Master's Thesis

Correlative probe and electron microscopy

Final Thesis 12.48 MB

Author of thesis: Bc. Martin Vacek

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Zdeněk Nováček, Ph.D.

Reviewer: Dr. techn. Marek Havlíček, Dr.

Abstract:

This thesis focuses on correlative probe and electron microscopy. The introductory section summarizes the applied techniques, followed by a comprehensive description of the instrumentation and measurement principles. The developed method utilizes a probe detector equipped with an optical fiber, enabling the simultaneous recording of topography and secondary electron signals alongside photoluminescence or cathodoluminescence intensity mapping. Furthermore, integrating a spectrometer allows for point measurements of the spectral dependence for both luminescence types. The methodology's functionality and the achievement of submicron resolution were successfully demonstrated through correlative measurements of a Ce:YAG sample. The results further revealed the influence of the excitation laser wavelength on the photoluminescence signal intensity, demonstrated a strong correlation between the photoluminescence and cathodoluminescence spectra, and identified the instrumental limitations of the technique.

Keywords:

cathodoluminiscence, photoluminescence, optical fiber, SEM, SPM, CPEM, Ce:YAG

Date of defence

16.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Po otázkách oponenta bylo dále diskutováno: Srovnání fotoluminiscenčního a katodoluminiscenčního spektra. Možnost oddělení různých signálů ve spektrech fotoluminiscence a katodoluminiscence. Student na otázky odpověděl.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Physical Engineering and Nanotechnology (N-FIN-P)

Composition of Committee

prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc. (předseda)
prof. RNDr. Jiří Spousta, Ph.D. (místopředseda)
prof. RNDr. Pavel Zemánek, Ph.D. (člen)
prof. Mgr. Dominik Munzar, Dr. (člen)
doc. Mgr. Adam Dubroka, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Jan Čechal, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Jiří Petráček, Dr. (člen)
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Radek Kalousek, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Miroslav Kolíbal, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Stanislav Průša, Ph.D. (člen)
doc. Mgr. Vlastimil Křápek, Ph.D. (člen)
RNDr. Antonín Fejfar, CSc. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Zdeněk Nováček, Ph.D.

Předložená diplomová práce se zabývá vývojem a aplikací pokročilé metodiky v oblasti korelativní sondové a elektronové mikroskopie se zaměřením na in-situ měření optických vlastností nanostruktur.

Stanovené cíle práce, které zahrnovaly rešerši principů využitých technik, sestavení experimentální aparatury a demonstraci korelativního měření, byly splněny v plném rozsahu. Student úspěšně integroval optické sondy do elektronového mikroskopu a ověřil funkčnost metodiky na zvolených vzorcích s lepším než mikrometrovým rozlišením.

Martin Vacek pracoval po celou dobu zcela samostatně, systematicky a iniciativně. Zvláště oceňuji jeho pracovní nasazení v laboratoři, kde prokázal výbornou orientaci při práci s přístroji, ať už šlo o samotný elektronový mikroskop, mikroskop atomárních sil nebo výrobu vlastních sond. Konkrétním přínosem studenta je nejen úspěšná kompletace a optimalizace excitační i detekční části aparatury, ale také detailní analýza vlivu rastrování elektronového svazku na intenzitu fotoluminiscenčního záření a definování instrumentálních limitů vyvinuté metody.

Formální úprava práce a její jazyková úroveň jsou na vynikající úrovni. Text je logicky členěn, grafická prezentace naměřených výsledků včetně schémat a fotografií je velmi přehledná. Student pracoval s odbornou literaturou a korektně citoval relevantní zdroje. Práce jednoznačně splňuje všechny požadavky standardně kladené na diplomové práce v daném oboru.

Student prokázal schopnost samostatné vědecko-výzkumné a inženýrské práce. Vzhledem k dosaženým výsledkům a bezchybnému přístupu hodnotím práci stupněm výborně (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

Předkládaná práce se zabývá korelativní sondovou a elektronovou mikroskopií. Současné použití obou těchto technik při měření zkoumaných vzorků přináší s sebou řadu výhod spojených s eliminací transferu vzorků do různých aparatur pro specifické typy měření. Při korelativním měření jsou zkoumané materiálové a topografické charakteristiky získávány ze stejné oblasti, ve stejném čase a za srovnatelných podmínek. Tímto instrumentálním přístupem je možné značně zjednodušit, zpřesnit a zrychlit analýzu předmětné oblasti na vzorku.

Student velmi dobře a didakticky efektivně popisuje fyzikální principy, které jsou podstatné pro pochopení zkoumaných jevů, aniž by čtenáře zahltil přílišnými detaily a zároveň zachovává odbornou úroveň kladenou na tento typ kvalifikační práce. Práce je doplněna kvalitně osobně zpracovanými schématy, kterými student vhodně a názorně doplňuje text, což nepochybně přispívá k lepšímu porozumění diskutovaných témat.

 

V praktické části jsou testovány různé možnosti instrumentace při reálném měření a jsou zde analyzovány klíčové výhody a nevýhody daného přístupu. Student v předkládané práci ukazuje, že dobře chápe technické aspekty, které jsou limitující pro jednotlivé způsoby analýzy vzorku a dokáže svým komplexním řešením realizovat experimenty způsobem, který vede ke kýženému cíli. Z předkládané práce je zřejmé, že student zvládl experimentální část úkolu zaměřenou na přípravu sond, excitaci fotoluminescence ve vzorku a samotné měření na výbornou. Kritickým zhodnocením limitů daného experimentálního uspořádání dává student najevo hluboké porozumění problému a jím navrhované možnosti zlepšení ukazují, jakým směrem se lze v budoucnu ubírat pro zlepšení výkonu tohoto experimentálního zařízení. Měřením na reálných vzorcích a srovnáním dílčích výsledků měření s komerčními přístroji student demonstruje úspěšné splnění zadaných cílů předkládané práce.

Předložená diplomová práce je po stránce věcné i formální velmi dobře zpracovaná. Typograficky, jazykově i graficky jde o práci, která je nadprůměrná. Student prokázal dobrou práci s vědeckou literaturou, formulace jsou zřetelné, závěry jasné. Celkově působí předkládaná práce konzistentně a svým rozsahem i obsahem odpovídá zadání a očekávání od tohoto typu kvalifikační práce.
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. Jak můžete experimentálně ověřit, zda struktury pozorované v sondové mikroskopii představují skutečnou morfologii, nebo jsou artefakty hrotu? Jaké kontrolní experimenty byste navrhl pro prezentované uspořádání aparatury?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová