Struktura povrchů a tenkých vrstev - NFPL106

• Anglický název: Structure of Surfaces and Thin Films
• Zajišťuje: Katedra fyziky kondenzovaných látek (32-KFKL)
• Fakulta: Matematicko-fyzikální fakulta
• Platnost: od 2017
• Semestr: zimní
• E-Kredity: 3
• Rozsah, examinace: zimní s.:2/0, Zk [HT]
• Počet míst: neomezen
• Minimální obsazenost: neomezen
• 4EU+: ne
• Virtuální mobilita / počet míst pro virtuální mobilitu: ne
• Stav předmětu: vyučován
• Jazyk výuky: čeština, angličtina
• Způsob výuky: prezenční
• Způsob výuky: prezenční
• Garant: prof. RNDr. Radomír Kužel, CSc.
• Kategorizace předmětu: Fyzika > Fyzika pevných látek

Anotace

čeština

Poslední úprava: Mgr. Kateřina Mikšová (13.05.2019)

Krystalografie povrchů. Přehled metod; difrakce pomalých elektronů a rtg záření, rozptyl iontů a atomů, mikroskopické metody. Rtg strukturní analýza tenkých polykrystalických a monokrystalických vrstev. Pro 1. a 2. nmgr.

angličtina

Poslední úprava: T_KFES (23.05.2001)

Surface crystallography. Methods - LEED, scattering of ions and atoms (ISS, RBS, ...). Microscopic methods (FIM, STM, AFM ...). X-ray structure analysis of polycrystalline and single crystal thin films.

Podmínky zakončení předmětu

čeština

Poslední úprava: prof. RNDr. Václav Holý, CSc. (06.10.2017)

Zkouška se sestává z písemné a ústní části. Písemná část spočívá ve vyřešení velmi snadného problému, který nevyžaduje dlouhé počítání (max. 30 min). Ústní část navazuje na řešení zmíněného problému a trvá max. 45 min. Známka zkoušky se stanoví ze souhrnného hodnocení písemné a ústní části. Požadavky zkoušky odpovídají skutečně odpřednášené části sylabu.

angličtina

Poslední úprava: prof. RNDr. Radomír Kužel, CSc. (12.05.2022)

Oral and written examination. Written aprt consists of solution of simple problem non-requiring long calculation (max. 30 min). Oral part follows and it is usually about 45 min.

Literatura

Poslední úprava: RNDr. Pavel Zakouřil, Ph.D. (05.08.2002)

• např. Ludmila Eckertová : Physics of Thin Films. Plenum Press New York, London, SNTL Prague 1986

• Ludmila Eckertová : Metody analýzy povrchů (Experimentální metody fyziky pevných látek, svazek 4), Katedra fyziky kovů, Praha 1982

• K.N.Tu a kol. : Analytical Techniques for Thin Films New York 1986

• H.Oeschner : Thin Films and Depth Profile Analysis. Springer Verlag 1984

• K.H.Rieder : \"Experimental Methods for Determining Surface Structures and Surface Corrugations\" v Topics in Current Physics vol.41 - \"Structure and Dynamics Of Surface I\"

• D.P.Wooduff, T.A.Delchar : Modern Techniques of Surface Science (1986) Cambridge University Press

• Surface Crystallography (1985). John Wiley & Sons

• M.A. van Hove, S.Y.Tong : Surface Crystallography by LEED (1979) Springer

• Springer Series in Chemical Physics vol.35 \" Chemistry and Physics of Solid Surfaces - V.\" Springer 1984

• A.M.Afanasjev, P.A.Alexandrov, R.M.Imamov : Rentgenodifrakcionnaja diagnostika submikronnych slojev. (1989) Nauka. Moskva

články v časopisechu a kol. : Analytical Techniques for Thin Films New York 1986

• H.Oeschner : Thin Films and Depth Profile Analysis. Springer Verlag 1984

• K.H.Rieder : \"Experimental Methods for Determining Surface Structures and Surface Corrugations\" v Topics in Current Physics vol.41 - \"Structure and Dynamics Of Surface I\"

• D.P.Wooduff, T.A.Delchar : Modern Techniques of Surface Science (1986) Cambridge University Press

• Surface Crystallography (1985). John Wiley & Sons

• M.A. van Hove, S.Y.Tong : Surface Crystallography by LEED (1979) Springer

• Springer Series in Chemical Physics vol.35 \" Chemistry and Physics of Solid Surfaces - V.\" Springer 1984

• A.M.Afanasjev, P.A.Alexandrov, R.M.Imamov : Rentgenodifrakcionnaja diagnostika submikronnych slojev. (1989) Nauka. Moskva

články v časopisech

Požadavky ke zkoušce

Poslední úprava: prof. RNDr. Václav Holý, CSc. (06.10.2017)

Požadavky zkoušky odpovídají skutečně odpřednášené části sylabu.

Sylabus

čeština

Poslední úprava: T_KFES (26.05.2003)

A. Struktura povrchů

Význam studia povrchů, povrchová relaxace a rekonstrukce, dvojrozměrné Bravaisovy mříže, Woodovo značení, maticové značení, nerovinné povrchy (schody a fazety), povrchové struktury, difrakce na povrchu (dvojrozměrné mříži), Ewaldova konstrukce, popis difrakčních svazků.

