Lehrveranstaltung
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 |
| 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)
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 beantwortetPrüfungstyp
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.
Lernziele
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
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
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 Literatur
keine/none
Besondere Voraussetzungen
keine
Begleitmaterial
Skript als herunterladbare Datei
Separate Prüfung
keine
Lernziele
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
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 Literatur
keine/none
Besondere Voraussetzungen
keine
Begleitmaterial
keines
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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