DANĚK, L. Reliéfní difraktivní struktury pro optické elementy realizované pomocí elektronové litografie [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií. 2009.
Po skončení magisterského studia v roce 2002 byl student Ing. Lukáš Daněk přijat na doktorské studium na FEKT VUT v Brně do studijního programu "Elektrotechnika, elektronika, komunikační a řídící technika" v oboru "Mikroelektronika a technologie". Absolvoval požadované vzdělávací kurzy a podílel se na výuce v předmětech bakalářského resp. magisterského studia. V roce 2004 složil státní doktorskou zkoušku. Zaměření práce je významně interdisciplinární a zahrnuje zejména tyto 4 obory: - elektronové svazkové systémy (elektronový litograf s tvarovaným svazkem) a technologie elektronové litografie (zejména "reliéfní", tedy taková, kdy výsledný reliéf je vytvořen v tenké vrstvě elektronového rezistu) - fotonika a difraktivní optika, fourierovské a fresnelovské struktury - ochranné prvky pro zabezpečení dokumentů - softwarové inženýrství Student Ing. Lukáš Daněk se různou měrou podílel na řešení následujících projektů: projekt GAAV S2065014 "Reliéfní submikronové difraktivní struktury" (řešeno v letech 2000-2002), projekt GAČR 102/05/2325 "Elektronová litografie pro přípravu nanostruktur" (řešeno v letech 2005 2006), výzkumný záměr ÚPT AV ČR "Rozvoj experimentálních metod studia fyzikálních vlastností hmoty a jejich aplikací v pokročilých technologiích" AV0 Z20650511 (1999 2003 a 2004 dosud), interní vědecké projekty ÚPT "Difraktivní optické struktury" otevřené v rámci smlouvy o spolupráci (1996 2008) mezi ÚPT AV ČR (od 1. 1. 2007 ÚPT AV ČR v.v.i.) a Czech Holography s.r.o. (od roku 2000 Optaglio s.r.o.). V průběhu studia působil Ing. Lukáš Daněk u následujících subjektů: 2002-2005 ÚPT AV ČR, Královoplská 147, 612 64 Brno, www.isibrno.cz, 2002 2005 FEKT VUT v Brně, ústav mikroelektroniky, doktorand (prezenční forma studia), 2003 6 ti měsíční stáž zprostředkovaná VUT v Brně u "Corrosion Center, Manchester", 2002 2006 Optaglio s.r.o., Řež 199, 250 68 Husinec Řež, www.optaglio.cz, 2007 2008 bez přímého vztahu s výše zmíněnými subjekty. V Brně, 29. 1. 2009 doc. Ing. Vladimír Kolařík, Ph.D. ÚPT AV ČR v.v.i.
Doc . Ing. František Urban, CSc. Vysoké učení technické v Brně Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Ústav mikroelektroniky Údolní 53, 602 00 Brno Posudek doktorské disertační práce Doktorand: Ing. Lukáš Daněk Název práce: Reliéfní difraktivní struktury pro optické elementy realizované pomocí elektronové litografie Oponent: Doc. Ing. František Urban, CSc. Předložená disertační práce se zabývá významnou tématikou procesů realizace reliéfních optických difraktivních struktur. Rozsah práce je 67 stran včetně příloh. Práce je členěna do deseti kapitol různé délky a závažnosti. Práce obsahuje 50 odkazů na literaturu. K práci jsem zaujal níže uvedené stanovisko. a) Aktuálnost zvoleného tématu Problematika přípravy optických výpočetně generovaných difraktivních prvků je aktuální zejména s rostoucími výkony výpočetních systémů, které umožňují modelovat, navrhovat a výrobně optimalizovat komplexní optické prvky založené na jevech interference a difrakce v koherentním i polychromatickém světle. Úzkým místem v oblasti vytváření plošných výpočtem generovaných prvků jsou stále technologické procesy jejich přípravy. Elektronová litografie, jako jedna z užívaných možností navozuje řadu dílčích problémů, jejichž řešení si vyžádaly různorodé kvalitativní požadavky na výsledné produkty. Tyto problémy jsou ve většině multidisciplinární, vážou vzájemně otázky vlnové optiky, techniky interakce elektronových svazků s látkou a softwarové inženýrství. Hlavní téma doktorské práce, zdokonalení výpočetní generace difrakčních členů zohledňující reálné dosažitelné vlastnosti použité technologie výroby prvků se rozpadá do několika dílčích částí, zohledňující specifické typy difrakčních členů a jejich aplikací. Zvolené téma má disertabilní charakter, plně odpovídá moderním trendům v oboru doktorského studia a přispívá k dalšímu rozvoji přípravy a aplikací plošných optických difraktivních prvků. b) Splnění cíle disertace Předložená práce se zabývá optimalizací postupů pro přípravu expozičních dat k výrobě plošných difraktivních struktur různých typů a účelu pro komplex elektronového litografu BS 600. Práce zahrnuje optimalizaci expozičních algoritmů pro jednodušší difrakční prvky i specifická řešení a úpravy návrhu a počítačové generace struktur pro realizaci difrakčních elementů s obecnými strukturami, strukturami s velkými plochami a difrakčních elementů se specifickými aplikačními vlastnostmi. Jistou specifickou částí práce, ale jistě velmi významnou pro dosažení uspokojivých výsledků, je oddíl řešící problematiku kalibrace expozičních polí litografu a dělení expozičních obrazů na expoziční pole z pohledů minimalizace nepříznivých dopadů mechanických pojezdů expozičního stolu při realizaci velkoplošných struktur. Cíle práce vychází z výše uvedeného celkového úkolu zdokonalení výpočetní generace difrakčních členů a byly definovány v předložené práci na str. 11 a 12 do šesti oblastí: - vytvoření generátoru pravidelných difrakčních mřížek, - vytvoření generátoru rozložení difrakčních mřížek na ploše - návrh algoritmů pro vytváření obecných nepravidelných difrakčních struktur, - generování dat pro zonální struktury - rychlý proces kalibrace vychylovacího pole - dělení grafických motivů na části obecných tvarů. Cíle byly formulovány s ohledem na aktuální a perspektivní potřeby rozvoje aplikací struktur a představují bezprostřední přínos pro praxi a rozvíjí vědní obor. Práce v kap. 4 až 7 popisuje vlastní řešení, každá kapitola uvozuje stručnou teoretickou statí problematiku, zmiňuje stávající situaci a problémy, které se řeší. c) Metody zpracování,výsledky disertační práce a nové poznatky Z rozsahu problematiky a z objemu prací k jejímu řešení nezbytnému je zřejmé, že se Ing. Daněk zabýval tématem disertační práce dlouhodobě, a velmi podrobně. K řešení práce se doktorand musel seznámit s množstvím informací technického a teoretického rázu a získat zkušenosti se stavem a vlastnostmi složitého technologického komplexu jakým je elektronový litograf a zařízení souvisejících technologických operací. Doktorand využil metod vědecké práce - iterativní proces zahrnující analýzu současného stavu, návrhu řešení, výpočtové modelování a simulace, technologické realizace a experimentální ověření. Organizační schopnosti prokázal zejména při programátorských pracích a experimentálním ověřování výsledků. Jeho přínosy jsou zřetelné v oblasti numerické matematiky a rozvoji aplikací syntetických hologramů a difraktivní optiky. Uvedené přínosy korespondují s vytyčenými cíly. Vyjádření k publikacím doktoranda Na straně 64 je v seznamu literatury uvedeno 7 publikací, kde je Ing. Daněk autorem či spoluautorem. Jde o příspěvky na mezinárodních konferencích, výzkumné zprávy, článek v odborném periodiku a spoluúčast na přihlášce patentu. Ve většině případů dle názvu příspěvku usuzuji, že se týkají problematiky související s disertační prací, takže konstatuji, že výsledky disertační práce byly dostatečně publikovány. Vyjádření k formální úpravě disertační práce Formální stránka práce, vyjadřování, obsah a stavby jednotlivých statí práce byly hlavní překážkou v porozumění obsahu a rozsahu práce a dopracování se celkového hodnocení. Práce obsahuje mnohá nepřesná a technicky nesprávná tvrzení, řadu chyb zjevně způsobených překlepy a hojně mluvnických chyb, které zhoršují srozumitelnost a někdy zcela znehodnocují text. Podrobný výčet těchto prohřešků by znásobil rozsah tohoto hodnocení. V poskytnutém textu práce, který přikládám k mému hodnocení, jsou mé výtky značeny číslovanými glosami od (1) do (37). Až zábavně působí mluvnické chyby v nadpisu (čl. 5.2). Autorovy výrazové prostředky se mu mnohde vymykají z rukou a výsledné formulace významně zamlžují a zkreslují pravděpodobný autorův záměr. Formulacím, kdy text nutí čtenáře dedukovat co chtěl autor skutečně říci, je velmi obtížné porozumět bez hlubokých znalostí konkrétních řešených problémů. Čtenář např. nezjistí co měl autor na mysli pojmem "otočená mřížka" a získá pochybnost o tom zda autor chápe pojem "topologie" stejně jako odborná veřejnost (str. 14). Autorova schopnost technického vyjádření myšlenky či popisu reality je nízká. Nízkou