Lokální změny povrchů vybraných kovů pomocí mikroskopie AFM užitím multifunkční sondy

Abstract

Tato diplomová práce je zaměřena na realizaci, ověření a charakterizaci laserem asistované lokální termální oxidace tenkých kovových vrstev přechodových kovů. Experimentální činnost spočívala v opětovném sestavení unikátní aparatury integrované do SPM modulu LiteScope v komoře skenovacího elektronového mikroskopu. Tento systém využívá multifunkční sondu s dutým optickým vláknem pro simultánní přívod intenzivního laserového světla a reaktivního plynu přímo do místa interakce s povrchem vzorku. Správná funkčnost celého uspořádání byla nejprve úspěšně validována na referenčních vrstvách vanadu, kde byla Ramanovou spektroskopií prokázána syntéza oxidu vanadičitého vykazujícího reverzibilní fázový přechod kov-izolant. Následně byla tato metodika rozšířena na tenké vrstvy titanu a chromu. Vzniklé lokální domény VO2, TiO2 a Cr2O3 byly analyzovány pomocí optické mikroskopie, skenovací elektronové mikroskopie (SEM), Ramanovy spektroskopie a mikroskopie atomárních sil (AFM), přičemž byl popsán vliv vlastností a tepelné vodivosti použitých substrátů na výsledné oxidační prahové výkony a morfologii vrstev.This master’s thesis focuses on the implementation, verification, and characterization of laser-assisted local thermal oxidation of transition metal thin films. The experimental work involved the reassembly of a unique setup integrated into the LiteScope SPM module inside a scanning electron microscope chamber. This system utilizes a multifunctional probe with a hollow core optical fiber for the simultaneous transport of intense laser light and reactive gas directly to the probe-sample interaction site. The correct functionality of the setup was initially validated on reference vanadium thin films, where Raman spectroscopy confirmed the successful synthesis of vanadium dioxide exhibiting a reversible metalinsulator transition. Subsequently, this methodology was extended to titanium and chromium thin films. The resulting local VO2, TiO2 and Cr2O3 domains were analyzed using optical microscopy, scanning electron microscopy (SEM), Raman spectroscopy, and atomic force microscopy (AFM), while describing the influence of the properties and thermal conductivity of the substrates on the oxidation threshold powers and layer morphology.