Historie


History of the Department of Electron optics

Muzeum oddělení Elektronové optiky

I když instituce s názvem Ústav přístrojové techniky ČSAV datuje svoji historii až od roku 1957, musíme začít s exponáty prehistorickými. Kořeny oddělení elektronové optiky totiž sahají až do roku 1948, kdy v Ústavu teoretické a experimentální elektrotechniky Vysoké školy technické v Brně vznikla myšlenka zkonstruovat elektronový mikroskop. Skupina studentů kolem prof. Bláhy provedla již v roce 1950 experimenty s elektronovými čočkami na zařízení zvaném "Trojnožka". Na práci se podíleli především studenti A. Delong, V. Drahoš a L. Zobač a technik J.Speciálný. Tato skupina pak pokračovala na vývoji prvních československých elektronových mikroskopů a v roce 1954 založila Laboratoř elektronové optiky ČSAV, která se později stala částí Ústavu přístrojové techniky.

Pokusné zařízení se dvěma magnetickými čočkami.
Bláhova trojnožka (1950)

Pokusné zařízení se dvěma magnetickými čočkami.
Další varianta stojanu. (1950)

Optická část prvního čs mikroskopu na nedokončeném stojanu.
Konstrukce L. Zobač, J. Speciálný. (1950)

První komerčně dostupný československý elektronový mikroskop byl vyvinut inženýry A. Delongem, V. Drahošem a L. Zobačem. V roce1951 byl mikroskop vystaven na Mezinárodním vzorkovém veletrhu v Praze. Ve vědeckých dílnách n.p. Tesla Brno bylo potom vyrobeno více kusů pod typovým označením Tesla BS241. Optická soustava mikroskopu byla tvořena elektronovou tryskou, kondenzorem, objektivem a projektivem. Urychlovací napětí bylo 50 kV, rozlišovací schopnost až 2 nm. Rozlišení bylo limitováno osovým astigmatismem objektivu, jehož korekce nebyla v té době vyřešeným problémem. Konstrukce L. Zobač.

Tesla BS241 (1951)

V roce 1951 navrhl prof. Bláha vyvinout malý, jednoduchý elektronový mikroskop. Tím inicioval myšlenku vyvinout přístroj neaspirujícího na mezní parametry, jednoduchý, levný, s nenáročnou obsluhou. Přístroj byl rozpracován na VA AZ a dokončen v Laboratoři elektronové optiky ČSAV, v níž pracovalo šest zaměstnanců pod vedením A. Delonga. V roce 1956 byla zahájena sériová výroba v n.p. Tesla Brno pod typovým označením Tesla BS242. Na světové výstavě Expo 58 v Bruselu byla přístroji udělena zlatá medaile. Tesla tento přístroj vyráběla 20 let v celkovém počtu přes 1000 kusů. Rozlišovací schopnost tohoto přístroje s korekcí astigmatismu byla 5 nm a při pečlivé odborné obsluze až 2 nm. Urychlovací napětí bylo 30 až 75 kV.
Konstrukce optické části J. Speciálný.

Stolní elektronový mikroskop Tesla BS242 (1954)

Kolektiv pracovníků u optického přístroje (odleva) L. Zobač, V. Drahoš, J. Speciálný, a sedící A. Delong. (možná difraktografu) (1960)

V roce 1962 a 1963 byly pražským biologickým ústavům předány prozařovací elektronové mikroskopy umožňující rozlišení až 0.6 nm. Od roku 1964 tento přístroj začala vyrábět brněnská Tesla pod označením Tesla BS 413. Tento mikroskop byl postupně pracovníky vývojového oddělení Tesly Brno upravován a vznikly tak modifikované přístroje s označením Tesla BS 513 (umožňující náklon vzorku - 1967) a Tesla BS 613 (mechanické seřizování posuvu a náklonu optické soustavy bylo nahrazeno elektromagnetickým systémem - 1970). V roce 1962 byl uveden do chodu adaptér k elektronovému mikroskopu umožňující difrakci rychlých elektronů. Do konce roku 1975 bylo vyrobeno 395 kusů mikroskopů těchto typů. Konstrukce optické části J. Speciálný.

