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 A^IIIB^V) 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.