míru koncentrace autora v textu na vytyčený problém a povážlivě potlačený analytický přístup mohu tolerovat jen s přihlédnutím k těžkostem interdisciplinární povahy práce. Skutečné perly zmatečnosti autorova vyjadřovacího stylu jsem nalezl na str. 20, (glosa 15) a str. 27, (glosa 17). Používání trpného rodu v celé práci s několika výjimkami, kdy je použit plurál, vyvolává pochybnosti o tom, jde-li v práci o popis již známých přístupů předchůdců nebo o vlastní vklad řešitele. Z kontextu a podle mého odborného odhadu jde o jedno i druhé. Popis dílčích prací, kdy většinou chybí logické vazby, zdůvodnění postupů a objasnění příčin či motivací vedoucích k přijatým řešením, ztrácí vypovídací schopnost a působí dezintegračně. Kladnou výjimkou z popsaného je kapitola 6 a článek 7.1, kde jsou relativně kompaktně a zřetelně uvedeny postupy a přínosy autora v oblasti kalibrace a dělení expozičních polí. Celkově ke grafické a textové stránce; doktorand vytvořil práci podprůměrně srozumitelnou, poněkud roztříštěnou, s řadou nesrovnalostí. Autor také málo pečlivě pracoval s výsledným textem a propustil mnohé chyby a zmatečné formulace. d) Význam pro praxi nebo rozvoj vědního oboru Výsledky práce autora mají zřejmé přímé praktické uplatnění jak ve vývoji, tak v praxi. Z hlediska teorie přinesl disertant podněty pro další práce v oblasti realizace počítačově generovaných optických difrakčních elementů. e) Shrnutí Z indicií v textu a z vlastního odhadu založeného na jisté míře znalostí a informací z řešené problematiky jsem došel k závěru, že objem i kvalita výzkumných a experimentálních prací skutečně odvedených autorem je slušná a prokázala dostatečně schopnosti doktoranda řešit komplexní úkoly aplikovaného výzkumu. Shledal jsem také, že schopnost prezentovat postupy a výsledky jeho práce a formální stránka předloženého textu jsou nízké a v některých statích se dostaly až k samé hranici mé tolerance. Z předložených materiálů nicméně vyplývá, že se doktorand uvedenou problematikou zabýval velmi podrobně. Disertant při řešení práce musel navázat na řadu předchozích kroků a vyrovnávat se s poznáváním stavu a chování složitého technologického zařízení. Jeho vlastní podíl na původnosti uvedených řešení je zřetelný. Přes mé vážné výhrady ke stylu předloženého textu konstatuji, že závěry uvedené v práci mají nesporný význam při rozvoji aplikací optických difrakčních struktur. Disertace splňuje podmínky samostatné tvůrčí vědecké práce a obsahuje původní výsledky, které byly průběžně publikovány. Práce splňuje podmínky dané §47, odst. 4 zákona č. 111/98 Sb. Proto doporučuji disertační práci Ing. Daňka k obhajobě. Dotazy a připomínky 1) Čl. 4.5 jak lze řídit difrakční účinnost binární mřížky střídou profilu? Proč tato možnost není v práci zmíněna? 2) Str. 27. Citujte celý třetí odstavec a vysvětlete co znamená, že "amplitudy komplexních čísel na straně reliéfu nejsou realizovány" 3) Čl 5.1.1. Vysvětlete blíže důvod pro úpravy vzorových obrazů pro převod. 4) str 40, 2. odst. shora. Citujte první větu. Vysvětlete blíže jak lze odvodit tvar difraktogramu zonálních struktur z mateční fázové plochy. Vysvětlete vlnové chování zonálních struktur vzhledem k chování spojitého fázového transparentu Brno, 6. 11. 2009 …………………………………… Oponent František Urban
VUT v Brně, děkanát FEKT, vědecké odd. Údolní 53 602 00 Brno Věc: Posudek disertační práce Autor: Ing. Lukáš Daněk Název: Reliéfní difraktivní struktury pro optické elementy realizované pomocí elektronové litografie. Celková charakteristika práce Předložená dizertační práce se zabývá vývojem softwarových prostředků umožňujících přípravu difraktivních struktur pomocí elektronové litografie realizované přístrojem vyvinutým na ústavu přístrojové techniky AVČR. Tento přístroj pracuje s pravoúhle tvarovaným svazkem elektronů, pro přípravu složitějších struktur je tedy nutné požadované obrazce vhodným způsobem upravit, což je obsahem práce. Řešená problematika byla v souvislosti s využíváním elektronového litografu pro účely průmyslové holografie nejen velmi aktuálním tématem, ale svým způsobem i tématem jedinečným. Doktorand svým přístupem prokázal schopnosti samostatně řešit složitou problematiku na úrovni výzkumu a vývoje, zejména v oblasti vývoje algoritmů a programování obecně. Disertace splnila cíle stanovené v kapitole 3, které zahrnovaly celkem šest samostatných dílčích problematik týkajících se generace difrakčních mřížek požadovaných vlastností, řešení kombinace různých difrakčních mřížek v jednom místě plochy s ohledem na co největší výslednou difrakční účinnost, řešení generování obecných difrakčních optických struktur, řešení generování dat pro zonální difrakční struktury, řešení rychlé a co nejpřesnější kalibrace vychylovacího pole litografu a konečně řešení dělení velkoplošných grafických motivů na části obecných tvarů expozičního pole litografu. Výsledků doktoranda bylo prakticky využito při realizaci struktur v průmyslové praxi. Je třeba zdůraznit, že ač je téma práce vysoce aktuální a výsledky bezesporu zajímavé, jejich prezentace je velmi stručná a opomíjející mnohé detaily, počínaje velmi stručným uvedením do celkové problematiky, chybějící nebo velmi stručnou motivací pro výrobu konkrétně zmiňovaných struktur a konče prezentací vyvinutých algoritmů jen na úrovni věcného popisu jejich výsledků. Tento fakt je patrně do velké míry dán praktickým zaměřením práce (včetně patentování). Na druhou stranu, pro splnění požadavků na získání titulu Ph.D. bych považoval za podstatné nejen dosáhnout vědecky hodnotných výsledků, ale také je vhodným způsobem prezentovat. Považoval bych proto za vhodné, aby se doktorand při obhajobě vyjádřil k následujícím otázkám a alespoň touto formou chybějící údaje doplnil: - Bylo by možné srovnat možnosti elektronové litografie v studovaných aplikacích s jinými metodami? Jaké jsou hlavní aplikace popisovaných dílčích technologií? Jaké jsou požadavky průmyslu (rychlost, přesnost, opakovatelnost)? - V odstavcích popisujících kombinaci větších počtů difrakčních mřížek je diskutována otázka návaznosti mřížek, chybí však kvantitativní výsledky (ne snad z pohledu pozorovatele, což je pochopitelně subjektivní jak je zmíněno, ale z nějakého objektivního testu). Jaká je výsledná přesnost navázání motivů, velikost mezery mezi sousedními motivy nebo statistické rozdělení těchto parametrů? Dá se srovnat stav v tomto směru před a po řešení výzkumného úkolu? - Je možné blíže popsat algoritmus pro generování zonálních struktur (odst. 6.2)? V práci jsou uvedeny pouze vstupní požadavky na algoritmus a ukázka jednoho z výsledků, chybí podrobnější popis autorova vkladu. - Při popisu kalibrace litografu je nastíněna metoda analýzy obrazu a postup kalibrace. Postrádám však konkrétní výsledky (i kdyby měly být platné jen pro jeden konkrétní experiment). Jaké jsou metrologické parametry litografu a jak nově použitá metoda tyto přispívá k zpřesnění kalibračních konstant? Jak jsou parametry přístroje stabilní v čase? Plnění požadavků kladených na disertační práci Předložená disertační práce je zpracována podle odstavce 1a článku 41 Studijního a zkušebního řádu VUT v Brně. - Přehled o současném stavu je uveden v kapitole 2. Z pohledu elektronové litografie je poměrně stručný a popis současného stavu se omezuje na současný stav techniky na pracovišti. - Cíl disertační práce je uveden v kapitole 3 a je popsán velmi srozumitelně. - Výsledky disertační práce jsou uvedeny v kapitolách 4 7 a jejich shrnutí je uvedeno v kapitole 8. - Seznam použité literatury je uveden v kapitole 9. a obsahuje celkem 43 citací, z toho 23 citací je ze zahraničních odborných časopisů. -Seznam autorových publikací vztahujících se k tématu disertační práce je uveden v kapitole 10. Vlastní práce doktoranda byly publikovány zejména ve sbornících konferencí a seminářů menšího významu, případně v časopise Jemná mechanika a optika. Autor je rovněž je spoluautorem patentu WO/2007/063137 Optical Security Device Offering 2D Image, který dokladuje praktické zaměření práce. Autor prokázal svou schopnost samostatně řešit složitou softwarovou problematiku, což prokazuje jeho vědeckou erudici. Práce splnila stanovené cíle a výsledky byly využity pro průmyslovou praxi a patentovány. Navrhuji proto práci doporučit k obhajobě a udělení akademického titulu Ph.D. V Brně, 6. 12. 2009 Mgr. Petr Klapetek, PhD.
eVSKP id 20956