diplomová práce

Měření tloušťky vrstev odprášeného materiálu ze vzorku v elektronovém mikroskopu

Text práce 8.81 MB

Autor práce: Ing. Jiří Kutálek

Ak. rok: 2022/2023

Vedoucí: prof. Ing. Martin Čadík, Ph.D.

Oponent: Ing. David Hříbek

Abstrakt:

Motivace pro tuto práci vyvstává ze zájmu firmy Thermo Fisher Scientific o vyvinutí metody pro měření tloušťky vrstev odprášeného materiálu ze vzorku v elektronovém mikroskopu. Hlavním cílem práce je navržení meřicí metody, jež bude z praktického hlediska efektivnější než metody stávající. Mimo to, druhotným cílem je nalezení způsobu pro získání ground truth pro měření, která by umožnila navrženou metodu vyhodnotit. Tato práce představuje dvě nové meřicí metody detekující pozici hrany vzorku v obraze a způsob pro získání ground truth, spočívající ve vypálení drobných jamek (teček) do povrchu vzorku a následné detekce a počítání teček v obrázcích vzorku. Pro účely vyhodnocení všech metod jsem nasbíral tři sady obrázků. Výsledky experimentů ukazují, že jedna z navržených metod, Top-Down FIB, měří konzistentní hodnoty blízké očekávanému průměru a z porovnání vůču ground truth vychází o něco lépe, než state-of-the-art metoda. Navíc, algortimus počítající tečky v obraze se ukazál býti použitelnou metodou pro získání ground truth, neboť dosáhl stabilnějších výsledků, než alternativní ground truth vygenerovaná manuální anotací dat.

Klíčová slova:

Skenovací elektronový mikroskop “dual-beam”, Slice And View přístup, Měření tloušťky vrstev odprášeného materiálu, Detekce hrany cut-face, Referenční tečkovaný vzor

Termín obhajoby

20.06.2023

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znamkaAznamka

Klasifikace

A

Průběh obhajoby

Student nejprve prezentoval výsledky, kterých dosáhl v rámci své práce. Komise se poté seznámila s hodnocením vedoucího a posudkem oponenta práce. Student následně odpověděl na otázky oponenta a na další otázky přítomných. Komise se na základě posudku oponenta, hodnocení vedoucího, přednesené prezentace a odpovědí studenta na položené otázky rozhodla práci hodnotit stupněm A.

Otázky k obhajobě

  1. V práci uvádíte, že existuje pouze jedna metoda pro měření tloušťky vrstev odprašeného materiálu ze vzorku elektronového mikroskopu, z roku 2010 (Chevron). Jak si vysvětlujete, že výzkum v této oblasti nepokračuje? Má daná metoda dostatečně dobré výsledky?
  2. Zvažoval jste ještě jiný vzor, aby byla Vaše metoda ještě přesnější?
  3. Má měření, které jste presentoval, dostatečnou přesnost pro aplikaci v praxi?

Jazyk práce

angličtina

Fakulta

Ústav

Studijní program

Informační technologie a umělá inteligence (MITAI)

Specializace

Počítačové vidění (NVIZ)

Složení komise

prof. Dr. Ing. Pavel Zemčík, dr. h. c. (předseda)
prof. Ing. Martin Čadík, Ph.D. (člen)
Ing. Zbyněk Křivka, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Vítězslav Beran, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Peter Chudý, Ph.D., MBA (člen)
Ing. David Bařina, Ph.D. (člen)

In the presented diploma thesis, the student implemented three methods for measuring slice thickness in dual-beam scanning electron microscope. The student further proposed and tested new calibration pattern and related algorithm for detecting the pattern and using the pattern as a measurement reference. The experimental work shows interesting results, which can and shall be extended in the future. The diploma thesis is well structured and conscicely written. In general, I consider this work excellent.

Kritérium hodnocení Slovní hodnocení
Informace k zadání

The difficulty of the assignment of this diploma thesis is above standard for two main reasons. First, the goal is to propose and implement new measurement tools for electron microscopy. This is a development/research task going beyond standard engineering. Second, the measurement scale and desired accuracy is in tens/units of nanometers, where it is not trivial to obtain reference and it is difficult to acquire test data. Despite the initial difficulties and uncertainties in the measuring reference, the student came up with a solid work which I am satisfied with.

Práce s literaturou

I find the student's activity in obtaining and using study materials slightly above average. The student showed the ability to study, understand and use research articles and other sources.

Aktivita během řešení, konzultace, komunikace

During the solution, the student was active, he often attended personal consultations with the supervisor and he regularly reported the progress in the weekly reports. He met the agreed deadlines and he was always well prepared for the consultation.

Aktivita při dokončování

The work was completed just before the deadline, but the final content was partially consulted with the supervisor.

Publikační činnost, ocenění

The work has been presented at the student conference EXCEL@FIT, where it received the committee award as well as the industry award.

Výsledný počet bodů navržený vedoucím: 90

Známka navržená vedoucím: A

Posudek oponenta
Ing. David Hříbek

Autor práce prostudoval problematiku elektronových mikroskopů a metody pro měření tloušťky vrstev odprašeného materiálu ze vzorků elektronového mikroskopu a implementoval dvě nové metody. Dále navrhl komplexní způsob pro porovnání existujících a navržených metod, včetně sběru dat a jejich vyhodnocení. Vzhledem k obtížnosti a komplexnosti zadání navrhuji hodnocení stupněm A.

Kritérium hodnocení Slovní hodnocení Body
Náročnost zadání

Stupeň hodnocení: obtížnější zadání

Zadání hodnotím jako obtížnější. Autor práce se musel seznámit s elektronovými mikroskopy, metodami pro změření tloušťky vrstev odprašeného materiálu ze vzorku elektronového mikroskopu a navrhnout metody nové. Dále bylo nutné navrhnout způsob sběru dat pro vyhodnocení a porovnání úspěšnosti jednotlivých metod. 

Rozsah splnění požadavků zadání

Stupeň hodnocení: zadání splněno

Zadání bylo splněno ve všech bodech.

Rozsah technické zprávy

Stupeň hodnocení: je v obvyklém rozmezí

Prezentační úroveň technické zprávy

Prezentační úroveň zprávy považuji za nadprůměrnou. Text práce je srozumitelný a logicky strukturovaný. Jednotlivé kapitoly dobře navazují a prezentují základy elektronové mikroskopie, metody pro měření tloušťky vrstev odprašeného materiálu ze vzorku elektronového mikroskopu a návrh metod nových, následně vytvoření datasetů a vyhodnocením navržených metod na těchto datasetech.

95
Formální úprava technické zprávy

Práce je psaná jazykově čistou a srozumitelnou angličtinou. Kromě rozmazaných grafů, které by bylo vhodné převést do vektorové podoby, jsem v práci nenalezl žádná vážnější provinění proti formální stránce.

95
Práce s literaturou

Autor cituje 10 zdrojů převážně věděckých článků a žurnálů, které se týkají elektronové mikroskopie. Všechny zdroje jsou relavantní, avšak jejich výčet je značně útlý.

85
Realizační výstup

Výsledkem práce je systém umožňující změření tloušťky vrstev odprašeného materiálu ze vzorků elektronového mikroskopu, jak existující metodou Chevrons, tak nově navrženými metodami Y-Shift SEMTop-Down FIB. Systém také umožňuje vyhodnocení přesnosti měření. Nevýhodou aktuálního řešení je jeho složitá instalace a spuštění.

90
Využitelnost výsledků

Téma diplomové práce bylo zadáno firmou Thermo Fisher Scientific. Výsledná práce obsahuje návrh nových metod pro měření tloušťky vrstev odprašeného materiálu ze vzorku elektronového mikroskopu a způsob získání ground-truth dat pro vyhodnocení daných metod. Výsledky práce jsou pro firmu přínosné.

Otázky k obhajobě:
  1. V práci uvádíte, že existuje pouze jedna metoda pro měření tloušťky vrstev odprašeného materiálu ze vzorku elektronového mikroskopu, z roku 2010 (Chevron). Jak si vysvětlujete, že výzkum v této oblasti nepokračuje? Má daná metoda dostatečně dobré výsledky?
Výsledný počet bodů navržený oponentem: 90

Známka navržená oponentem: A

Odpovědnost: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová