Delong A.: Prozařovací elektronový
mikroskop (TEM)
Prozařovací
elektronový mikroskop byl první komerčně vyráběný
typ elektronového mikroskopu. Jeho příspěvek rozvoji
řady vědních oborů je mimořádný. Bez nadsázky
byl nazván přístrojem 20.století.
Principiální
funkce a uspořádání TEMu. Vznik obrazu TEMu.
Původ kontrastu a jeho závislost na přístrojových
vlastnostech. Rozlišovací schopnost TEMu. TEM jak
optický přístroj v pojmech vlnové
elektronové optiky – přenosová funkce kontrastu.
Aberace elektronových čoček, zejména objektivu.
Preparace objektů vhodná pro TEM ze dvou hlavních
aplikačních oblastí: materiálového
výzkumu a studia biologických objektů. Optimalizace
funkce TEMu jeho seřízením.
Müllerová I.: Základy
rastrovací elektronové mikroskopie (REM)
Princip rastrovacího elektronového
mikroskopu (REM). Pohyb elektronu podélným a příčným
elektrickým a magnetickým polem. Formování
primárního svazku elektronů: zdroj elektronů, optická
soustava, princip vychylování, vady zobrazení,
vliv apertury, centrování a korekce astigmatismu,
proudová hustota ve stopě, mez rozlišení,
hloubka ostrosti. Tvorba obrazu a zpracování
detekovaných signálů. Vakuová soustava - typy
mikroskopů z hlediska vakuové soustavy mikroskopu -
používané vývěvy a způspby měření vakua.
Parazitní jevy v elektronové mikroskopii:
kontaminace vzorku, vnější rušení
mechanická a elektromagnetická. Nové typy
objektivů a nové způsoby detekce v REM: imerzní
objektiv, katodová čočka, jednopólová čočka,
čočka typu „Gemini“.
Frank L.: Interakce elektronů s látkou
Vymezení
problému, základní pojmy. Typy základních
interakcí: rozptyl rychlých elektronů na jádrech,
klasický, kvantově mechanický a relativistický
přístup; charakteristiky rozptylu, rozptyl na zakázaných
pásech energií, rozptyl na elektronech, jednotlivé
mechanismy a jejich charakteristiky; rozptyl na fononech; brzdné
záření. Difuse elektronů v pevné látce:
mnohonásobný rozptyl, střední volná
dráha, elektronový dolet, zahřívání
a poškozování vzorku, nabíjení
vzorku. Emise elektronů: rozdělení emise, zpětný odraz
elektronů, energiové a úhlové charakteristiky,
výtěžnost, krystalický stav vzorku a jeho projevy,
interference parciálních vln; sekundární
emise a její hlavní charakteristiky. Tvorba kontrastu
obrazu, typy kontrastů.
Kolařík V.: Zdroje elektronů.
Úvod: mechanismy vyvolání emise elektronů a
jejich vyhodnocení s ohledem na praktické využití
v elektronové mikroskopii.
Rozbor vybraných
elektronových zdrojů: seznámení s hlavními
atributy ermoemisních a autoemisních zdrojů jak
bodových tak plošných. Detailní rozbor
procesů emise a její závislosti na materiálu
emiteru a vakuového prostředí.
Aplikace zdrojů:
vyhodnocení možných zdrojů emise s ohledem na aplikaci
v systémech výkonových a analytických,
sondového respektive zobrazovacího typu.
Rozhraní mezi výhodností
aplikace termo a auto emisních zdrojů. Definice informačního
limitu v souvislosti s použitým zdrojem.
Konstrukční
zásady: příklady konstrukce elektronových trysek
termoemisních, autoemisních (pro studenou i tepelně
stimulovanou emisi) a návrh konstrukce systému pro
aplikaci plošného emiterů.
Současné
vývojové trendy: vývoj super studených
emitérů, emitérů na basi uhlíkových
vláken, nanotubes a pod.
Průmyslové
aplikace: Zhodnocení požadavků polovodičového průmyslu
ve vztahu k možnostem elektronových zdrojů a předpověď
budoucího vývoje oboru.
Lencová B.: Elektronová optika
Posluchači budou
stručně seznámeni se základními pojmy
v částicové optice, jako je paraxiální
optika a aberace elektronových čoček a vychylovacích
systémů. Chování čočky a deflektoru bude
vysvětleno na základě jednoduchého modelu homogenního
pole. Návrh reálných elektronových čoček
a deflektorů bude ilustrován na několika typických
příkladech založených na použití moderního
softwaru, který používá metodu konečných
prvků a přesné výpočty trajektorií a vad.
V případě magnetických elektronových čoček
dovoluje software výpočty i sycených čoček s několika
různými magnetickými materiály nebo čoček
používajících permanentní magnety.
V krátkosti pak budou posluchači seznámeni
s důsledky existence vad na zobrazení a na možné
dosažitelné proudy ve stopě rastrovacího elektronového
mikroskopu. Pro návrh detekčních systémů můžeme
přesně trasovat elektrony s libovolnou energií a určit
tak vhodné uspořádání polí mezi
vzorkem a detektorem pro maximální účinnost
detekční trasy. Přesnost trasování je natolik
vysoká, že aberační koeficienty můžeme určit ze
spočtených drah elektronů.
Schauer P.: Simulace
interakce elektronů s látkou metodami Monte Carlo
Simulace interakce elektronů s pevnou látkou bude vysvětlována s využitím dvou
základních typů fyzikálních modelů využívajících náhodné generace při
algoritmizaci procesů, tedy metod kategorie Monte Carlo. Jednak bude vysvětlena
metoda individuálního rozptylu elektronů, která se vyznačuje vyšší přesností,
ale zároveň delší dobou výpočtů a jednak metoda plurálního rozptylu, která
naopak není tak přesná, avšak přináší rychlé výsledky. Bude ukázáno jak na
základě algoritmizace fyzikálních procesů lze vytvořit program optimalizovaný
pro osobní počítače, který může v reálném čase nabídnout grafické znázornění
změny směru při interakci elektronů v pevné látce a tím trajektorie primárních
elektronů. Bude objasněno jak podobné programy mohou posloužit jako počáteční
verze vývoje mnohem složitějšího softwaru, který lze využít při studiu
jednotlivých jevů v elektronovém mikroskopu, jako je zpětný rozptyl, vznik a
chování sekundárních elektronů, katodoluminiscence či EBIC nebo dokonce
rentgenové mikroanalýzy. Bude uvedeno několik konkrétních vzorových simulací,
které byly použity při řešení výzkumných projektů v Ústavu přístrojové
techniky AVČR v Brně. Kurz nabídne mikroskopikům alternativní pohled na
problematiku elektronové mikroskopie a pomůže lépe pochopit procesy, které se
odehrávají v pevné látce při dopadu elektronů s relativně vysokou energií.
V neposlední řadě by informace také mohly přispět k menším zábranám při
používání velmi silných simulačních nástrojů.
Autrata R.: Detekce signálních
elektronů v rastrovací elektronové mikroskopii
Historický
vývoj - současný stav. Způsoby detekce signálních
elektronů. Scintilační detektor. Typy scintilátorů.
Příprava monokrystalických scintilátorů. Vliv
různých pěstovacích podmínek na účinnost
a časové charakteristiky monokrystalických
scintilátorů. Měření katodoluminiscenčních
vlastností scintilátorů. Elektronově optické
vlastnosti scintilačně fotonásobičového detekčního
systému. Vodivé pokrytí scintilátoru,
výstupní rozhraní, tvar, scintilátor s
podélným a příčným snímáním
světla, optické pojivo, absorpce. Světlovod - povrchově
optické a objemově optické vlastnosti. Fotoelektrický
násobič. Detekce sekundárních elektronů,
zopakování hlavních charakteristik emise, typy
detektorů. Detekční strategie pro detekci sekundárních
elektronů. Detekce zpětně odražených elektronů, zopakování
fyzikálních charakteristik zpětného odrazu.
Charakter obrazu zpětně odražených elektronů a jeho odlišnost
od obrazu sekundárních elektronů. Profil signálu,
signální profil hrany, nábojové
artefakty, vliv kontaminace, rozlišovací schopnost,
kontrastní mechanismy. Typy detektorů zpětně odražených
elektronů. Širokoúhlý prstencový
detektor, párový detektor,
dvojitý detektor, polohový detektor, detektory pro
rastrovací transmisní mikroskop, universální
detektor, detektor pro nízkoenergiové
zpětně odražené elektrony. Shrnutí
a detekční strategie detekce zpětně
odražených elektronů.
Dupák J.: Vakuová
technika a technologie
Úvod, význam vakua, jednotky.
Proudění plynů. Sorpce, desorpce. Metody získávání
vysokého vakua, vývěvy mechanické, difuzní,
turbomolekulární a další. Ultravakuová
technika, vývěvy sorpční, iontové a kryovývěvy.
Měření nízkých tlaků, absolutní
vakuometry, Piraniho a ionizační vakuometry, analýza
zbytkových plynů. Vakuové aparatury, prvky vakuových
aparatur, použité materiály. Speciální
technologie, svařování elektronovým svazkem,
pájení ve vakuu.
Matějka F.: Polovodičové struktury a
mikrostruktury
Definice
polovodičových struktur, definice mikrostruktury,
nanostruktury. Polovodičové materiály, elementární
polovodiče, polovodičové sloučeniny (speciálně AIIIBV)
a jejich odlišnosti dané krystalovou strukturou.
Monokrystalická struktura polovodičů a její důsledky na
struktury v objemu polovodičů, na površích
polovodičů, anizotropie vlastností monokrystalu polovodičů..
Vliv poruch krystalové mřížky polovodičů na
polovodičové struktury v objemu a na povrchu polovodičů.
Křemík a
jeho polovodičové vlastnosti a některé významné
chemické a metalurgické vlastnosti využívané
při tvorbě polovodičových struktur v křemíku.
Polovodičové
struktury a mikrostruktury v objemu Si, dotované oblasti,
oblasti vyplněné dielektrickými materiály,
epitaxní vrstvy. Typy příměsí pro vytváření
dotovaných struktur a mikrostruktur difúzní
technikou, iontovou implantací, epitaxí. Koncentrační
profily v těchto mikrostrukturách. Mikrostruktury
v pomocných vrstvách (SiO2, Si3N4,
rezisty, polymerní látky) pro vytváření
mikrostruktur v objemu křemíku.
Struktury
a mikrostruktury na povrchu polovodičů v polovodičových
součástkách. Mikrostruktury v dielektrických
vrstvách pomocných a v dielektrických vrstvách
funkčních, mikrostruktury v elektricky vodivých
vrstvách. Základní druhy používaných
dielektrických materiálů a jejich struktura . Základní
druhy používaných elektricky vodivých materiálů
a jejich struktura. Pasivační dielektrické vrstvy.
Očekávané
trendy technologie v polovodičovém průmyslu – od
mikrostruktur k nanostrukturám. Příklad a rozbor
polovodičových mikrostruktur konkrétní
mikroelektronické polovodičové součástky. Ukázky
ze zkoumání polovodičových mikrostruktur v REM.
Delong A.: Nové trendy v elektronové
mikroskopii
Elektronový
mikroskop libovolného typu (TEM, STEM, SEM, PEEM a další)
různého provedení je přístrojem relativní
komplikovaným, což se samozřejmě odráží v jeho
ceně, která může být často i dvouciferná,
zvolíme-li za jednotku 1 milión. To pochopitelně brání
jeho většímu rozšíření jak tomu
v minulosti bylo, kdy však mikroskop splňoval daleko
skromnější požadavky. Naskýtá se otázka,
existují-li nějaké konkrétní možnosti,
jak realizovat určitou kategorii přístrojů, které by na
jedné straně poněkud ustoupily požadavku velké
univerzálnosti aplikací na druhé straně však
neslevily z požadavků na vysoký současný standard
základních parametrů, zejména rozlišovací
schopnosti. Splnění těchto požadavků by bylo možné
spatřovat v miniaturizaci přístroje při současném
zavádění korigovaných optických soustav.
Nezbytným se jeví rovněž ovládání
mikroskopu počítačem včetně jeho optimálního
seřízení. Budou naznačeny cesty k dosažení
tohoto cíle.