dizertační práce

Depozice funkčních oxidových tenkých vrstev ke zlepšení vlastností elektronových zdrojů

Text práce 14.59 MB Teze 14.59 MB

Autor práce: Mgr. Zuzana Košelová, Ph.D.

Ak. rok: 2025/2026

Vedoucí: doc. Mgr. Zdenka Fohlerová, Ph.D.

Oponenti: Prof. Thiago Albuquerque de Assis, Dr. Michal Krysztof

Abstrakt:

Působením elektrického pole o velmi vysoké intenzitě na povrchu kovu nastává elektronová emise, a to i bez nutnosti jeho zahřívání. Tento jev se označuje jako studená vlastní emise, neboli autoemise elektronů a vzniká v důsledku zúžení potenciálové bariéry a formování Schottkyho-Nordheimovy bariéry. Po dostatečném snížení a tedy zúžení bariéry mohou začít tunelovat elektrony s energetickými stavy blízkými Fermiho hladině. Takto získaný proud volných elektronů se uplatňuje v elektronové mikroskopii, elektronové litografii či například jako zdroj elektronů v rentgenkách. V posledních letech byly zkoumány vlastnosti řady žáruvzdorných kovů, polovodičů i uhlíkových nanotrubiček. Pro mnohé aplikace, typickým příkladem je elektronová mikroskopie, však nadále zůstává první volbou wolframový hrot o průměru 100 až 200 nm. Jeho hlavními přednostmi jsou trvanlivost a nízký poměr rozprašování. Nanesení tenké vrstvy na wolfram může výrazně ovlivnit emisní vlastnosti. Povlak dokáže snížit relativně vysokou výstupní práci, snížit prahové napětí, prodloužit životnost, zvýšit jas emisního obrazu a zlepšit kondenzaci elektronového svazku. Ochranná vrstva zároveň brání uvolňování atomů wolframu vlivem nárazu vysokoenergetických pozitivních iontů a snižuje tak jeho reaktivitu. V některých případech může působit i jako filtr pro tunelující elektrony, nebo naopak vytvářet rezonančně zesílené tunelování, které zvyšuje pravděpodobnost emise. Klíčové je ovšem správně zvolit tloušťku a materiál povlaku, aby byla zajištěna stabilita a dosaženy požadované vlastnosti. Téma práce se zaměřuje na výrobu a následnou depozici tenké oxidové vrstvy na wolframových katodách a na hloubkovou analýzu jejich autoemise buzené polem. Jako oxidační techniky byly použity termická oxidace a anodizace. K analýze byla využita Murphyho-Goodova metodika. Hlavním nástrojem pro hodnocení katod je autoemisní elektronový mikroskop pracující ve vakuovém rozsahu UHV, který umožňuje detailní studium emise pole. Doplňkově lze využít elektronový mikroskop, který poskytuje cenné informace o tvaru a morfologii vyrobených elektrod.

Klíčová slova:

Autoemise elektronů polem, depozice tenké vrstvy, wolfram, oxid wolframu, rezonančně zesílené tunelování, elektronový mikroskop

Termín obhajoby

20.11.2025

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znamkaPznamka

Průběh obhajoby

Doktorandka odprezentovala svoji disertaci, odpověděla vypovídajícím způsobem na všechny dotazy oponentů a komise. Oba oponenti byli přítomni online.

Jazyk práce

angličtina

Fakulta

Ústav

Studijní program

Mikroelektronika a technologie (DPC-MET)

Složení komise

doc. Mgr. Dinara Sobola, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Lukáš Fujcik, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Petr Sedlák, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Roman Gröger, Ph.D. et Ph.D. (člen)
Mgr. Karel Lacina, Ph.D. (člen)

The dissertation work of Zuzana Košelová addressed the key challenge of optimizing coating material and thickness to improve stability, and performance of tungsten emitters which is critically important for high-resolution TEM and scanning TEM. The student focused on deposition and optimization of a thin oxide layer on tungsten tip by thermal oxidation and anodization. The experimental work involved a series of chemical and morphological characterizations, completed by a field electron microscopy measurement in ultra-high vacuum. The advanced Murphy–Good theory, employed as the main model for interpreting field emission data, together with other theoretical approaches, provided a deeper insight into the understanding of physical mechanisms.
  The student has demonstrated a very good ability to connect theoretical concepts with experimental techniques and to interpret the results obtained in a broader scientific context. This is evidenced by 2 first author and 3 co-author articles published in peer-reviewed scientific journals indexed in WOS. The student actively presented the results of the research at 6 national and international conferences, which reflects her openness in sharing the findings with the scientific community. It is also good to mention that the conference attendances, often in the form of oral presentations, were also awarded in several cases. Overall, Zuzana Košelová worked actively, learned effectively and provided valuable support for teaching activities. The dissertation represents a relevant and well-executed piece of work that proves the student’s ability for independent research and systematic problem solving.
  I consider the results achieved to be of scientific significance and practical relevance, and I therefore recommend the dissertation for defense.
Soubor vložený vedoucím Velikost
Posudek vedoucího práce [.pdf] 213,11 kB

viz pdf
Soubor vložený oponentem Velikost
Posudek oponenta [.pdf] 426,05 kB

Posudek oponenta
Dr. Michal Krysztof

viz pdf
Soubor vložený oponentem Velikost
Posudek oponenta [.pdf] 306,05 kB

Odpovědnost: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová