bakalářská práce

Analýza a charakterizace spirálně uspořádané autoemisní nanostruktury

Text práce 3.16 MB

Autor práce: Ing. Martina Ondříšková

Ak. rok: 2021/2022

Vedoucí: doc. Ing. Alexandr Knápek, Ph.D.

Oponent: doc. Mgr. Dinara Sobola, Ph.D.

Abstrakt:

Katody obsahující pole emitorů s vysokým poměrem stran budí velký zájem jako elektronové zdroje pro vakuová zařízení. Ve snaze maximalizovat proud a proudovou hustotu byly navrženy hustší pole emitorů. To však vedlo k nežádoucím účinkům, jako je stínění pole, způsobené přítomností okolních emitorů v poli. Pro snížení efektu stínění, a tím pádem zvýšení proudové hustoty, bylo navrženo pole emitorů s uspořádáním inspirovaným přírodním principem fylotaxe. Takto navržená struktura mikropilířů byla vytvořena pomocí elektronové litografie a reaktivního iontového leptání. K vytvoření ultra ostrých hrotů s poloměrem v řádu desítek nanometrů na vrcholu každého mikropilíře byla použita technika leptání black siliconu.
Analýza topografie vzorku byla provedena pomocí rastrovacího elektronového mikroskopu. Pro stanovení výstupní práce byla použita ultrafialová fotoelektronová spektroskopie. Pro zjištění emisních vlastností vyrobených struktur byl zkonstruován emisní mikroskop, jehož elektronové dělo bylo upraveno tak, aby vyrobená struktura sloužila jako katoda.
Graf Murphy-Good byl použit k analýze dat o emisních vlastnostech, na které byl aplikován ortodoxní test pro kontrolu validity. Pro sledování fluktuací proudu bylo provedeno měření stability.

Klíčová slova:

Pole emitorů, elektronová litografie, reaktivní iontové leptání, black silicon, rastrovací elektronový mikroskop, ultrafialová fotoelektronová spektroskopie, emisní mikroskop.

Termín obhajoby

17.06.2022

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znamkaAznamka

Klasifikace

A

Průběh obhajoby

Po otázkách oponenta bylo diskutováno Povrchová citlivost metody XPS. Studentka na otázku odpověděla.

Jazyk práce

angličtina

Fakulta

Ústav

Studijní program

Fyzikální inženýrství a nanotechnologie (B-FIN-P)

Složení komise

prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc. (předseda)
prof. RNDr. Jiří Spousta, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Stanislav Průša, Ph.D. (člen)
doc. Mgr. Vlastimil Křápek, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Miroslav Bartošík, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Petr Dub, CSc. (člen)
prof. RNDr. Bohumila Lencová, CSc. (člen)
prof. RNDr. Miroslav Liška, DrSc. (člen)
prof. Ing. Miroslav Kolíbal, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Radek Kalousek, Ph.D. (člen)
RNDr. Antonín Fejfar, CSc. (člen)

Bakalářská práce zpracovaná studentkou Martinou Ondříškovou se zabývá návrhem, přípravou a měřením spirálně uspořádaného pole autoemisních emitérů určených pro vytvoření plošného zdroje volných elektronů do vakua. Praktickou část práce studentka provedla v čistých prostorách Ústavu přístrojové techniky AV ČR a dále v čistých prostorách Středoevropského technologického institutu (VUT v Brně). K práci studentka přistupovala velice kreativně a pečlivě. Obzvlášť je třeba přihlédnout k časové náročnosti laboratorní práce, kdy bylo krom samotné práce potřeba zvládnout řadu úvodních kurzů a školení, aby mohla na jednotlivých metodách spadajících do MEMS vůbec pracovat. K řešení úlohy studentka přispěla několika originálními prvky souvisejícími s návrhem struktury a vytvořila tak sadu funkčních vzorků struktur na kterých lze provést komplexní vědecká měření dalece přesahující rozměr bakalářské práce.  V neposlední řadě je potřeba také ocenit fakt, že studentka svoji práci vypracovala v anglickém jazyce a k její sazbě použila systém LaTeX, který defacto vylučuje typografické chyby a nekonzistentní odkazy na literaturu či obrázky. Z výše uvedených důvodů doporučuji práci k obhajobě a navrhuji hodnocení A, 100 bodů.
Kritérium hodnocení Známka
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

Známka navržená vedoucím: A

Bakalářská práce M. Ondříškové byla sepsána na velmi aktuální téma – Elektronová vlastní emise. Práce je rozdělena na tři části, kde studentka konzistentně popisuje teoretické základy, metodologii a následně prezentuje výsledky i s diskusí.
Práce je logicky strukturována a odpovídá zadání. Úvod do problematiky emisních struktur je stylisticky velmi dobře podán v první kapitole, a to včetně nejnovějších poznatků. Autorka postupně popsala přípravu vytvářených vzorků; od přípravy substrátu až po přípravu a studium černého křemíku na elektronovém mikroskopu. V třetí kapitole, kde autorka popisuje chemické a elektrické vlastnosti struktur, včetně pásového diagramu, je také přítomen detailní popis topografie vzorků.
Chtěla bych vyzdvihnout poměrně velké množství experimentálních metod na bakalářskou práci. Informace ohledně inspirace přírodními strukturami je také zajímavá. Tato práce je originální a má praktický význam pro vývoj elektronových zdrojů do přístrojů pracujících s vakuem.
Autorka připravila a prezentovala výsledky své práce také na konferenci „How to Change the World via Science“, dne 9. – 11. června 2022, pořádané Německo-Jordánskou Univerzitou v Madabě.
Práce je napsána ve velmi dobré angličtině. Je zde jen pár ne zcela obratný formulací, které však neovlivňují vědeckou interpretaci výsledků. Po formální stránce je vše v pořádku až na pár drobných nedostatků ve formátování textu a chyby v užití velkých písmen. Tabulka 3.2 by měla přijít do sekce 3.3.1, ale je umístěna v sekci 3.3.2. Názvy nástrojů a softwarů nejsou na některých místech plně vypsány. Jedna metodologická nejistota se týká XPS. Vzorky byly pozorovány pomocí SEM před XPS, takže peak C1s může pocházet nejen z atmosféry, ale také z komory elektrového mikroskopu.
Práce byla zpracována v plném rozsahu požadavků pro bakalářský titul a zaslouží si výborné hodnocení. Vytyčené budoucí cíle budou dosaženy během dalšího studia a budou přínosem pro obor.
Kritérium hodnocení Známka
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
Otázky k obhajobě:
  1. Které externí vlivy se uplatňovaly při měření autoemisního proudu?
  2. Jaký byl postup při tvorbě černého křemíku? Jakým stylem studentka pokračovala, aby dosáhla požadovaných parametrů (ostré výběžky)?

Známka navržená oponentem: A

Odpovědnost: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová