Detail předmětu

Mikroskopie a spektroskopie

FSI-TMKAk. rok: 2011/2012

Optická mikroskopie a spektroskopie:
Tato část kurzu je věnována optické soustavě mikroskopu, principu a základním parametrům mikroskopického zobrazení, metodám zvyšování kontrastu a speciálním metodám optické mikroskopie a optické spektroskopie.

Hmotnostní spektroskopie sekundárních iontů - SIMS:
Tato část přednášky je věnována problematice materiálové analýzy pevných látek metodou hmotnostní spektroskopie sekundárních iontů (SIMS), fyzikálním principům SIMS a jejím aplikacím především v polovodičovém průmyslu.

Fotoelektronová spektroskopie - XPS:
Fotoelektronová spektroskopie. Experimentální zařízení. Proces fotoemise a emise Augerových elektronů. Struktura fotoelektronového spektra. Kvantitativní analýza. Úhlově závislá fotoelektronová spektroskopie.

Výsledky učení předmětu

Studenti získají přehled o aktuálním stavu oboru optické mikroskopie a spektroskopie, hmotnostní spektroskopie sekundární iontů (SIMS) a fotoelektronové spektroskopie (XPS) a budou mít i snazší orientaci při výběru vlastní práce (diplomové či doktorské).

Prerekvizity

Základní kurz fyziky, kvantová fyzika, fyzika pevných látek, povrchy a tenké vrstvy. Geometrická optika.

Doporučená nebo povinná literatura

C. Kittel: Úvod do fyziky pevných látek 1997.
R. Waser (Ed.) Nanoelectronics and Information Technology 2005.
Kasap, Capper (Ed.) Springer Handbook of Electronic and Photonic Materials 2006.
A. Beninghoven: Secondary Ion Mass Spectrometry - basics concepts, instrumental aspects, applications and trends, John Wiley & Sons, NY, volume 86, 1987.
J. F. Ziegler, J. P. Biersack, M.D. Ziegler: SRIM The Stopping and Range of Ions in Matter, SRIM Co., 2008.
R. G. Wilson, F. A. Stevie, and C. W. Magee: Secondary Ion Mass Spectrometry - a practical handbook for depth profiling and bulk analysis, John Wiley, 1989.
W. Eckstain: Computer Simulation of Ion-Solid Interaction, Springer-Verlag, 1991.
D. Briggs, J. Grant (eds.): Surface analysis by Auger and X-ray photoelectron spectroscopy, IM Publications and Surface Spectra Ltd., Trowbridge 2003. (EN)

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování závisejí na způsobu výuky a jsou popsány článkem 7 Studijního a zkušebního řádu VUT.

Způsob a kritéria hodnocení

Hodnocení studenta bude zohledňovat jeho práci ve cvičení a výsledky diskuze nad zadanými tématy při zkoušce (k přípravě povoleny poznámky z přednášek).

Jazyk výuky

čeština

Cíl

Cílem je poskytnout přehled o principech, přístrojích a postupech používaných v současné optické mikroskopii,
o možnostech využití interakcí iontů s povrchem pevné látky při materiálové analýze metodou SIMS nejenom v makroskopickém měřítku, ale především při analýze objektů nanosvěta.
Rovněž poskytne přehled o elektronických dějích v nových materiálech a součástkách pro nanoelektroniku.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Přítomnost na cvičení je povinná a je sledována vyučujícím. Způsob nahrazení zmeškané výuky ve cvičení bude stanovena vyučujícím na základě rozsahu a obsahu zmeškané výuky.

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program M2A-P magisterský navazující

    obor M-FIN , 2. ročník, zimní semestr, 5 kreditů, povinný
    obor M-PMO , 2. ročník, zimní semestr, 5 kreditů, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Osnova

Optická mikroskopie a spektroskopie:
- Princip optického mikroskopu, zobrazovací soustava a parametry zobrazení (složený mikroskop, konjugované roviny, objektiv, kondenzor, okulár, osvětlovací soustava a zdroje osvětlení, zvětšení, optické vady, aplanatické soustavy, Abbeova teorie zobrazení, rozlišovací schopnost, funkce rozmytí bodu, optická funkce přenosu)
- Speciální metody mikroskopie (metody zvýšení kontrastu - temné pole, Zernikův fázový kontrast, Hoffmanův modulační kontrast, šikmé osvětlení, Nomarského diferenciální interferenční kontrast, polarizační mikroskopie, Rheinbergovo osvětlení, fluorescenční mikroskopie, konfokální mikroskopie, interferenční a holografická mikroskopie)
- Digitální zobrazování v mikroskopii
- Pokročilé metody optické mikroskopie a spektroskopie (zobrazování živých buněk, dvoufotonová fluorescence, FRAP, FRET, STED, rastrovací optická mikroskopie v blízkém poli - SNOM, Ramanova spektroskopie, CARS)

Hmotnostní spektroskopie sekundárních iontů (SIMS):
Historický vývoj studia interakce iontů s pevnou látkou (PL)
Způsoby modelování interakcí iontů s PL. Produkty interakce iontů s PL a jejich využití při analýze metodami SIMS, RBS, PIXE, ISS a pod.
Princip metody hmotnostní spektroskopie sekundárních iontů (SIMS).
Přístrojové vybavení analytických zařízení SIMS.
Způsoby analýzy metodou SIMS (statický a dynamický SIMS, mapování, hloubkové profilování, 3D analýza, nanoSIMS).
Oblasti použití metody SIMS a praktické příklady.

Fotoelektronová spektroskopie (XPS):
Základy fotoelektrové spektroskopie. Elekronový spektrometr, zdroje záření pro elektronovou spektroskopii (zdroj rentgenového záření, zdroj elektronů, synchrotron).
Proces fotoemise a emise Augerových elektronů. Fotoelektronové spektrum, ztrátové a satelitní píky, pozadí. Struktura, tvar, šířka a intenzita čar, chemický posuv.
Kvantitativní analýza. Popis pohybu elektronů pevnou látkou, určování tloušťky vrstev a úhlově závislá měření.

Laboratoře a ateliéry

13 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Osnova

Výpočty podpůrných teoretických příkladů probíhají po celý semestr. Demonstrační cvičení v laboratoři optické mikroskopie, v laboratoři povrchů a tenkých vrstev (SIMS a XPS).