B. Metody studia struktury povrchů a tenkých vrstev

Metody přípravy čistých povrchů pro experimenty.

1. Difrakce elektronů a pozitronů.

LEED - základní charakteristiky a princip, experimentální uspořádání, rozptyl elektronů krystalem; mnohonásobný rozptyl, poruchy na povrchu, schody, fázové přechody. Teplotní efekty a dynamika povrchů (Debyeův-Wallerův faktor, anizotropie). MEED, RHEED a LEPD - principy a užití.

2. Rozptyl atomů a iontů.

Difrakce atomů -interakce atomů s povrchem, experimentální zařízení, aplikace (rozdělení nábojové hustoty, chemisorpce vodíku, rekonstrukce, povrchy izolantů, nesouměřitelné vrstvy). Rozptyl iontů (ISS) - LEIS, MEIS, HEIS (RBS) (princip, intenzita píků, studium výchylek atomů, rekonstruovaný a relaxovaný povrch, adsorbáty, čisté povrchy, rozhraní, epitaxe, povrchové tání).

3. Spektroskopické metody.

- UPS, XPS, AES; strukturní informace. - SEXAFS a NEXAFS (princip metod, možnost studia lokální struktury na neuspořádaných látkách, studium vazeb a orientací adsorbovaných; molekul, koordinační čísla; atomová a molekulová chemisorpce, struktura rozhraní pevná látka-vrstva).

4. Některé další metody (ESDIAD, TSD, HREELS, ...).

5. Mikroskopie povrchů.

- FEM (princip, tunelový jev, experimentální zařízení, rozlišení, užití) - FIM (princip, přístroj, rozlišení, obrazy atomů a poruch) - STM, AFM a další varianty (objev a vývoj, princip, režimy měření, rozlišení, experimentální výsledky) - HRTEM (základní odlišnosti od konvenční TEM)

6. Rozptyl rentgenového záření.

Dvoj- a trojkrystalová difraktometrie (základy difrakce v dokonalých krystalech epitaxní vrstvy - pnutí, složení, hloubkové profily). Metody tečného dopadu - glancing angle (totální odraz, amorfní velmi tenké vrstvy na povrchu, implantované vrstvy, povrchy), GID (grazing incidence diffraction). Metoda stojatých vln (sekundární jevy při absorpci rtg záření, registrace fotoelektronů, fotoemise, fluorescence, Comptonův a teplotní difúzní rozptyl). Studium polykrystalických vrstev - strukturní zvláštnosti tenkých vrstev, mechanické vlastnosti, konvenční prášková difraktometrie (fázová analýza, mřížové parametry, textury, mikrodeformace, velikosti krystalitů), měření zbytkových napětí. Difrakce při nízkých úhlech. Příklady, nitridové vrstvy.

angličtina

Poslední úprava: T_KFES (26.05.2003)

A. SURFACE STRUCTURE

Importance of surface structure study. Surface relaxation and reconstruction. 2D Bravais lattices. Wood´s notation. Matrix notation. Steps and facets. Surface structures. Diffraction on 2D lattice. Ewald construction. Diffracting beam description.

B. METHODS OF STUDY OF SURFACE STRUCTURES AND THIN FILMS

Methods of clean surface preparation.

1. Diffraction of electrons and positrons.

LEED - basic characteristics and principle, experimental setup, electron scattering in crystal, mutliple scattering, surface lattice defects, phase transitions.

Thermal vibrations. Debye-Waller factors. Anisotropic vibrations.

MEED, RHEED, LEPD - principles and applications.

2. Scattering of atoms and ions.

Diffraction of atoms - interaction of atoms with surface, experimental setup, applications (charge density distribution, hydrogen chemisorption, reconstruction, surfaces of insulators, incommensurate structures)

Ion scattering (ISS) - LEIS, MEIS, HEIS (RBS). Principles, peak intensity, study of atomic displacements, reconstructed and relaxed surface, adsorbates, interfaces, surface melting)

3. Spectroscopic methods

• UPS, XPS, AES (structure information)

• SEXAFS, NEXAFS Principles, study of local structure in disordered materials, study of bonding and orientation of adsorbed molecules, coordination numbers, chemisorption, interface solid-thin film).

4. Some other methods (ESDIAD, TSD, HREELS, ...)

5. Microscopy of surfaces

• FEM (principle, tunneling, experimental setup, resolution, applications

• FIM (principle, setup, resolution, atomic imaging)

• STM (discovery, development, principle, modes of measurement, resolution, setup, applications)

• HRTEM (basic differences from conventional TEM)

6. X-ray diffraction

Double- and triple crystal diffractometry (diffraction in perfect crystals, epitaxial layers - strains, composition, depth profiling)

Glancing angle diffraction - total reflection, amorphous thin films, implanted films, surfaces. GID - grazin angle diffraction.

Standing-wave method (secondary radiation, registration of photoelectrons, fotoemission, fluorescence, Compton scattering)

Study of polycrystalline thin films. Structural pecularities of thin films, mechanical properties. Conventional powder diffraction (pahse analysis, texture, stress, strain, crystallite size). Stress determination. Low-angle diffraction. Examples, hard coatings.