Tesla BS413 (1962)

Předchozí práce v oblasti vlnové elektronové optiky vedly k pokusu sestrojit elektronový mikroskop s velmi vysokou rozlišovací schopností. Tento přístroj byl uveden do chodu v roce 1968. Urychlovací napětí bylo 150 kV. Nepodařilo se sice dosáhnout teoreticky možného rozlišení (0,2 nm), a to především z důvodů nedostatečné mechanické stability přístroje. Konstrukce J. Speciálný.

Experimentální prozařovací elektronový mikroskop - 150 kV (1968)


V padesátých a šedesátých letech se také pracovalo na nekonvenčních technikách elektronové mikroskopie; jakými byly interferenční elektronová mikroskopie (1963-1973), stínová elektronová mikroskopie (1965-1969), Lorenzova elektronová mikroskopie (1966-1974) a difrakce pod malými úhly (1966-1971).

Adaptér s elektrostatickým dvojhranolem pro prozařovací elektronový mikroskop umožňující interferenční elektronovou mikroskopii (1963) a snímek difrakce na tomto dvojhranolu

V létech 1961-1964 byl postaven první experimentální emisní elektronový mikroskop, umožňující i zrcadlovou a tunelovou mikroskopii.

V inovovaném přístroji (1964-1967) bylo již v komoře preparátu dosaženo ultravakua (10-6 Pa), čímž byla značně snížena kontaminace preparátu. V průběhu let 1970-1974 byl vyvíjen kombinovaný emisní elektronový mikroskop, který umožňoval i difrakci pomalých elektronů a Augerovu spektroskopii, přičemž byla vyzkoušena celá řada analyzátorů. I když tento přístroj nebyl komerčně vyráběn, byla publikována celá řada velmi hodnotných výsledků (viz např.: A. Delong, V. Drahoš: Low energy electron diffraction in an emission microscope. Nature Phys. Sci. 230 (1971) 196-197).

Emisní elektronový mikroskop (1968). Komerčně se neuplatnil.



Pro čerpání elektronově optických zařízení a později pro získání ultravakua bylo třeba vyvinout nové typy vývěv. Iontově sorpční vývěva dovolila získání velmi nízkých tlaků, a přitom nevytvářela rušení mechanickými vibracemi nebo magnetickým polem jako u klasických iontových vývěv. Konstrukci těchto vývěv řešil L. Zobač.

Iontově sorpční vývěva typu Orbitron (1962-1963)

Getrovací titanová vývěva (1963)

Kryosorpční vývěva s molekulovým sítem (1963)

V roce 1965 byla postavena víceúčelová vakuová pec, která byla vhodná pro různé technologické práce, jako je přetavování kovů, napařování tenkých vrstev, výroba spékaných patic z kovarového skla, kapilární pájení a svařování. Konstrukce L. Zobač.

Víceúčelová vakuová pec (1965)

Elektronová svářečka dovolovala svařit ultravakuové díly mikroskopů vyvíjených v ÚPT. Svářečku si podle podkladů ÚPT ČSAV zhotovila řada pracovišť. Konstrukce L. Zobač, J. Speciálný.

Elektronová svářečka ES-2 (1969)


Pro návrh magneticky syceného objektivu prozařovacího mikroskopu byly v ÚPT vyvinuty původní metody, založené na použití odporové sítě. Později byly tyto metody nahrazeny numerickými výpočty pomocí metody konečných prvků: dokážeme tak modelovat nejen magnetické čočky, ale i elektrostatické čočky a deflektory, a ve spočtených polích velmi přesně určíme elektronově optické vlastnosti.

Využití metody konečných prvků pro výpočet pole elektrostatických a magnetických rotačně symetrických čoček (1974)

Koncepce rastrovacího elektronového mikroskopu s autoemisní tryskou vznikla v roce 1974. Tryska měla katodu z monokrystalu wolframu orientace (310) provozovanou za pokojové teploty, tlak v oblasti trysky lepší než 10-8 Pa a v komoře preparátu lepší než 10-6 Pa.. Komora preparátu byla vybavena iontovou tryskou pro čištění povrchů, analyzátorem Augerových elektronů a charakteristického rtg. záření a detektory sekundárních, odražených, absorbovaných a prošlých elektronů. Do roku 1989 n.p. Tesla Brno vyrobil 56 kusů těchto přístrojů. Autoři jsou A. Delong, J. Speciálný.

Rastrovací elektronový mikroskop BS 350 (1976)


V ultravakuovém mikroskopu nebylo možné používat pro detekci elektronů plastické scintilátory. Proto se začal používat monokrystalický scintilátor na bázi yttrio-hlinitého granátu (YAG), světová premiéra v elektronových mikroskopech. Scintilátor je pak připevněn ke světlovodu a k fotonásobiči vně mikroskopu.

Monokrystalický scintilátor na bázi yttrio-hlinitého granátu (YAG) pro detekci elektronů v elektronových mikroskopech (1978)

Hlavice detektorů zpětně odražených elektronů pro vysokorozlišovací elektronovou mikroskopii (1983)

Elektronový litograf obsahoval celou řadu originálních řešení: Schottkyho tryska s vysokou směrovou proudovou hustotou, přesné vychylování svazku, laserem řízený posuv stolku, rychlou elektroniku. Autoři: A. Delong a kolektiv.

Elektronový litograf (1985)

Princip optické soustavy elektronového litografu umožňující unikátní způsob tvarování pravoúhelníkového průřezu elektronového svazku, tj. "razítka" libovolně umísťovaného v expozičním poli litografu.

Základní princip optické soustavy elektronového litografu (1985)

Pro testování integrovaných obvodů byl navržen speciální diagnostický mikroskop, který pracoval s autoemisním zdrojem elektronů v rozsahu energií primárních elektronů od 300 eV do 5 keV. Přístroj byl vybaven analyzátorem energií sekundárních elektronů a rychlým zatmíváním svazku, a umožňoval tak přesná měření velikosti napětí v daném bodě integrovaného obvodu i zobrazení tvaru signálu s vysokou frekvencí. Kostruktér J. Fišer

Diagnostický elektronový mikroskop (1988)


Rastrovací elektronový mikroskop byl vybaven katodovou čočkou umožňující zobrazení s vysokým rozlišením v celém energiovém rozsahu primárních elektronů, obvykle od 1 eV do 10 keV. První série snímků tohoto typu, do té doby zcela nedostupné v rastrovacím elektronovém mikroskopu, byly prezentovány na konferenci v roce 1990. Fotografie ukazuje zobrazení polykrystalické mědi v mikroskopu Tesla BS 340 při energiích 5 keV (vlevo), 200 eV (uprostřed), a 10 eV (vpravo).

Adaptace komerčního rastrovací elektronového mikroskopu na mikroskopii s velmi pomalými elektrony (1993).

První environmentální rastrovací elektronový mikroskop v ČR pro pozorování vzorků v jejich přirozeném stavu (1996)

Čerpáno bylo především z následujících materiálů:

Komrska J.: Vznik a vývoj Ústavu přístrojové techniky v Brně, Zpravodaj ÚPT Brno, 1984 (č.2 a 3), 1985 (č.4 a 7), 1986 (č.8, 9 a 11), 1987 č.16, 1988 č.19, 1989 č.22.

Delong A.: Historie elektronové mikroskopie v Československu, Zpravodaj ÚPT Brno, 1985 č.7, 1986 č.8.

Čs. Čas. Fyz. A. vol. 25 (1975).

Delong A.: On the development of electron microscopes in Brno, in Proc. 12th EUREM, vol. III (2000) I1.

 
© 2001-2017, ÚPT AV ČR, v.v.i. Brno Poslední změna: 14. 4. 2014 13:45:58 Připomínky k této stránce zasílejte správcům zde