MERACIE METÓDY VO FYZIKE TUHÝCH LÁTOK Elektrické a optické meracie metódy Sk úška:

1. 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 semestra 70 percent – skúška

2. SYLABUS PREDNÁŠKYÚvod • Metódy merania elektrického odporu a mernej vodivosti • Jednosondová 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 obvodov • Prenos signálov a výkonu v elektrických systémoch, Zemnenie elektrických systémov, Elektrické a magnetické tienenie • Digitálne 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 vrstiev • Meranie implantačných profilov metódou rozptylového odporu • Meranie doby života τ a difúznej dĺžky L minoritných nosičov prúdu • Teoretický úvod, Meranie τ a L metódou fázovej kompenzácie, Elektrická impulzná metóda merania τ a L, Optická impulzná metóda pre τ a L • Meranie τ optickou metódou vo femtosekundovej oblasti. • Meranie nehomogenity kryštálov pomocou objemového fotoefektu • Ďalšie modulátory svetla (zdroje modulovaného svetla) • Meranie difúznej dĺžky minoritných nosičov prúdu metódou EBIC. Využitie metódy EBIC v mikroelektronike • Základy kapacitnej spektroskopie (DLTS) hlbokých hladín energie prímesí

3. Úvod do analytických metód Fyzika povrchov, ... 1. Rozdelenie analytických metód 1.1. Tunelová spektroskopia a mikroskopia1.2. Rastrovacie sondové mikroskopické metódy (AFM, MFM, LFM, ...)1.4. XPS, AES, GDS 2. Elektrónová mikroskopia, SEM, TEM2.3. LED 2.4. EDX2.1. EBIC

4. 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- 0261-8 2. H.Lűth, Solid Surfaces, Interfaces and Thin Films, Springer-Verlag, Berlin, 2001, pp.559. ISBN 3-540-42331-1 3. Surface analysis, Ed. J.C.Vickerman, John Willey & Sons, New York, 2004, pp.457. ISBN 0-471-97292-4 4. Springer Handbook of Nanotechnology, Ed. Bharat Bhushan, Springer-Verlag, Berlin, 2004, pp.1222. ISBN 3-540-01218-4 5. 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-X 10. Yip-Wah Chung, Surface Science and Spectroscopy, Academic Press, New York, 2001, pp. 186, ISBN 0-12-174610-0 11. Milton Ohring, The Material Science of Thin Films, Academic Press, New York, (1992) pp.704. ISBN 0-12-524990-X

5. 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.

6. MOLEKULOVÁ FYZIKA FYZIKA TUHÝCH LÁTOK OBJEMOVÉ VLASTNOSTÍ MATERIÁLOV REÁLNE POVRCHY TENKÉ VRSTVY ATÓMOVÉ ZOSKÚPENIA ELEKTROCHÉMIA POČÍTAČOVÉ SIMULÁCIE VÁKUOVÁ TECHNOLÓGIA OPTIKA NABITÝCH ZVÄZKOV DEPOZIČNÉ METÓDY Fyzika povrchov a interfejsov ANALYTICKÉ METÓDY SENZORIKA POLOVODIČOVÁ TECHNOLÓGIA A SÚČIASTKY KORÓZIA A OCHRANA POVRCHOV NANO - TECHNOLÓGIE BIOTECHNOLÓGIE BIOFYZIKA ŽIVOTNÉ PROST. Prečo práve povrchy a rozhrania? Nové trendy vo fyzike, chémii, medicíne, životné prostredie, ...

7. 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

8. Digital Micromirrors Device Optical Data Switching

9. Vznikajú nové nároky na výskum, ako aj kvalitu ...

10. SURFACE AND INTERFACE SCIENCE • Topografia • Chemické zloženie • Chemická štruktúra • Atómová štruktúra • Elektronický stav povrchu • Popis väzieb atómov a molekúl na povrchu • Žiadná 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. Silové pôsobenie – AFM, MFM, EFM, LFM, ...

11. AKRONYM AES Auger Electron Spectroscopy AFM Atomic Force Spectroscopy ARUPS Angle Resolved UPS ARAES Angle Resolved AES EELS Electron Energy Loss Spectroscopy ESCA/XPS Electron Analysis for Chemical Analysis/ X-ray Photoelectron Spectroscopy EXAFS Extended X-ray Absorption Fine Structure EFM Electrostatic Force Microscopy ILEED Inelastic Low Energy Electron Diffraction INS Ion Neutralization Spectroscopy IR Infra-Red Spectroscopy ISS Ion Scattering Spectrometry LEED Low Energy Diffraction LEIS Low Energy Ion Scattering MFM Magnetic Force Microscopy PCS Point Contact Spectroscopy RBS Rutherford Backscattering RHEED Reflection High Energy Electron Diffraction SEM Scanning Electron Microscopy SIMS Secondary Ion Mass Spectroscopy ST Tunneling Spectroscopy STM Scanning Tunneling Microscopy STS Scanning Electron Spectroscopy TEM Transmission Electron Microscopy UPS Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy

12. 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 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.

13. 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

14. Voľba metódy je potrebné zvážiť jednak aké informácie chceme získať, ako aj: citlivosť metódy pre daný materiál rozlišovaciu schopnosť možnosť kvantifikácie Sondovaciu hĺbku metódy Deštruktívnosť povrchu Pre komplexnú analýzu je potrebné aplikovať súbor analytických a mikroskopických metód.