukázal jako nejvhodnější, úspěšně změřena topografie a zároveň vodivostní mapa povrchu vybraného testovacího vzorku.

Radek Dao při výrobě sond prokázal bezpochyby obrovskou trpělivost, píli a manuální zručnost a množství odvedené práce jde vysoko nad rámec běžných bakalářských prací. Celá práce je velice pěkně a srozumitelně sepsána. Jako výjimečné dále hodnotím i samotné grafické zpracování. Rešeršní část poskytuje čtenáři čtivý a názorný úvod do problematiky. Je tedy zřejmé, že i student Radek Dao se v oblasti mikroskopie atomárních sil velice dobře orientuje.

Práci bez jakýchkoli výtek a pochybností navrhuji k obhajobě a hodnotím ji známkou 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 dosaž. výsledky 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 A
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. Mikroskop Litescope je navržen pro měření uvnitř elektronových mikroskopů. Může se nějak lišit měření vodivostního AFM ve vakuu a v atmosferických podmínkách?
  2. V práci se k výrobě hrotů nakonec osvědčil PtIr drát. Lze k výrobě hrotů použít i dráty z jiných materiálů (např. wolfram)? Jaké jsou výhody/nevýhody a omezení?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová