Cílem této práce je zkoumat, popisovat a simulovat kontrast tak, jak se vyskytuje ve skenovacím elektronovém mikroskopu. Software Casino modeluje interakce elektronů se vzorkem generováním elektronových trajektorií pomocí Monte Carlo metody. Různé materiály jsou porovnávány a topografický kontrast je řešen simulací různých úhlů naklonění vzorku. Z vygenerovaných trajektorií byly vybrány zpětně odražené elektrony a jejich prostorové rozložení bylo vizualizováno ve formě 3D histogramu spolu s průměrnou energií v azimutových úhlech rozdělených do binů. Dále byl výstup filtrován akceptací detektoru, která je vysoce závislá na nastavení mikroskopu. Na základě výsledků byl vytvořen umělý obraz a porovnán se snímky získanými pomocí skenovacího elektronového mikroskopu díky spolupráci se společností Thermo Fisher Scientific. Nejprve byla použita sada jednoprvkových vzorků k popisu poklesu intenzity v závislosti na atomovém čísle. Poté byly pořízeny snímky vzorku cínových kuliček a jejich profil intenzity byl porovnán se simulovaným.
Anotace v angličtině
Examining, describing, and simulating contrast as it occurs in a scanning electron microscope is the goal of this study. Casino software models the electron-sample interactions by generating electron paths using the Monte Carlo approach. Different materials are compared and topographic contrast is addressed by simulating various tilt angles of the sample. From the generated trajectories, backscattered electrons were selected and their spatial distribution was visualized in a form of a 3D histogram together with average energy in azimuth angles divided into bins. Further, the output was filtered by detector acceptance, which is highly dependent on the setting of the microscope. Based on the results, an artificial image was generated and compared to the images obtained using a scanning electron microscope thanks to cooperation with Thermo Fisher Scientific company. Firstly, a set of single-element samples was used to describe the decrease in intensity depending on atomic number. Then images of tin balls sample were acquired and their intensity profile was compared to the simulated one. In the future, the study could be used as a tool to recreate microscope images with any defined setting of the microscope and any sample.
Klíčová slova
Elektronová mikroskopie, Skenovací elektronový mikroskop, Topografický a materiálový kontrast, Metoda Monte Carlo, Simulace obrazu
Klíčová slova v angličtině
Electron microscopy, Scanning electron microscope, Topographic and material contrast, Monte Carlo method, Image simulation
Rozsah průvodní práce
68
Jazyk
AN
Anotace
Cílem této práce je zkoumat, popisovat a simulovat kontrast tak, jak se vyskytuje ve skenovacím elektronovém mikroskopu. Software Casino modeluje interakce elektronů se vzorkem generováním elektronových trajektorií pomocí Monte Carlo metody. Různé materiály jsou porovnávány a topografický kontrast je řešen simulací různých úhlů naklonění vzorku. Z vygenerovaných trajektorií byly vybrány zpětně odražené elektrony a jejich prostorové rozložení bylo vizualizováno ve formě 3D histogramu spolu s průměrnou energií v azimutových úhlech rozdělených do binů. Dále byl výstup filtrován akceptací detektoru, která je vysoce závislá na nastavení mikroskopu. Na základě výsledků byl vytvořen umělý obraz a porovnán se snímky získanými pomocí skenovacího elektronového mikroskopu díky spolupráci se společností Thermo Fisher Scientific. Nejprve byla použita sada jednoprvkových vzorků k popisu poklesu intenzity v závislosti na atomovém čísle. Poté byly pořízeny snímky vzorku cínových kuliček a jejich profil intenzity byl porovnán se simulovaným.
Anotace v angličtině
Examining, describing, and simulating contrast as it occurs in a scanning electron microscope is the goal of this study. Casino software models the electron-sample interactions by generating electron paths using the Monte Carlo approach. Different materials are compared and topographic contrast is addressed by simulating various tilt angles of the sample. From the generated trajectories, backscattered electrons were selected and their spatial distribution was visualized in a form of a 3D histogram together with average energy in azimuth angles divided into bins. Further, the output was filtered by detector acceptance, which is highly dependent on the setting of the microscope. Based on the results, an artificial image was generated and compared to the images obtained using a scanning electron microscope thanks to cooperation with Thermo Fisher Scientific company. Firstly, a set of single-element samples was used to describe the decrease in intensity depending on atomic number. Then images of tin balls sample were acquired and their intensity profile was compared to the simulated one. In the future, the study could be used as a tool to recreate microscope images with any defined setting of the microscope and any sample.
Klíčová slova
Elektronová mikroskopie, Skenovací elektronový mikroskop, Topografický a materiálový kontrast, Metoda Monte Carlo, Simulace obrazu
Klíčová slova v angličtině
Electron microscopy, Scanning electron microscope, Topographic and material contrast, Monte Carlo method, Image simulation
Zásady pro vypracování
Rešerše literatury se zaměřením na popis interakce primárního elektronového svazku se vzorkem a metody detekce signálů, které při ní vznikají.
Popis materiálového a topografického kontrastu tvořeného signálem zpětně odražených elektronů.
Simulace materálového a topografického kontrastu za použití analytických a numerických metod. Následný postprocessing výsledků.
Provedení vhodných experimentů a srovnání s výsledky simulace. Analýza a postprocessing obrazu.
Vyhodnocení důsledků práce, diskuze dalšího vývoje simulačních technik a využití v praxi.
Zásady pro vypracování
Rešerše literatury se zaměřením na popis interakce primárního elektronového svazku se vzorkem a metody detekce signálů, které při ní vznikají.
Popis materiálového a topografického kontrastu tvořeného signálem zpětně odražených elektronů.
Simulace materálového a topografického kontrastu za použití analytických a numerických metod. Následný postprocessing výsledků.
Provedení vhodných experimentů a srovnání s výsledky simulace. Analýza a postprocessing obrazu.
Vyhodnocení důsledků práce, diskuze dalšího vývoje simulačních technik a využití v praxi.
Seznam doporučené literatury
Benjamin M. Georgin at all, Optimizing Image Contrast of Second Phases in Metal Alloys
L. Reimer, Scanning Electron Microscopy: Physics of Image Formation and Microanalysis
J. I. Goldstein, Scanning Electron Microscopy and X-Ray Microanalysis
Dále dle pokynů vedoucího.
Seznam doporučené literatury
Benjamin M. Georgin at all, Optimizing Image Contrast of Second Phases in Metal Alloys
L. Reimer, Scanning Electron Microscopy: Physics of Image Formation and Microanalysis
J. I. Goldstein, Scanning Electron Microscopy and X-Ray Microanalysis
Dále dle pokynů vedoucího.
Přílohy volně vložené
-
Přílohy vázané v práci
-
Převzato z knihovny
Ano
Plný text práce
Přílohy
Posudek(y) oponenta
Hodnocení vedoucího
Záznam průběhu obhajoby
Průběh obhajoby diplomové práce, 29. 8. 2023
Monika Macková, Bc.
Popis mechanismů kontrastu ve skenovacím elektronovém mikroskopu
Studentka seznámila komisi s hlavními cíli své práce, ve které simulovala a interpretovala vytváření obrazu ve skenovacím elektronovém mikroskopu, zabývala se modelováním popisu elektronů se vzorkem, věnovala se následnému zpracování dat a snažila se vysvětlit rozdíly mezi teoretickým modelem a experimentálními daty.
Vysvětlila základní principy optiky elektronů týkajících se primárního elektronového svazku a signálních elektronů spojených s elastickým a neelastickým rozptylem. K hlavním přínosům její práce patří Monte Carlo simulace náhodných trajektorií a výsledky týkající se závislosti materiálového kontrastu na použitém materiálu. Měření prováděla v laboratořích firmy Thermo Fisher Scientific. Během obhajoby zodpověděla všechny dotazy z posudku školitele a oponenta. V rámci rozpravy pak zodpověděla dotazy komise:
-Čím se liší pozorování elektronů rozptýlených na atomech zlata a hliníku?
- Jaké jsou analogie mezi kontrastem v elektronové mikroskopii a optice?
Hodnocení vedoucího: A
Hodnocení oponenta: A
Hodnocení komise: A