Master's Thesis

Development of a linear stage actuator for UHV STM/AFM

Final Thesis 3.8 MB

Author of thesis: Ing. Jiří Pavelec

Acad. year: 2010/2011

Supervisor: prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc.

Reviewer: Ing. Jaroslav Jiruše, Ph.D.

Abstract:

The aim of this diploma thesis is to develop a linear positioning stage for Ultra High Vacuum (UHV) environment. Simple prototypes of the linear positioning stage were designed and incorporated as part of a multiaxis sample manipulator for a UHV Scanning Tunneling Microscopy / Atomic Force Microscopy (STM/AFM). Different types of position encoders and linear guideways are discussed. Implementation of the homodyne interferometer as an optimization tool for a slip-stick based linear stage is described. Scalar diffraction theory is used to model the diffraction grating optical position encoder behavior.

Keywords:

UHV, vacuum, STM, AFM, piezo, piezoceramics, pulse, actuator, friction, manipulator stage, homodyne interferometer, nanotechnology, linear rolling guideway, slip-stick, optical encoder, Fresnell difraction.

Date of defence

20.06.2011

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Language of thesis

Czech

Faculty

Fakulta strojního inženýrství

Department

Institute of Physical Engineering

Study programme

Applied Sciences in Engineering (N3901-2)

Field of study

Physical Engineering and Nanotechnology (M-FIN)

Composition of Committee

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

Supervisor’s report
prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc.

Student pracoval samostatně a prokázal výrazné tvůrčí schopnosti. Téma práce je velmi aktuální a nalezne přímé uplatnění v další činnosti výzkumné skupiny povrchů a tenkých vrstev, jakož i ve spolupráci s průmyslovými subjekty v oblasti aplikovaného výzkumu.
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 A
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Jaroslav Jiruše, Ph.D.

Předložená práce se zabývá aktuálním a potřebným tématem, dobře se čte a obsahuje řadu vlastních výsledků. Student prokázal schopnost nastudovat dané téma a samostatně navrhnout konstrukční řešení. Musel přitom zvládnout nejen fyzikální podstatu, ale i typické úkoly konstruování, programování či problematiku elektrického měření. Taková mezioborovost je v praxi velmi žádaná.

Připomínky a otázky k eventuálnímu zodpovězení při obhajobě:
Obrazová dokumentace je poměrně rozsáhlá a pěkná. Některé obrázky ale mají příliš stručné popisy, kde nejsou vysvětlena označená čísla či barvy, např. příloha B.1. Na obr. 3.3 by namísto fotky elektrického obvodu bylo vhodnější použít jeho schéma. Podobně i řez navrženým manipulátorem by měl větší informační hodnotu než pohled na 3D model na obr. 2.5. Citovaná literatura nemá jednotný formát.
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 B
Topics for thesis defence:
  1. Otázky: 1. V kapitole 1.4.1 popisujete parametry odměřovacích systémů (rozsah, přesnost atd.), ale v následujícím přehledu vybraných typů v kapitole 1.4.2 tyto parametry neuvádíte. Mohl byste doplnit rozsahy hodnot parametrů k jednotlivým typům a zhodnotit, do jakých podmínek se který typ odměřování hodí? 2. Vlastnosti navrženého lineárního posuvu typu slip-stick byly měřeny na vzduchu. Jakým způsobem se budou ověřovat v podmínkách velmi vysokého vakua, kde bude obtížné použít interferometr na optické lavici?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová