ÚFI/Studium fyz. inženýrství/Závěrečné práce/2002     

Diplomové práce zpracované v roce 2002

• BURIAN David – Aplikace AFM/STM v oblasti tribologie a nanotechnologií. (Doc. Šikola)
  Cílem této diplomové práce bylo podílet se na výzkumné činnosti spojené s aplikacemi UHV-kompatibilního mikroskopu AFM/STM, především v oblastech týkajících se nanotechnologií. Vývoj tohoto zařízení probíhá na Ústavu fyzikálního inženýrství Fakulty strojního inženýrství VUT v Brně. První kapitola shrnuje principy činnosti a konstrukční provedení zmíněného mikroskopu. Druhá část je věnována metodám vytváření nanostruktur. Zaměřuje se zejména na techniky využívající AFM a STM. V třetí kapitole je popisováno chování elektronů v objektech, které omezují jejich volný pohyb v jednom nebo více směrech. Následuje část o samouspořádaných monovrstvách organických molekul na površích krystalickým materiálů s důrazem na jejich aplikace v nanovýrobě. Pátá kapitola pojednává o tribologii kontaktů v magnetických pásko-vých záznamových systémech. Touto problematikou se autor zabýval při svém čtyřměsíčním studijním pobytu na univerzitě v Astonu. Poslední část je experimentální a obsahuje některé výsledky dosažené při práci s mikroskopem AFM.

• DOMANSKÝ Libor – Studium tenkých magnetických vrstev. (RNDr. Dittrichová)
  Rešeršní studie tenkých magnetických vrstev a multivrstev. Princip metody IBAD. Depozice tenkých vrstev Co metodou IBAD. Experimentální studium magnetických vlastností metodou VSM a analýza tenkých vrstev rentgenovou difrakční analýzou. Popis technologie depozic multivrstev Co/CoN metodou IBAD. Strukturní analýza multivrstev Co/CoN metodou XRR.

• GAZDA Tomáš – Vliv výrobních tolerancí na kvalitu objektivu 7/100. (Ing. Kršek)
  Diplomová práce se zabývá vlivem decentricit jednotlivých optických členů a podskupin op-tických členů na kvalitu objektivu 7/100, která je posuzována z hlediska požadavků zadavate-le na výsledný obrazový výkon objektivu. Tyto decentricity mohou být způsobeny zejména vůlemi v uloženích některých součástí, házivostí úložných i dosedacích ploch čoček, tubusů nebo jiných součástí, vlastní decentricitou optických členů a vlivy montáže. V diplomové práci je uveden rozbor tří vybraných objektivů, který potvrdil jejich nedostatečnou kvalitu i přesto, že bylo zjištěno dodržení většiny tolerančních předpisů uvedených ve výkresové do-kumentaci. Ke stejnému výsledku vedl i toleranční propočet objektivu, kde se předpokládaly nejhorší možné kombinace rozměrů a tvarů jednotlivých součástí při dodržení všech toleranč-ních předpisů. V závěru diplomové práce jsou navrženy změny ve výrobním postupu a dopo-ručena nová optimalizace optické soustavy.

• JÁNSKÝ Pavel – Výpočty a konstrukce iontově optických prvků. (RNDr. Nebojsa)
  Diplomová práce se zabývá návrhem unipotenciální čočky iontového implantátoru a návrhem magnetu Wienova filtru. Popsaná unipotenciální čočka má fokusovat svazek vystupující ze sektorového magnetu na vzorek, do stopy o průměru přibližně 10 mm. Je navrhována pro proudy iontů, kde se významně projevuje působení prostorového náboje (0,1 mA až 0,3 mA, 1 keV, ionty B+). Dále jsou popsány dvě možnosti změny geometrie této čočky. V poslední kapitole je popsán návrh magnetu pro Wienův filtr, jeho uvedení do provozu by mělo pomoci zvýšit homogenitu iontového svazku a zlepšit kvalitu ultratenkých vrstev nanášených pomocí vakuové aparatury vyvinuté na Ústavu fyzikálního inženýrství.

• KOLÍBAL Miroslav – Analýza povrchů metodou LEIS. (Ing. Průša)
  Diplomová práce se zabývá použitím spektroskopie nízkoenergiových iontů (LEIS) pro ana-lýzu povrchů a tenkých vrstev. Jsou vysvětleny základní fyzikální principy, na nichž je zalo-žena prvková a strukturní analýza. Je zde uvedeno potřebné experimentální vybavení a jsou popsána zařízení, která svou originální koncepcí přispěla k rozvoji LEIS. Desítka uvedených příkladů použití LEIS ukazuje jak nezastupitelnou úlohu má iontová spektroskopie pro analý-zu povrchů. Experimentální část se zabývá vývojem TOF spektrometru na Ústavu fyzikálního inženýrství VUT v Brně a je zde popsáno několik experimentů, které byly provedeny při de-pozici Ga vrstev. Poslední část práce se zabývá studiem výměny náboje mezi iontovými svaz-ky a okolními plyny. Tento výzkum byl prováděn na univerzitě v Salfordu ve Velké Británii v rámci výměnného programu Erasmus.

• MYNAŘÍK Martin – Spektrální vlastnosti optických soustav dalekohledů. (Ing. Kršek)
  Tato práce pojednává o spektrá1ních vlastnostech dalekohledu Meopta HA/HS 75. Posuzuje význam antireflexních vrstev použitých v sestavě dalekohledu s variookulárem a hodnotí ba-revné podání jednotlivých členů dalekohledu. Výsledkem je porovnání naměřených dat s teo-retickým modelem.

• LENK Jakub – Konstrukční návrh laserového interferenčního mikroskopu pro měření drsnosti povrchu. (Doc. Ohlídal)
  Diplomová práce se zabývá konstrukčním návrhem digitálního holografického mikroskopu pro měření drsnosti povrchu. V první části vysvětluje principy digitální holografie, tj. zázna-mu hologramu, jeho digitalizace a následné rekonstrukce. Zabývá se návrhem aplikace meto-dy efektivní vlnové délky pro zvětšení rozsahu měřitelné drsnosti povrchu. Je odhadnut před-pokládaný rozsah měřitelné drsnosti studovaného povrchu. V druhé části popisuje konstrukční řešení holografického mikroskopu a popisuje prvky použité pro jeho konstrukci. Diplomová práce je součástí řešení projektu GA ČR č. 101/01/1104 „Realizace laboratorního vzoru zaří-zení pro měření drsnosti povrchu metodou holografické interferometrie“.

• LIŠKA Ivo – Určování struktury porvrchů pevných látek metodou LEED. (Ing. Jiruše)
  Tato diplomová práce se zabývá určováním struktury povrchů pevných látek metodou difrak-ce pomalých elektronů (LEED -Low Energy Electron Difraction). Jejím obsahem je obecný úvod do problematiky, teoretické základy a způsoby zpracování dat. Dále je zde vypracovaná metodika měření pro zařízení LEED, zakoupeném do laboratoře povrchů a tenkých vrstev Ústavem fyzikálního inženýrství FSI VUT Brno. V závěru práce jsou popsány dva experi-menty a to na Si(111)-(7x7) a Si(100)-(2xl).

• LOUB Radim – Analýza povrchů a tenkých vrstev metodami SIMS a AES. (RNDr. Spousta)
  Obsahem diplomové práce je analýza povrchů a tenkých vrstev metodami SIMS a AES. Práce je proto zaměřena na teorii metod SIMS a AES, na vysvětlení fyzikálních principů experi-mentálních zařízení používaných v obou metodách a na interpretaci spekter. Metody SIMS a AES byly také porovnány s ostatními analytickými metodami. V experimentální části diplo-mové práce byla popsána použitá zařízení pro SIMS a AES. Uvedeny byly příklady použití pro statický SIMS a hloubkový profil na tenkých vrstvách deponovaných na ÚFI. Rovněž byl popsán vliv vysokoenergetických částic na množství rušivého signálu v hmotnostních spekt-rech. Dále byla uskutečněna in situ prvková analýza na nežíhaném a žíhaném povrchu křemí-ku a také nedetekovatelná závislost energie plazmonů na teplotě, která byla potvrzena vý-počtem plazmové energie. Na závěr je uveden experiment, který ukazuje výskyt povrchových plazmonů při nízkých energiích primárních elektronů, což souvisí s hloubkou průniku elek-tronů do pevné látky.

• LOVICAR Luděk – Profilometri povrchů v holografickém konfokálním mikroskopu. (RNDr. Chmelík)
  Holografický konfokální mikroskop (HKM) umožňuje zobrazení povrchu vzorku v reálném čase. Na rozdíl od klasické konfokální mikroskopie, kde se využívá metody dvojího řádkování, je mikroskop založen na metodě nekoherentní holografie v reálném čase, díky níž snímá celé zorné pole kontinuálně. Umožňuje získat jak informaci o amplitudě odražené vlny, tak i o její fázi. Rychlost zobrazování a rekonstrukce nezáleží na optické soustavě, a je ome-zena pouze rychlostí detekční a výpočetní soustavy. Cílem této diplomové práce bylo experimentálně ověřit metodu profilometrie povrchů, která využívá analýzy obou složek zobrazení a umožňuje převod fázové mapy povrchu vzorku na mapu výšky. Následně výsledky měření na HKM porovnat s referenčním měřením na vhod-ném zařízení (AFM, Talystep). Metoda profilometrie povrchů pomocí HKM byla ověřena na čtyřech vzorcích. Jednalo se o několik desítek nanometrů vysoké schody na povrchu vzorků, které byly vytvořeny leptáním. Dále bylo měřeno rozhraní jednotlivých vrstev postupně naprašovaného korundu a niklu na křemíkový substrát. Posledním vzorkem byl vodič z titanu, jehož výška se pohybovala v jed-notkách nanometrů. Pro kompenzaci natočení stolku se vzorkem, ke kterému dochází při posuvu, byl navržen vý-početní postup. Na základě výpočetního postupu byla zdokonalena procedura v programu MATLAB, pomocí které je možno kompenzaci natočení stolku provést.

• MACH Jindřich – Návrh a konstrukce zdroje termálních svazků atomů dusíku. (Doc. Šikola)
  Tato diplomová práce se zabývá technologií disociace molekul plynu, tvorbou atomových svazků a konstrukčním návrhem atomárního rádiofrekvenčního (RF) plazmatického zdroje dusíku. Tento zdroj produkuje atomové svazky o nízkém obsahu iontů. Atomy ve svazku mají malou kinetickou energii (1 – 10 eV). Tyto svazky jsou velmi vhodné pro depozici vrstev GaN. První kapitola této práce popisuje teoretický úvod do celé problematiky tvorby atomárních svazků. Druhá kapitola pojednává o základech vakua a prácí s vakuovými systémy. Třetí ka-pitola je věnována teorii tvorby atomových svazku, jejích kolimaci a základům teorie disocia-ce. Ve čtvrtá kapitole jsou zmapovány technologie a typické návrhy disociačních zdrojů. Me-tody detekce atomárních svazků dusíku jsou okrajově diskutovány v páté kapitole. V šesté kapitole je probírán konstrukční návrh RF disociačního zdroje a jeho testování a ladění. Celá práce slouží k zorientování se v problematice disociačních zdrojů.

• NOVÝ Jindřich – Numerické metody rekonstrukce 3D modelu zemského povrchu. (Prof. Druckmüller)
  Diplomová práce se zabývá 3D rekonstrukcí dat zemských charakteristik, získaných ze serve-rů NASA. Konkrétně se jedná o satelitně změřená data zemského vyvýšení GLOBE a data barvy zemského povrchu Blue Marble. Práce se zabývá digitální reprezentací naměřených dat a způsobem digitálního popisu zemských charakteristik s využitím projekcí. Další kapitolou je úvod do počítačové vizualizace 3D objektů, kde se zabývá principem obecného perspektivní-ho zobrazení, vlastnostmi lineární perspektivy, metodami lineárně perspektivního zobrazení pomocí vektorových primitivů s korektními viditelnostmi, užitím z-bufferingu, iluminačními modely, principy plochého, Goraudova, Phongova stínování a mapováním textur. Další část je věnována analýze dat GLOBE a Blue Marble, kde je vypočten velmi přesně např. poměr ob-sazení pevniny a vodní plochy k celkové ploše země a histogram zemského vyvýšení. Následuje popis zařízení, měřícího charakteristiky zemského povrchu na satelitu Terra (EOS AM-1), jímž byla změřena data Blue Marble. Poslední část je věnována implementaci pro-gramu pro 3D vizualizaci scény, skládající se z velmi vysokého počtu polygonů (v řádu 10^9). Po uvedení schématu programu se zabývá aplikací třídění bloků Burrows- Wheeler a Aritme-tického kódování pro snížení informační kapacity dat a správou paměti rychlého přístupu k datům. Vizualizační část obsahuje popis vytvoření lineárně perspektivní projekce pomocí sle-dování paprsků, výpočet trajektorií paprsků pro obecné natočení i pozici kamery ve scéně a algoritmus procházení paprsku 3D scénou. Na závěr je text věnován klasickým způsobům interpolace modelu zemského vyvýšení a nekonvenčním metodám interpolace pomocí řízené-ho deterministického chaosu, s užitím algoritmů Diamant-Čtverec a Perlinův šum.

• POTOČEK Michal – Depozice tenkých vrstev vakuovým napařováním v podmínkách UHV. (Doc. Šikola)
  Diplomová práce se zabývá depozicí tenkých vrstev metodou molekulární svazkové epitaxe (MBE). V teoretické části je popsána technika MBE a základní typy efúzních zdrojů. Byly zkoumány parametry růstu tj. rychlost růstu a proud ionizovaných částic při změně polohy kalíšku obsahujícím Ga. Rychlost růstu byla zjišťována pomocí krystalového oscilátoru, který byl v rámci této diplomové práce instalován do ultravakuové aparatury umístěné na ÚFI FSI VUT v Brně. Dále byla provedena analýza deponovaných tenkých vrstev Ga na Si(111) po-mocí metod XPS, S1MS a ToF-LEIS.

• TOMANEC Ondřej – Geometrie povrchu leštících nástrojů pomocí holografické interferometrie. (Ing. Kršek)
  Diplomová práce se věnuje možnostem optického kontrolování kvality geometrie funkčních ploch nástrojů pro leštění optických ploch v a. s. Meopta – optika. V úvodní kapitole jsou popsány důvody pro požadavek na optické měřící zařízení leštících nástrojů. Takové zařízení je možné realizovat použitím holografie. V další kapitole je obecně popsána metoda hologra-fie a jsou uvedeny možnosti aplikace. Dále je rozpracována teorie interference, uplatňující se při holografickém záznamu. Následuje kapitola věnovaná difrakci, která je základem pro re-konstrukci předmětu zaznamenaného hologramem. Další kapitoly už popisují holografický záznam a rekonstrukci. Princip holografické interferometrie je obsahem jedné z dalších kapi-tol, na kterou navazuje podrobný popis metody holografické interferometrie použité při měře-ní leštících nástrojů. Kapitola Holografická topografie popisuje způsob měření geometrie ploch pomocí holografické interferometrie. V následující kapitole jsou popsány principy digi-tální holografie, při které rekonstruujeme předmět z hologramu pomocí numerických metod využívajících difrakční teorii. Poslední kapitoly jsou věnovány vlastním experimentům a hod-nocení získaných poznatků pro měření geometrie povrchu leštících nástrojů.

• VÁLKA Ivo – Kvalita hranolových soustav v dalekohledu Meopta HA/HS 75. (Ing. Kršek)
  Požadavky na kvalitu zobrazení přímohlednou verzí dalekohledu Meopta HA/HS 75 HERMES jsou dány podmínkou maximálního astigmatismu za okulárem při třicetinásobném zvětšení do 0,5dpt. Výrobní tolerance rovinnosti funkčních ploch hranolové převracecí sou-stavy dalekohledu jsou těsně spjaty s kvalitou zobrazení dalekohledu. Jednotlivé hranoly hra-nolové převracecí soustavy mají současně předepsanou maximální deformaci průchozí vlno-plochy. Diplomová práce hledá vztah mezi astigmatismem, který je způsoben výrobními chy-bami rovinnosti funkčních ploch hranolů, deformací průchozí vlnoplochy a tolerancemi ro-vinnosti funkčních ploch hranolů. Hranolová převracecí soustava dalekohledu Meopta HA/HS 75 HERMES se skládá z polo-vičního pentagonálního hranolu a Schmidtova střechového hranolu. Ukazuje se, že nejvyšší vliv na kvalitu zobrazení mají funkční plochy střechy střechového Schmidtova hranolu. Chy-ba rovinnosti střechy už při dané vysoké přesnosti výroby Schmidtova střechového hranolu (plynoucí z nároků na kvalitu zobrazení) ovlivňuje i chybu úhlu střechy a naopak; tyto výrob-ní chyby nejsou i nezávislými měřeními (goniometrem, interferometricky) od sebe zřetelně odlišitelné. Diplomová práce srovnává vliv střechy na kvalitu zobrazení s vlivem ostatních funkčních ploch a kvantitativně jej hodnotí požadavkem míry zpřísnění tolerancí rovinnosti, tak aby byla kvalita zobrazení zaručena.

• ZÁTOPKOVÁ Kamila – Studium povrchů a tenkých vrstev metodou XPS. (Doc. Šikola)
  Diplomová práce se zabývá studiem povrchů a tenkých vrstev připravených přímou depozicí iontovými svazky metodou XPS. Pomocí fotoelektronové spektroskopie můžeme rozlišit sys-témy vrstev na povrchu vzorku a získat informaci o jejich chemickém složení, tj. provést kva-litativní i kvantitativní analýzu a zjistit stav chemické vazby povrchových atomů. První (teo-retická) část této práce popisuje základy fotoelektronové spektroskopie a studii problematiky růstu tenkých vrstev přímou depozicí iontovými svazky. Druhá (praktická) část popisuje in situ XPS studium chemického složení vrstev připravených přímou depozicí iontovými svazky C+, CH+, CH2+, CH3+ a CH4+ v oblasti energií 20 – 500 eV a povrchů modifikovaných, resp. deponovaných iontovým svazkem dusíku. V diplomové práci je uveden vliv jednotlivých pa-rametrů na strukturu a složení deponovaných uhlíkových vrstev (DLC) a také vytipování ide-álních podmínek pro růst těchto vrstev na substrátu Si(100). Doprovodným cílem diplomové práce bylo provedení porovnávací studie programů užívaných pro analýzu dat spektroskopic-kých měření.