Bachelor's Thesis

Testing of the new UHV scanning electron microscope and design of its effusion cel

Final Thesis 2.14 MB Appendix 170.62 kB

Author of thesis: Ing. Rudolf Šárközi

Acad. year: 2014/2015

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

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

Abstract:

This work focus on the development and the design of the effusion cell that is able to deposit different materials in downward orientation. The Cell itself should be placed into the ultra-vacuum microscope (UHV-SEM) developed in TESCAN company in the collaboration with Institute of Physical Engineering. Theoretical part is devoted to the description of the electron microscope and its, in the future installed, parts, which will be used for the preparation and the analysis of the nanostructures. In this work, the first measurements with the electron microscope are presented, and the influence of mechanical vibrations to image quality is discussed.

Keywords:

UHV chamber, scanning electron microscopy, focused ion beam, effusion cell, crucible, deposition, nanostructures.

Date of defence

24.06.2015

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Language of thesis

Slovak

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
doc. Ing. Petr Bábor, Ph.D.

Cílem této práce bylo navrhnout efuzní celu do ultravakuového elektronového mikroskopu vyvíjeného firmou Tescan, která by umožňovala depozici z horních přírub ultravakuové komory. Efuzní cela byla navrhnuta s originálním kalíškem a jeho funkčnost byla ověřena experimentálně. Součástí práce bylo také podílet se na oživení vakuového systému mikroskopu včetně elektronového tubusu a provést testovací měření. Student se aktivně podílel na sestavování UHV komory a zapojil se do prvních testovacích měření elektronového tubusu souvisejících s problematikou přenosu vibrací. Lze konstatovat, že se cíle práce podařilo realizovat. V grafické, stylistické úpravě a pravopisu autora lze shledat určité nedostatky, nicméně, tuto práci považuji za zdařilou, doporučuji ji k obhajobě a navrhuji hodnocení stupněm B.
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 B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis C
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu C

Grade proposed by supervisor: B

Bakalářská práce se zabývá testováním prototypu UHV rastrovacího elektronového mikroskopu (SEM) a konstrukcí efuzní cely, která má být umístěna v UHV podmínkách současně s SEM. Práce bohužel postrádá teoretický popis problému a autor se hned po úvodním odstavci v kapitole dva zbývá popisem skládaného zařízení UHV-SEM, aniž by definoval a vysvětlil základní pojmy jako například (UHV, SEM, RGA, FIB, …). Autor často používá tvrzení, aniž by je vysvětlil, případně odkázal čtenáře na literaturu (např.  str. 5. „Bayert-Alpert, extraktorová měrka,…“).  V psaném textu nejsou odkazovány obrázky, což působí zmateným dojmem. V práci se velmi často vyskytují počeštěné slangové výrazy případně anglické názvy (např, str. 8. Hot cathode, Coldt cathode, sutter, …). Autor v této kapitole zajímavým způsobem studuje vibrace UHV-SEM přístroje. Čtenář by zajisté uvítal vysvětlení způsobu získání rušivé frekvence 831 Hz a souvislost s obrázkem 10. Třetí kapitola se zabývá analýzou nanostruktur v UVH-SEM zařízení. Nicméně zde bych doporučil tuto kapitolu, která obecně popisuje jednotlivé techniky přesunout do přední části bakalářské práce. Obrázky 11 a 12 mají anglické popisky a opět nejsou odkazovány v textu. U obrázku 13 není uvedena citace a ani materiál vzorku. Čtvrtá kapitola je věnována přípravě nanostruktur v zařízení UHV-SEM pomocí metody FIB a napařování. V kapitole se nachází velké množství formálních chyb zejména při odkazování obrázků (str. 23-32) a dále by si měl pisatel uvědomit, že i vzorce jsou součástí psaného textu (str. 33). Na str. 26 autor tvrdí, že je nutno uzemnit vzorek při depozici atomů z efuzní cely, aby nedocházelo k nabíjení parazitním iontovým proudem, což je diskutabilní. Na str. 27 autor uvádí u zkratky PBN (polyboronitrid) nicméně se jedná o pyrolytickýboronitrd. Velmi pozitivním dojmem působí myšlenka umístění kalíšku přímo na nosič vzorku, i když si myslím, že touto konstrukcí vyvstane mnoho problémů. Zejména s přesným dávkováním materiálu na vzorek, čištěním depozitu, atd … V práci chybí analýza negativních vlastností této konstrukce. Na obr. 25 v plošném grafu zobrazující profil deponovaného materiálu je dle barevné škály tloušťka deponované vrstvy 1,5 um, ale v profilech je jen 250 nm. Na str. 33 je tok částic vyčíslen na 2,1x1015 částic za sekundu ale v textu je uvedena hodnota 1,6x1015 částic za sekundu. V práci není uveden název programu, ve které byly vyhotoveny 3D modely efuzní cely. Velmi stručná je rešeršní studie tvorby a analýzy nanostruktur v prostředí SEM a UHV, což je jeden z cílu práce. I přes formální nesrovnalosti a chaos v prezentaci výsledků, hodnotím práci za velmi dobrou. Zejména originalitu přístupu k dané problematice. Student musel řešit množství zajímavých problémů spojených s realizací deponování v těsné blízkosti vzorku. Praktická část práce je optimálního rozsahu, bohužel teoretická část by si zasloužila větší pozornost. Z těchto důvodů doporučuji bakalářskou práci k obhajobě, a hodnotím písmenem C.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání B
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. vysledky a vyvozovat z nich závěry D
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti D
Grafická, stylistická úprava a pravopis C
Práce s literaturou včetně citací B
Topics for thesis defence:
  1. Vysvětlete, jak byla získána hodnota frekvence 831 Hz a souvislost s obrázkem 10.
  2. V celé práci autor používá pojem efuze, je možno vysvětlit co se rozumí pojmem efuzní tok?
  3. Můžete naznačit teoretický popis prostorového formování atomárního svazku vystupujícího z atomárního zdroje při nízkých tlacích?

Grade proposed by reviewer: C

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová