Bachelor's Thesis

Optimization of the Colutron Ion Source

Final Thesis 5.93 MB Appendix 292.76 kB

Author of thesis: Ing. Michal Horký, Ph.D.

Acad. year: 2013/2014

Supervisor: Ing. Stanislav Voborný, Ph.D.

Reviewer: doc. Ing. Jindřich Mach, Ph.D.

Abstract:

This bachelor’s thesis concerns with design and assembly of Colutron ion source which
produces beam of nitrogen ions with energy from tens to thousand eV. Production of
ions and the principle of Colutron ion source is described in the first part. The second
part of the thesis is related to the modification and assembly of commercial Colutron ion
source. Finally the parameters of the ion beam have been measured for different extraction
electrodes and operating parameters in testing apparatus.

Keywords:

ion source, ionization, plasma, ion beam, completion, operating parameters

Date of defence

25.06.2014

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Applied Sciences in Engineering (B3901-3)

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. Jiří Komrska, CSc. (člen)
prof. RNDr. Petr Dub, CSc. (člen)
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Jiří Spousta, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Ivan Křupka, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Pavel Zemánek, Ph.D. (člen)
RNDr. Antonín Fejfar, CSc. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Stanislav Voborný, Ph.D.

V bakalářské práci se student zabýval realizací iontového zdroje vhodného pro depozici, případně analýzu tenkých vrstev. Při práci student využil již existující výbojovou komoru iontového zdroje původem z komerčního zdroje Colutron a některé díly, které byly pro tyto účely již dříve navrženy. Student dokončil návrh chybějících dílů (stínící trubičky, fokusační elektrody, keramické izolátory, svorky pro přívod napětí a proudu a další) a po zapájení tělesa chladiče do nosné příruby ve firmě Delong Instruments mohl být zdroj zkompletován a testován. Problémem se však ukázala skutečnost, že výbojová komora, kterou jsme získali darem,  byla již používaná a byla v poměrně špatném technickém stavu. To způsobilo opakované problémy s kontakty anody a katody a také se žhavícím vláknem, které je speciálního, poměrně složitého tvaru a pokusy o jeho náhradu navíjením vlastního vlákna nebyly vždy úspěšné.
Student si při práci počínal velmi svědomitě, studoval množství literatury ve snaze pochopit problematiku iontových zdrojů a souvisejících záležitostí. Samostatně provedl technické návrhy zbylých komponent, zdroj sestavil a testoval. Při závěrečných experimentech a následném zpracování výsledků byl zcela samostatný a snažil se o vlastní řešení různých technických problémů, které se objevily.
Chtěl bych také poznamenat, že se student začal aktivně zajímat o dění v laboratoři již na konci prvního ročníku studia, a mimo rámec bakalářské práce se podílel na konstrukčních úpravách a výrobě paletek na vzorky do UHV aparatury, které jsou v současnosti používány všemi pracovníky laboratoře. Bakalářskou práci začal již ve druhém ročníku a získal pro ni finanční podporu v rámci IMPI projektu. Je proto velká škoda, že z důvodu dlouhých čekání na opravy zdroje zbylo na provedení závěrečných experimentů velmi málo času a experimenty nebyly dokončeny podle všech našich představ. Přes tyto problémy se podařilo splnit všechny body zadání a iontový zdroj připravit k aplikacím.
Při závěrečné revizi práce jsem nalezl malé množství chyb, které ovšem nebyly faktického rázu. 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 B
Schopnost interpretovat dosažené vysledky a vyvozovat z nich závěry B
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

Bakalářská práce se zabývá optimalizací iontového zdroje typu Colutron. V druhé kapitole je popsána základní problematika ionizace atomů a molekul. Autor se zabývá základními procesy odehrávající se během ionizace. Kapitola je přehledně členěná a velmi dobře čtivá. Nicméně obrázky mají popisky v anglickém jazyce, zřejmě jak byly kopírovány z literatury.   Některé obrázky jsou formálně chybně odkazovány.  Ve vzorci (2.8) je podivná hodnota 12345.
Třetí kapitola je čtivě napsána a je věnována iontovému plazmovému zdroje je zde popsána funkce zdroje. Nicméně i zde jsou obrázky neodkazovány (obrázek 3.3, 3.5, 3.6, 3.7).
Čtvrtá kapitola se věnuje iontovým svazkům zejména z pohledu optických vad. Dle mého názoru by autor měl zvážit vhodnost této kapitoly vzhledem k rozsahu celé práce. Nicméně kapitola je čtiva a přehledně napsána.
Pátá kapitola je věnována konstrukci komerčně vyráběného zdroje typu Colutron. Zde bych zmínil podkapitolu 5.2.4, kde není žádný text.
Po rozsáhlém úvodu se v šesté kapitole autor zabývá praktickou prácí prováděnou na iontovém zdroji colutron vyvíjeného na ÚFI. Jsou zde přehledně popsány úpravy a optimalizace jednotlivých částí zdroje. Je patrně, že autor věnoval velké úsilí k optimalizaci iontového zdroje, což hodnotím značně pozitivně. Obrázky by bylo vhodné opatřit měřítky.
V poslední sedmé kapitole se autor věnuje samotnému testování iontového zdroje. Opět je evidentní, že autor odvedl hodně experimentální práce. Bohužel kapitola je hodně nepřehledná a to zejména z důvodů neodkazování se v textu na naměřené závislosti. Některé graf se opakuji (obrázek 7.7, 7.13). Bohužel čtenář si velmi těžce muže dělat nějakou představu o závěrech. Zde bych uvítal schéma testovací aparatury s označením hlavních rozměrů. 
I přes drobné formální nesrovnalosti a chaos v prezentaci závěrečných měření, hodnotím práci za velmi zdařilou. Student musel řešit množství zajímavých problémů spojených se samotnou konstrukcí a optimalizací iontového zdroje. Praktická část práce je optimálního rozsahu. Pozitivně hodnotím výsledný přínos celé práce pro budoucí experimenty na ÚFI. Student splnil všechny úkoly zadání. Vzhledem k rozsahu práce v oblasti formální prezentace by jsem si dovolil navrhnout držet se pravidla méně znamená více. Z těchto důvodů doporučuji bakalářskou práci k obhajobě, a pokud student odpoví na doplňující dotazy, navrhuji hodnocení stupněm B.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
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 B
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. Jakou dohadujete disperzi energií iontů ze zdroje. Jakým způsobem ji lze změřit.
  2. Jelikož v práci chybí výrazné porovnání stávajícího iontového zdroje s navrženým zdrojem. Můžete porovnat oba systémy? (výhody nevýhody).

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová