Lehrveranstaltungshandbuch RM
Rastermikroskopie
PDF Lehrveranstaltungsverzeichnis English Version: RM
Version: 1 | Letzte Änderung: 30.10.2019 17:00 | Entwurf: 0 | Status: vom verantwortlichen Dozent freigegeben
| Langname | Rastermikroskopie |
|---|---|
| Anerkennende LModule | RM_MaET |
| Verantwortlich |
Prof. Dr. Stefan Altmeyer
Professor Fakultät IME |
| Gültig ab | Wintersemester 2020/21 |
| Niveau | Master |
| Semester im Jahr | Wintersemester |
| Dauer | Semester |
| Stunden im Selbststudium | 114 |
| ECTS | 5 |
| Dozenten |
Prof. Dr. Stefan Altmeyer
Professor Fakultät IME |
| Voraussetzungen | Mathematik Differential- und Integralrechnung komplexe Zahlen Vektorrechnung Grundlagen der Differentialgeometrie Physik / Oprik geometrische Opik Wellenoptik |
| Unterrichtssprache | deutsch |
| separate Abschlussprüfung | Ja |
Literatur
| Reimer: Scanning Electron Microscopy (Springer) |
| Meyer, Hug, Bennewitz: Scanning Probe Microscopy (Springer) |
| Wilhelm, Gröbler, Gluch, Heinz: Die konfokale Laser Scanning Mikroskopie (Carl Zeiss) |
Abschlussprüfung
| Details |
So weit die Prüfungszahl nicht zu groß ist, wird eine mündliche Prüfung gegenüber einer schriftlichen Prüfung bevorzugt. In der Prüfung werden in geringem Umfang das unterste Kompetenzniveau der Kenntnisse adressiert. Das sind beispielswiese die verschiedenen Kathoden-Formen in der Elektronenmikroskopie, die zu unterschiedlichen Geräteklassen führen oder die unterschiedlichen Bauformen konfokaler Messsysteme. Auf nächster Kompetenzstufe werden Fertigkeiten geprüft. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Skizze eines Aufbaus gezeigt wird und die zu prüfende Person diesen gedanklich in Funktionsgruppen zerlegen kann und die jeweiligen kritischen Punkte identifizieren kann. Eine ander prüfbare Fertigkeit wäre beispielsweise, ausgehend von der Lorenz-Kraft vorzurechnen, warum geladene Teilchen im Magnetfeld keine Energie aufnehmen oder abgeben. Die höchste prüfbare Kompetenzstufe betrifft die Methodenkompetenz. Deren Ausprägung kann überprüft werden, indem ein Anwendungsfall geschildert wird: Eher wissenschaftlich orientierte Aufgaben können sein, die Frage begründet zu beantworten, ob beim Design eines Elektronenmikroskopes mit einer bestimmten Beschleunigungsspannung relativistisch gerechnet werden muss oder nicht. Eine weitere Frage könnte sein, ob und warum bei gegebenen Kathodensystemen Quanteneffekte auftreten oder aber nicht. Eher praktisch orientierte Fragen könnten eine Anwendungs-Fragestellung zur 3D Messtechnik betreffen und es soll qualifiziert argumentiert werden, welche Messverfahren zum Einsatz kommen können und warum, und welche nicht. In einer geführten Diskussion kann dabei sehr genau festgestellt werden, ob die zugrundeligenden Prinzipien sicher und proaktiv angewandt werden, ob Querschlüsse gezogen werden können und ob in einer Zusammenschau mit hinreichendem Überblick gedacht und agiert wird. |
|---|---|
| Mindeststandard | Mindestens 50 % der Fragen richtig beantwortet |
| Prüfungstyp | mündliche Prüfung, strukturierte Befragung |
Lernziele
| Zieltyp | Beschreibung |
|---|---|
| Kenntnisse | Elektronenmikroskopie Welle-Teilchen-Dualismus von Elektronen und de Broglie Wellenlänge relativistischer Massenzuwachs Auflösungsvermögen Elektronen-optischer Systeme Tiefenschärfe im Elektronenmikroskop Elektronenemission Physik der Elektronenemission thermoionische Emission Schottky-Emission Feldemission technischer Aufbau von Elektronenemittern Brightness als Erhaltungsgröße im Elektronenstrahl magnetische Ablenkeinheiten Fokussierlinsen Bewegungsgleichung von Elektronen in Fokussierlinsen Ansätze zur Minimierung von Abbildungsfehlern in elektronenoptischen Systemen Scansysteme Elektron-Materie-Wechselwirkung Primärelektronen Sekundärelektronen Auger-Elektronen Röntgen-Kontinuum Charakteristische Röntgenstrahlung Kathodoluminiszenz Everhart-Thornley Detektor Elektronen-Kontraste Topographie-Kontrast Material-Kontrast Gitterorientierungs-Kontrast Leitfähigkeitskontrast Anwendungsfälle und Grenzen Tunnelmikroskopie Wellenfunktion Definition Stetigkeit und stetige Differenzierbarkeit Wahrscheinlichkeitsinterpretation Prinzip Potentialdiagramm Ferminiveau Austrittsarbeit quantenmechanische Berechnung der Tunnelwahrscheinlichkeit vorgespannte Tunnelbarriere und WKB Näherung Piezoantriebe physikalische Grundlagen Nichtlinearität, Hysterese, creep Grundzüge der Regelungstechnik im Tunnelmikroskop Präparation von Tunnelspitzen Bild als Messsignal Faltung von Objekt und Spitze Gitterauflösung und atomare Auflösung Anwendungsfälle und Grenzen Kraftmikroskop Aufbau Typen: contact mode, non contact mode, tapping mode, magnetic mode etc. Anwendungsfälle und Grenzen konfokale Mikroskopie Prinzip der konfokalen Blenden Prinzip des optischen Schneidens laterale Auflösung und axiale Auflösung Pupillenausleuchtung und Überstrahlung beim konfokalen LSM Justageproblematik Nipkow-Scheibe Justagefreiheit Probleme der Lichtausbeute und Reflexionen rotierendes Mikrolinsenarray konfokale Farblängsfehler-Sensoren Anwendungsfälle und Grenzen |
| Fertigkeiten | Elektronenmikroskopie klassische und relativistische Elektronengeschwindigkeit berechnen Wellenlänge von Elektronen berechnen Auflösungsvermögen eines elektronenoptischen Systems berechnen die unterscheidlichen Regime der Elektronenemission erläutern die verschiedenen Elektron-Materie Wechselwirkungen erklären die verschiedenen Elektronenlinsen skizzieren und erklären den Aufbau eines Everhart-Thornley Detektors skizzieren und erklären Tiefenschärfe einer Aufnahme berechnen Tunnelmikroskopie das Potential-Ort Diagramm für einenTunnelprozess skizzieren und erläutern den Ansatz zur Berechnung der Tunnelwahrscheinlichkeit darstellen den Unterschied zwischen atomarer- und Gitterauflösung erklären konfokale Mikroskopie für gegebene laterale und axiale Auflösung die erforderlichen Pinholes dimensionieren |
Aufwand Präsenzlehre
| Typ | Präsenzzeit (h/Wo.) |
|---|---|
| Vorlesung | 0 |
| Übungen (ganzer Kurs) | 0 |
| Übungen (geteilter Kurs) | 0 |
| Tutorium (freiwillig) | 0 |
Besondere Voraussetzungen
|
keine |
| Begleitmaterial | Skript als herunterladbare Datei |
|---|---|
| Separate Prüfung | Nein |
Lernziele
| Zieltyp | Beschreibung |
|---|---|
| Fertigkeiten | Justage und Benutzung von Elektronenmikroskopen Tunnelmikroskopen Kraftmikroskopen konfokalen Mikroskopen Messtechnische Aufgaben bearbeiten Höhenmessungen 3D Topographien messen Rauheiten Analysieren Strukturen analysieren Ultimative Auflösungsgrenzen finden Interpretation von messtechnischen Befunden |
Aufwand Präsenzlehre
| Typ | Präsenzzeit (h/Wo.) |
|---|---|
| Praktikum | 2 |
| Tutorium (freiwillig) | 0 |
Besondere Voraussetzungen
|
keine |
| Begleitmaterial | keines |
|---|---|
| Separate Prüfung | Ja |
Separate Prüfung
| Prüfungstyp | Projektaufgabe im Team bearbeiten (z.B. im Praktikum) |
|---|---|
| Details | Begleitung der messtechnischen Fragestellungen bei der Durchführung. Prüfung des theoretischen Hintergrundes im Hinblick auf das jeweilige Funktionsprinzip der Messgeräte und der Problematik des Anwendungsfalls. Überprüfung der gewonnen Ergebnisse im Hinblick auf technisch versierte Durchführung, Wissenschaftlichkeit der Analyse und Interpretation. |
| Mindeststandard | Alle Versuche durchgeführt. Bei allen Versuchen ein Verständnislevel, dass den alleinigen Umgang mit den Geräten erlaubt. Mindestens 50 % der Bilder und Messergebnisse würden im Rahmen einer Aufgabenstellung in der Industrie oder Wissenschaft Anerkennung finden, in dem Sinne, dass die Aufgabe als gelöst gilt. |
Bei Fehlern, bitte Mitteilung an die
Webredaktion der Fakultät IME
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