Igazgató: Prof. BÁRSONY István DSc, H-1525 Budapest, Konkoly-Thege M. út 29-33, Tel.:+361-3922225, Fax:+361-3922226

MFA Nyári Iskola Középiskolásoknak

A jelentkezéssel kapcsolatos információk ITT.

dr. RADNÓCZI György Zoltán #06B - NAPELEMES MINTÁK ELEKTRONMIKROSZKÓPOS VIZSGÁLATA TEM-mel - személyes HONLAP
Témavezető: dr. RADNÓCZI György Zoltán, Tel.:392-2222-1755, Épület:26, Szoba:124, E-mail:gy.radn@mfa.kfki.hu, GEarth:(KFKI_26)

"Isten teremtette ezt a világot a maga gazdag változatosságával és bámulatos rendjével, és mert ez a világ szép, és szépsége annál elragadóbb képekben tárul fel szemeink előtt, minél behatóbban vizsgáljuk részleteiben, azért az emberi észnek nem lehet nagyobb gyönyörűsége e földön, mint a természet jelenségeinek ez a részletes kutatása."

(Eötvös Loránd: Jedlik Ányosról, forrás: Magyar Elektronikus Könyvtár)



Az emberiség, főleg a természettudósok mindig nagyon kíváncsiak voltak. A kíváncsiság kielégítésének egyik legkézenfekvőbb módja a szabad szemmel nem látható dolgok láthatóvá tétele. Távoli tárgyak, égitestek megfigyeléséhez távcsövet készítettek, a parányi dolgokat pedig nagyítóval és optikai mikroszkópokkal nézték nagyjából a 16. század végétől.

Az egyre kisebb részletek megfigyeléséhez már nem volt elegendő a fénymikroszkópok felbontóképessége (néhány tized mikron) így más megoldások után kellett nézni. Az egyik ilyen megoldás (a pásztázó szondás mikroszkópok mellett) a transzmissziós elektronmikroszkóp, melyben elektronsugárral világítjuk át a mintánkat. A néhány százezer voltos gyorsítófeszültséggel gyorsított elektronok hullámhossza nagyságrendekkel kisebb a fény hullámhosszánál (látható fény kb. 400-800 nm), így elméletileg sokkal jobb felbontást érhetünk el vele. A mai legjobb mikroszkópok akár 0,1 nanométernél is jobb felbontásúak, ami éppen elég atomi méretű részletek megfigyeléséhez. Az elektronok hullámhossza ennél jobb felbontást is lehetővé tenne, de az elektronnyaláb eltérítéséhez használt mágneses lencsék hibái miatt nem tudunk jobb felbontást elérni.
JEOL gyártmányú TEM
1. ábra. JEOL gyártmányű TEM.

A transzmissziós elektronmikroszkóp (1. ábra.) sok tekintetben hasonlít egy olyan optikai mikroszkópra, amelyben átvilágítjuk a mintát, de vannak lényeges különbségek is.

Az elektronok könnyű, kicsi, de eléggé erősen kölcsönható részecskék, gyakorlatilag mindenben elnyelődnek. Emiatt csak nagyon vékony mintát (20-100 nm) tudunk átvilágítani egy elektronnyalábbal. Hasonló okokból az elektronoknak vákuumban kell haladniuk, levegőben legfeljebb néhány cm megtétele után teljesen elnyelődne a nyaláb. A nagy nagyítások (néhány százezerszeres) miatt mechanikailag stabil konstrukcióra van szükség, hiszen a legkisebb rezgést is akkorára nagyítja a mikroszkóp, hogy az lehetetlenné teheti a minta megfigyelését.
röntgensugárzás veszély
2. ábra. A TEM használata közben röntgensugárzás is keletkezik.

A stabilitást szerencsésen segíti a nagy tömegű ólom árnyékolás, amellyel sugárvédelmi okokból körbeveszik a mikroszkópokat (2. ábra). Az elektronok felgyorsításakor és a lefékeződésükkor is röntgensugárzás keletkezik. A vékony mintán a legtöbb elektron úgy halad át, hogy alig lép kölcsönhatásba a minta atomjaival, de előfordul, hogy az elektronok gerjesztik a minta atomjait. Amikor ezek az atomok visszatérnek alapállapotba, akkor az esetek egy részében kibocsájtanak egy röntgen fotont. Ezeket a fotonokat detektálva kémiai információt nyerhetünk a mintánk egy általunk kiválasztott, igen kis darabjáról (pl 10000 db atomról).




polikristályos AlN réteg diffrakciós képe
3. ábra. Textúrált polikristályos AlN réteg és egykristály Si mintán készített diffrakciós kép.

Philips CM20 TEM
4. ábra. Philips gyártmányú CM20-as TEM.


Az elektronmikroszkóp leképezőrendszere az elektromágneses lencséknek köszönhetően könnyen áthangolható különböző nagyításokra, és üzemmódokra. Kép helyett rögzíthetjük a mintán eltérült (diffraktált) elektronok haladási irányát is, azaz készíthetünk elektron-diffrakciós felvételt is (3. ábra).

A gyakorlat során egy napelemfejlesztésben előállított nanoszerkezeten mutatjuk be a mikroszkópunk (Philips CM20, 4. ábra) működését. Megfigyelünk 10-100 nm-es méretskálán felépített szerkezeteket, közben megismerkedünk a mikroszkóp működésével, üzemmódjaival, a hétköznapi fényképezés analógiájára kipróbáljuk a különböző leképezési feltételeket. Bemutatjuk a vékony minták előállításának módjait is és végzünk vákuumtechnikai kísérleteket is.







FELADAT: Napelem fejlesztésben (RODSOL) előállított mintán mikroszkópos felvételek készítése a CM20-as transzmissziós elektronmikroszkópon, utána a felvételek kiértékelése.

A jelentkező megismerkedik majd a mikroszkópia alapjaival, a mintapreparálás módozataival és a vékonyréteg és nanoszerkezetek előállításának technikáival is. A témavezető felügyelete mellett felvételeket is készít transzmissziós elektronmikroszkópon, majd ezeket ki is értékeli.

ELŐTANULMÁNYOK: Szerencsés, ha a jelentkező tanult már szögfüggvényekről, domború lencsék leképezéséről, a Bragg-egyenletről, esetleg jól tud fényképezni hagyományos tükörreflexes géppel, de ezen ismeretek hiánya sem zárja ki a jelentkezést és a feladat eredményes végrehajtását.

MEGJEGYZÉS: Szívesen segítünk további információval is, esetleg a felkészülést segítő olvasnivalóval E-mail-ben történő megkeresésre.




ELÉRHETŐSÉGEK:
Témavezető: dr. RADNÓCZI György Zoltán, Tel.:392-1755, Bp. XII. Konkoly-Thege M. út 29-33, Épület:26, Szoba:124, E-mail:gy.radn@mfa.kfki.hu, GEarth:(KFKI_26)

Utolsó frissítés: Wed, 28 Oct 2015 19:12:15 GMT, Számláló: