Application of Scanning Probe Microscopy for the Study of Ultrathin Films and Nanostructures
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract
Dizertační práce je obecně zaměřena na problematiku mikroskopie atomárních sil (AFM), a to jak vývoje částí těchto mikroskopů, tak i jejich obecnému využití v oblasti výzkumu povrchů, ultratenkých vrstev a nanostruktur. Na Ústavu fyzikálního inženýrství jsou vyvíjena zařízení umožňující aplikovat uvedenou mikroskopickou metodu. V těchto mikroskopech jsou využívány piezoelektrické motory pro zajištění pohybu vzorku a ladicích zrcátek v optickém detekčním systému. Práce se v části věnované vývoji AFM zabývá studiem parametrů řídicích pulzů za účelem optimalizace funkce těchto komponent. Měřením vlivu tvaru pulzů a opakovací frekvence byl jejich pohyb optimalizován z hlediska stability a rychlosti posuvu. V části věnované výzkumu povrchů byly experimentálně zkoumány morfologické změny ultratenkých vrstev zlata na povrchu oxidu křemičitého za zvýšených teplot. Bylo zjištěno, že vhodná povrchová modifikace způsobuje vznik preferenčních trhlin ve vrstvě zlata. Řízeným rozdělením polykrystalické vrstvy na oddělené oblasti je možné významně ovlivnit proces tvorby ostrůvků zlata vznikajících při žíhání. S využitím metod elektronové litografie je možná příprava uspořádaných polí zlatých ostrůvků o velikostech 50 – 400 nm. Dále bylo ukázáno, že zvýšením teploty žíhání na 1000 °C dochází k postupnému zanořování ostrůvků zlata do povrchu. Tento jev je pravděpodobně způsoben přesunem oxidu křemičitého z oblasti pod zlatým ostrůvkem do těsného okolí vzniklého kráteru, kde tvoří tzv. límec. V těchto studiích vedle metody AFM byla s výhodou používána rovněž elektronová mikroskopie (SEM).
The doctoral thesis is focused on the study of ultrathin layers and the utilization of atomic force microscopy (AFM) for their characterization. Morphological changes of ultrathin layer of gold on silica substrates at elevated temperatures were experimentally investigated. It was found that surface modification influences the formation of the voids in the gold layer. By the controlled dewetting of gold layer is possible to influence the formation of gold islands at elevated temperatures. Precise surface modification by electron beam lithography enabled preparation of ordered arrays of gold islands with the uniform size in range of 50 – 400 nm. It is also shown, that the increase of annealing temperature to 1000 °C induces embedding of the gold islands into the substrate. This phenomenon is probably caused by the silica transfer from the area bellow the islands to the rim. AFM methods are suitable for characterization of above mentioned nanostructures. The AFM working under the ultra-high vacuum conditions was developed at the Institute of Physical Engineering. Piezoelectric actuators are utilized for the sample approach and adjustment of the mirror used in optical detection system. The optimization was achieved by the systematic study of the driving pulse parameters. High stability and operating speed was achieved by the experimental measurements of the actuator response to the pulse shape and repetition frequency.
The doctoral thesis is focused on the study of ultrathin layers and the utilization of atomic force microscopy (AFM) for their characterization. Morphological changes of ultrathin layer of gold on silica substrates at elevated temperatures were experimentally investigated. It was found that surface modification influences the formation of the voids in the gold layer. By the controlled dewetting of gold layer is possible to influence the formation of gold islands at elevated temperatures. Precise surface modification by electron beam lithography enabled preparation of ordered arrays of gold islands with the uniform size in range of 50 – 400 nm. It is also shown, that the increase of annealing temperature to 1000 °C induces embedding of the gold islands into the substrate. This phenomenon is probably caused by the silica transfer from the area bellow the islands to the rim. AFM methods are suitable for characterization of above mentioned nanostructures. The AFM working under the ultra-high vacuum conditions was developed at the Institute of Physical Engineering. Piezoelectric actuators are utilized for the sample approach and adjustment of the mirror used in optical detection system. The optimization was achieved by the systematic study of the driving pulse parameters. High stability and operating speed was achieved by the experimental measurements of the actuator response to the pulse shape and repetition frequency.
Description
Citation
NEUMAN, J. Application of Scanning Probe Microscopy for the Study of Ultrathin Films and Nanostructures [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2015.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
en
Study field
Fyzikální a materiálové inženýrství
Comittee
prof. Ing. Jiří Švejcar, CSc. (předseda)
prof. RNDr. Miroslav Mašláň, CSc. (člen)
doc. RNDr. Bohuslav Rezek, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Miroslav Liška, DrSc. (člen)
prof. RNDr. Vladimír Čech, Ph.D. (člen)
Date of acceptance
2015-06-16
Defence
DDP je věnována popisu vývoje a využití rastrovacího sondového mikroskopu, kterými se doktorand zabýval. Vypracoval metodologii nalezení parametrů piezomanipulátorů zabezpečujících jeho optimální funkci.
Navrhl a ověřil technologii přípravy kovových nanostruktur kombinací elektronové mikroskopie a žíhání vrstev za atmosferického tlaku.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení