Povrchy a tenké vrstvy (FSI-T1T-A)

Akademický rok 2023/2024
Garant: prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc.  
Garantující pracoviště: ÚFI všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: angličtina
Cíle předmětu:
V přednášce je věnována pozornost experimentálním metodám analýzy a měření vlastností povrchů. Cílem je seznámit uchazeče se základními trendy v bouřlivě se rozvíjejícím odvětví moderní fyziky.
Výstupy studia a kompetence:
Student po absolvování kursu získá přehled o základních jevech na povrchu pevné látky při tvorbě tenkých vrstev,
jakož i přehled o základních analytických metodách studia povrchů a tenkých vrstev.
Prerekvizity:
Atomová fyzika, fyzika pevných látek, kvantová fyzika, statistická fyzika a termodynamika, vakuová fyzika a technologie.
Obsah předmětu (anotace):
Přednáška je úvodním kursem série předmětů zabývajících se studiem fyzikální problematiky dvourozměrných struktur - povrchů a rozhraní a tenkých vrstev. Úvodní část přednášky je věnována problematice "čistých" povrchů: technologii přípravy povrchů a rozhraní, jejich morfologii a struktuře, stručnému popisu kmitů dvourozměrných mřížek a elektronové struktury povrchů. Následující část se zaměřuje na interakci povrchů (rozhraní) s okolním prostředím a odpovídající změny jejich fyzikálních vlastností: rozptyl částic na povrchu pevné látky, kinetiku a dynamiku elementárních procesů na povrchu (rozhraní) - adsorbci, difúzi, desorbci a odprašování. Závěrečná část přednášky pojednává o reakcích na povrchu pevných látek (heterogenní katalýza), mechanismech růstu tenkých vrstev, vlastnostech a aplikacích tenkých vrstev (s vyjímkou optických vlastností).
Metody vyučování:
Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny. Cvičení je zaměřeno na praktické zvládnutí látky probrané na přednáškách.
Způsob a kritéria hodnocení:
Cvičení, skládající se z jednotlivých panelů, připravených podle doporučené literatury samostatně studenty, jsou povinná. U zkoušky bude brán zřetel na výsledky cvičení, povolená je při přípravě literatura, ústní část probíhá formou diskuse nad přípravenou oblastí fyziky povrchů a rozhraní.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
Účast ve cvičení dle rozvrhu je kontrolována vyučujícím. Způsob náhrady zmeškané výuky stanoví vyučující.
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  13 × 2 hod. nepovinná                  
    Cvičení  13 × 2 hod. povinná                  
Osnova:
    Přednáška I. Fyzika dvourozměrných struktur (povrchů a rozhraní) a tenkých vrstev - definice a význam.
II. Příprava povrchů a rozhraní definovaných vlastností: Nutná podmínka - ultravakuum (UV), metody přípravy (štípání nebo lámání v UV, iontové bombardování a žíhání vzorku, napařování a molek. svazková epitaxe (MBE), epitaxe použitím chemických reakcí a jiné metody), kontrola kvality povrchu. III. Morfologie a struktura povrchů a přechodů: Povrchové napětí a makroskopický tvar, relaxace, rekonstrukce a defekty, fázové přechody, dvoudimenzionální mřížka, superstruktura a reciproká mřížka, strukturální modely pevná látka/rozhraní.
IV. Kmity dvourozměrných mřížek a elektronová struktura povrchů: Elementární excitace, Výstupní práce a metody jejího měření,
povrchové stavy a zahnutí pásů na povrchu/rozhraní.
V. Rozptyl na povrchu pevné látky: Kinematická teorie rozptylu na povrchu pevné látky a její aplikace pro LEED, dynamická teorie LEEDu a strukturální analýza, nepružný rozptyl na povrchu pevné látky, klasické přiblížení teorie rozptylu.
VI. Interakce povrchu/rozhraní s prostředím: Fyzisorbce, chemisorbce, 2D-fázové přechody, změna výstupní práce vlivem adsorbce, přenos energie na povrchu pevné látky, kinetika a dynamika elementárních procesů na povrchu - adsorbce, difúze, desorbce, odprašování.
VII. Povrchové reakce a růst tenkých vrstev: Katalýza, nukleace a růst tenkých vrstev, studium růstu vrstev in situ. Vlastnosti tenkých vrstev:
VIII. Mechanické vlastnosti, elektrické a magnetické vlastnosti, (optické
vlastnosti).
IX. Aplikace tenkých vrstev: Zdokonalování mechanických vlastností a ochrana materiálů, aplikace T.V. v elektronice a mikroelektronice, aplikace v optice, optoelektronice a integrované optice).
    Cvičení Panel I: AES, SIMS.
Panel II: EELS
Panel III: XPS/UPS
Panel IV: LEED/RHEED.
Panel V: RBS/LEIS.
Panel VI: Analýza založená na desorbci plynů z povrchu.
Panel VII: SEM a STM/AFM.
Panel VIII: SEXATS.
Literatura - základní:
1. LUTH, T.: Surface and Interfaces of Solids,
2. ZANGWILL, A.: Physics at Surfaces,
3. ECKERTOVÁ, L.: Elektronika povrchů,
Literatura - doporučená:
1. FELDMAN, L.C.: Fundamentals of the Surface Analysis,
2. ECKERTOVÁ, L.: Fyzika tenkých vrstev,
3. LUTH, T.: Surface and Interfaces of Solids,
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
N-FIN-P prezenční studium --- bez specializace -- zá,zk 6 Povinný 2 1 Z
N-ENG-Z příjezd na krátkodobý studijní pobyt --- bez specializace -- zá,zk 6 Doporučený kurs 2 1 Z