meracie metÓdy vo fyzike tuhÝch lÁtok elektrické a optické meracie metódy sk úška:
DESCRIPTION
MERACIE METÓDY VO FYZIKE TUHÝCH LÁTOK Elektrické a optické meracie metódy Sk úška: Každý deň počas skušobného obdobia zimného semestra. Prihlásenie (dohodnuť sa na termíne skúšky) sa na skúšku – najneskôr 3 dni pred plánovaným termínom. Hodnotenie: 30 percent – hodnotenie počas semestra - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
MERACIE METÓDY VO FYZIKE TUHÝCH LÁTOK
Elektrické a optické meracie metódy
Skúška:
Každý deň počas skušobného obdobia zimného semestra. Prihlásenie (dohodnuť sa na termíne skúšky) sa na skúšku – najneskôr 3 dni pred plánovaným termínom.
Hodnotenie:
30 percent – hodnotenie počas semestra70 percent – skúška
SYLABUS PREDNÁŠKY
ÚvodMetódy merania elektrického odporu a mernej vodivostiJednosondová metóda merania σ, Dvojsondová metóda merania σ, Štvorkontaktová metóda merania σ, Štvorsondová
merania σ.Vplyv šumov a porúch na elektrické merania a techniky ich redukcie.
Meranie signálov nanovoltových úrovní, Šumový faktor a jeho mearanie, Kaskádne zapojenie zosilovacích prvkov, pomer signal/šum, Definícia šumov v elektrických systémoch, Meranie šumu
Elektrické a magnetické vlastnosti obvodovPrenos signálov a výkonu v elektrických systémoch, Zemnenie elektrických systémov, Elektrické a magnetické
tienenieDigitálne obvody – šum a vyžarovanie, Metódy merania mernej elektrickej vodivosti σ a Hallovho javu (polovodičov, príp. kovov a supravodičov). Meranie σ a Hallovho javu 4 až 8 kontaktovou metódou, Určovanie typu vodovosti polovodiča (P, N) z
termoelektrického javu, Meranie σ a Hallovho javu metódou L.J. van der Pauwa, Meranie σ a Hallovho javu striedavým prúdom v konštantnom mag. poli, Meranie σ a Hallovho javu striedavým prúdom v v striedavom mag. Poli, Synchrotrónne detektory, Metóda L.J. van der Pauwa pre RH a σ pomocou nf. napätia s js. Predpätím, Meranie σ masívnych polovodičov a tenkých vrstiev pomocou rozptylového odporu
Meranie implantačných profilov metódou anodickej oxidácie a zleptavaním vrstievMeranie implantačných profilov metódou rozptylového odporu
Meranie doby života τ a difúznej dĺžky L minoritných nosičov prúduTeoretický úvod, Meranie τ a L metódou fázovej kompenzácie, Elektrická impulzná metóda merania τ a L, Optická
impulzná metóda pre τ a LMeranie τ optickou metódou vo femtosekundovej oblasti.Meranie nehomogenity kryštálov pomocou objemového fotoefektuĎalšie modulátory svetla (zdroje modulovaného svetla)Meranie difúznej dĺžky minoritných nosičov prúdu metódou EBIC. Využitie metódy EBIC v
mikroelektronikeZáklady kapacitnej spektroskopie (DLTS) hlbokých hladín energie prímesí
Úvod do analytických metód
Fyzika povrchov, ...
1. Rozdelenie analytických metód1.1. Tunelová spektroskopia a mikroskopia1.2. Rastrovacie sondové mikroskopické metódy (AFM, MFM, LFM, ...)1.4. XPS, AES, GDS2. Elektrónová mikroskopia, SEM, TEM2.3. LED 2.4. EDX2.1. EBIC
Zoznam literatúry k prednáške Meracie metódy FTL
Meracie metódy
J.Brož a kol., Základy fysikálních měření (I), SPN, Praha, 1967, pp.532.J.Brož a kol., Základy fysikálních měření (II)A, SPN, Praha, 1974, pp.295.J.Brož a kol., Základy fysikálních měření (II)B, SPN, Praha, 1974, pp.756. Ralph Morrison, Grounding and Schielding Techniques, 4th edition, John Willey&Sons, Inc., New York, 1998, pp. 201, ISBN 0-
471-24518-6.Henry W. Ott, Noise Reduction Techniques in Electronic Systems, 2nd edition, John Wiley & Sons, New York, 1988, pp.426,
ISBN 0-471-85068-3.J.Jelínek, Z.Málek, Kryogenní technika, SNTL, Praha, 1982, pp.354.V.Matuáš, Elektronické měžicí přistroje, SNTL/ALFA, Praha, 1981, pp.402.
Analytické metódy 1. Metódy analýzy povrchů – Elektronová spektroskopie, Ed. L.Eckertová, Academia Praha, 1990, pp.323. ISBN 80- 200-
0261-82. H.Lűth, Solid Surfaces, Interfaces and Thin Films, Springer-Verlag, Berlin, 2001, pp.559. ISBN 3-540-42331-13. Surface analysis, Ed. J.C.Vickerman, John Willey & Sons, New York, 2004, pp.457. ISBN 0-471-97292-44. Springer Handbook of Nanotechnology, Ed. Bharat Bhushan, Springer-Verlag, Berlin, 2004, pp.1222. ISBN 3- 540-
01218-45. E.L.Wolf: Principles of Electron Tunneling Spectroscopy, Oxford University Press, New York, 1989, pp.576.6. Scanning Tunneling Microscopy I, Eds. H.J.Guntherodt and R.Weisendanger, Springer-Verlag, Berlin, 1994, pp. 280.7. Scanning Tunneling Microscopy II, Eds. R.Weisendanger and H.J.Guntherodt, Springer-Verlag, Berlin, 1995, pp. 349.8. Scanning Tunneling Microscopy III, Eds. R.Weisendanger and H.J.Guntherodt, Springer-Verlag, Berlin, 1993, pp.
375.9. M.Ohring, The materials Science of Thin Films, Academic Press, New York, 1992, pp. 704, ISBN 0-12-524990-X10. Yip-Wah Chung, Surface Science and Spectroscopy, Academic Press, New York, 2001, pp. 186, ISBN 0-12-
174610-011. Milton Ohring, The Material Science of Thin Films, Academic Press, New York, (1992) pp.704. ISBN 0-12-524990-X
Čo je cieľom prednášky?Oboznámiť študentov s meracími a analytickými metódami používanými pri štúdiu tuhých látok, ich povrchov a rozhraní s inymi látkami.+ Praktické ukážky vybraných metód
Prečo meracie metódy?
Väčšina meraní fyzikálnych veličín sa v konečnom dôsledku zvrhne na meranie elektrických signálov a ich spracovanie. V súčasnosti je trend miniaturizácie senzorov a elektronických obvodov a s tým su spojené aj problémy merania veľmi malých signálov a eliminácie šumov.
Prečo práve povrchy a rozhrania?Nové trendy vo fyzike, chémii, medicíne, životné prostredie, ...
FYZIKA TUHÝCH LÁTOK
OBJEMOVÉ VLASTNOSTÍ MATERIÁLOV
REÁLNE POVRCHYTENKÉ VRSTVY
ATÓMOVÉ ZOSKÚPENIAELEKTROCHÉMIA
Fyzika povrchov a interfejsov
MOLEKULOVÁ FYZIKA
VÁKUOVÁ TECHNOLÓGIA
DEPOZIČNÉ METÓDY
SENZORIKA
POČÍTAČOVÉ SIMULÁCIE
OPTIKA NABITÝCH ZVÄZKOV
POLOVODIČOVÁ TECHNOLÓGIA A
SÚČIASTKY
ANALYTICKÉ METÓDY
KORÓZIA A OCHRANA POVRCHOV
NANO - TECHNOLÓGIE
BIOTECHNOLÓGIEBIOFYZIKA
ŽIVOTNÉ PROST.
Fyzika Mikro- a nanoštruktúry Senzorika (všetky typy senzorov integrované do mikročípov,...)Nanokompozitné materiály (samočistiace, antibakteriálne, ...)mezoskopická fyzika – nové javy, makroskopická fyzika neplatí)Integrovaná optika, optické zmiešavače a prepínače, polovodičové lasery, Optoelektronika pre THz pásmo, ...Plazmochemické procesy (plazmové obrazovky, emitory elektrónov, plazmové depozičné techniky tenkých vrstiev, plazmochemické leptanie mikro- a nanoštruktúr, ...)
MEMS – Micromechanical Electronic Systems
Digital Micromirrors Device Optical Data Switching
Vznikajú nové nároky na výskum, ako aj kvalitu ...
SURFACE AND INTERFACE SCIENCE1.Topografia2.Chemické zloženie3.Chemická štruktúra4.Atómová štruktúra5.Elektronický stav povrchu6.Popis väzieb atómov a molekúl na povrchuŽiadná z analytických metód nemôže dať komplexnú informáciu o skúmanom povrchu.
Delenie z rôzných hľadísk. Jedná z možností je delenie podľa typu dopadajúceho a detekovaného zväzku.Dopadajúci zväzokDetekovaný zväzok
FotónElektrón
FotónFotón
ElektrónElektrón
IónIón
NeutrónNeutrón
Informácia
Topografia SEMSTM
Chemické zloženie
ESCA/XPS
AES
Chemická štruktúra
ESCA/XPS
EXAFSIR&SFGEXAFS
EELS SIMS INS
Atómová štruktúra
XRD LEEDRHEED
ISS
Väzby EXAFSIR
EELS SIMS INS
Elektronická štruktúra
TSSTSPCS
Silové pôsobenie – AFM, MFM, EFM, LFM, ...
AKRONYM
AES Auger Electron SpectroscopyAFM Atomic Force SpectroscopyARUPS Angle Resolved UPSARAES Angle Resolved AESEELS Electron Energy Loss SpectroscopyESCA/XPS Electron Analysis for Chemical Analysis/ X-ray Photoelectron SpectroscopyEXAFS Extended X-ray Absorption Fine StructureEFM Electrostatic Force MicroscopyILEED Inelastic Low Energy Electron DiffractionINS Ion Neutralization SpectroscopyIR Infra-Red SpectroscopyISS Ion Scattering SpectrometryLEED Low Energy DiffractionLEIS Low Energy Ion ScatteringMFM Magnetic Force MicroscopyPCS Point Contact SpectroscopyRBS Rutherford BackscatteringRHEED Reflection High Energy Electron DiffractionSEM Scanning Electron MicroscopySIMS Secondary Ion Mass SpectroscopyST Tunneling SpectroscopySTM Scanning Tunneling MicroscopySTS Scanning Electron SpectroscopyTEM Transmission Electron MicroscopyUPS Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy
Koľko atómov je na povrchu?V 1 cm3 je asi 1023 atómov. Rozmer atómu je 0.1 ÷ 0.3 nm na 1 cm2 bude na povrchu asi 1013 atómov.
Hĺbka vniku častíc
Častica Energia [eV] Hĺbka [nm]Fotón 1000 1000Elektrón 1000 2Ión 1000 1
Koľko prímesových atómov ešte môžeme detekovať?
Napr. pri AES berieme signál z povrchu rádovo mikrometrov. Na tomto povrchu (1 cm2 = 108 μm2) je počet atómov asi 105 , resp. 106 v prvých desiatich atómových vrstvách.Ak chceme detekovať množstvo prímesových atómov na úrovni 1 % je nutné detekovať asi 104 atómov.
zvmp 22
kTvm23
21 2 vkTzp /6
Prečo potrebujeme vysoké vákum? Majme čistý povrch kovu, polovodiča a pod. v uzavretej komore jednotkového objemu a počítajme zrážky molekúl plynu so stenou komory na 1 cm2 za 1 sekundu.Počet zrážok z [cm-2s-1] bude daný tlakom p [torr] vzťahom:
Kde m je hmotnosť atómu, resp. molekuly plynu a <v> je jej stredná tepelná rýchlosť.Ak uvážime, že :
=>
Pre p = 10-6 torr, m(N2) = 28, T = 300 K je z = 3,84x1014 zrážok s povrchom/s.cm2, t.j. asi 0,4 monovrstvy za sekundu (za predpokladu, že každá molekula sa naviaže na povrch).
Pri tlaku p = 10-9 torr je to asi 1 hodina
Voľba metódy
je potrebné zvážiť jednak aké informácie chceme získať, ako aj:
citlivosť metódy pre daný materiálrozlišovaciu schopnosťmožnosť kvantifikácieSondovaciu hĺbku metódyDeštruktívnosť povrchu
Pre komplexnú analýzu je potrebné aplikovať súbor analytických a mikroskopických metód.