Elektronová litografie aneb Exkurze do ÚPT AV ČR

Možná netušíte, že Brno je jedním ze světově uznávaných center nanovědy a také výroby přístrojů ke zkoumání nanosvěta, který bychom pouhým lidským okem pozorovat nemohli. Nicméně nanověda neznamená pouze věci pozorovat, ale také tvořit.
A přesně k tomu druhému účelu slouží přístroj zvaný elektronový litograf. Na to, jak tento přístroj funguje a co dokáže v praxi, jsme se šli podívat přímo do laboratoří Ústavu přístrojové techniky Akademie věd České republiky.

Vedoucí skupiny elektronové litografie, jednoho ze čtrnácti badatelských týmů ÚPT, doc. Ing. Vladimír Kolařík, Ph.D., nám nejprve vysvětlil historii a souvislosti. Není žádnou náhodou, že se Ústav přístrojové techniky nachází právě v Brně. Vše se odvíjelo od práce tří spolužáků z Vysoké školy technické v Brně: Armina Delonga, Vladimíra Drahoše a Ladislava Zobače, kteří v padesátých letech dokázali s pomocí vynikajícího konstruktéra Jana Speciálného vyrobit první československý elektronový mikroskop. Stolní elektronový mikroskop byl mimořádně úspěšný a v roce 1958 získal zlatou medaili na Světové výstavě EXPO v Bruselu. Profesorům A. Delongovi a V. Drahošovi byla udělena státní cena.

Velký zájem o licenci na výrobu elektronových mikroskopů projevili v zahraničí, zejména ve Francii, avšak nakonec se jí ujal domácí podnik Tesla Brno. Výroba elektronových mikroskopů rychle rostla a celkově zde bylo vyrobeno více než 1 100 kusů. Na základě prací profesorů Delonga a Drahoše byl v Brně založen Ústav přístrojové techniky ČSAV a firma Tesla zavedla jako jednu ze svých nosných aktivit právě výrobu elektronových mikroskopů. V ústavu, který vedl profesor Delong, se postupně otevíraly nové oblasti výzkumu. Například koncem sedmdesátých let to byl vývoj elektronového litografu pracujícího s autoemisní tryskou, ale především vznikaly nové prototypy přístrojů, které pak na čtyřicet let ovládly trh východního bloku. Pouze stále více zaostávající východní součástková základna a embargo na špičkové zahraniční technologie způsobily, že se brněnské elektronové mikroskopy postupně vzdálily světové špičce.

Naštěstí po sametové revoluci se tento trend výrazně změnil a přišli zahraniční investoři, kteří v elektronové mikroskopii a přidružených oborech viděli velký potenciál. Dnes je Ústav přístrojové techniky AV ČR rozšířen o nové laboratoře a plní i roli partnera světových výrobců elektronových mikroskopů, kteří jsou v Brně hned tři.

Pojďme se ale vrátit k elektronové litografii. Abychom elektronový litograf mohli spatřit v akci, museli jsme si před vstupem do laboratoří obléci ochranný oděv. Čistota je tady velmi důležitá a je nepřetržitě monitorována a vyhodnocována. Navštívili jsme dvě podzemní laboratoře, ale z bezpečnostních důvodů bylo v obou přísně zakázáno fotit.

V první laboratoři byl umístěn samotný elektronový litograf, chráněný průhledným závěsem pro dosažení ještě větší čistoty, a nacházela se zde počítačová pracoviště, ze kterých se litograf řídí a kde pro něj členové týmu připravují data. Dověděli jsme se zde, jak vlastně přístroj funguje. Elektronový paprsek lokálně způsobuje strukturální změny na povrchu vhodného materiálu a vytváří tak expozici požadované šablony, například obrázek či text. Exponuje se do tenké vrstvy (makromolekulární) látky, která je citlivá na elektronové záření. Tato tenká vrstva, například běžné plexisklo, je nanesena na křemíkovém plátku (nebo na skleněné destičce). S trochou nadsázky to funguje podobně, jako když na starém fotoaparátu cvakla závěrka a pustila na krátký okamžik světlo na celuloidový film. Dílo se vytváří postupně po malých políčkách a nutno dodat, že to chvíli trvá. Jednodušší úlohy trvají řádově hodiny, na složitější je pak třeba čas až v řádu dnů.

Celý proces je extrémně citlivý. K čistotě už lze jen dodat, že dílo může zhatit jediná prachová částečka. Ale to není vše. Po celou dobu musí být v místnosti také konstantní teplota, to znamená, že vejde-li do místnosti více lidí, jako v případě exkurze Mensy, klimatizace v laboratoři se automaticky přizpůsobí zvýšené produkci tepla z lidských těl. Pracovníci v laboratořích si dávají velmi záležet, aby celý proces proběhl v pořádku, nejde jen o radost z výsledku, ale také o finanční stránku. Elektronová litografie není vůbec levná záležitost. Denní provozní náklady se mohou lehce přehoupnout přes deset tisíc korun. Je to však zanedbatelná částka proti samotnému elektronovému litografu, který stojí řádově desítky milionů korun. V praxi to vypadá tak, že malá porucha na přístroji a jeho následný servis mohou výrazněji ovlivnit již tak napjatý rozpočet celého ústavu, který činí asi pouhých 150 milionů korun.

V pořadí druhá námi navštívená laboratoř spadající pod elektronovou litografii byla vyvolávací. Nejde však o fotokomoru. Je zde odstředivka, na kterou se umísťují křemíkové plátky. Na nich je po exponování jen latentní čili skrytý obraz, který je nutno vyvolat, podobně jako fotografii, aby se vytvořila fyzická struktura. Rychlost rozpouštění materiálu v exponované a v neexponované oblasti je výrazně odlišná. Nejmenší detaily mohou být milionkrát menší než vaše dlaň, třeba jenom deset nanometrů. Opět pro představu, na plochu o velikosti mince hodnoty 1 Kč si tak můžete přepsat třeba tři sta knih. Pokud jste se právě inspirovali a máte ke svému záměru dostatek finančních prostředků, měli byste svoji investici ještě jednou dobře zvážit. Číst takové knihy můžete pouze za pomoci elektronového mikroskopu, jehož pořizovací cena se pohybuje od dvou milionů ve zcela základní verzi bez úprav a nutného servisu až do pěkně zaokrouhlené jedné miliardy korun.

A protože jsme SIG Manager, během exkurze jsme se ptali na praktické využití elektronové litografie. Nalezneme ji třeba na bankovkách jako pověstný stříbrný proužek nebo na dálničních známkách či různých dokladech, kdy při pohledu z různých úhlů se informace viditelně mění. Povídali jsme si o mikrotečkách, které si kromě špionáže našly cestu i jako opatření na ochranu před odcizením. Na chráněné objekty se poněkud drahým sprejem doslova stříkají částečky menší než 1 mm2, pro bystré oko viditelné jako neurčité, avšak ve skutečnosti velmi přesné tvary vyplněné mnoha potřebnými informacemi.

Na závěr exkurze nám tým pracovníků dal každému ochutnat kus čokolády. Ne však ledajaké. Jde o domácí výrobu Akademie věd, konkrétně limitovanou edici s vyexponovaným obrázkem bádajícího vědce. Ani my jsme nezůstali pozadu a náš hlavní koordinátor akce Jaroslav Kopal pronesl přátelské poděkování a předal věcný dárek od Mensy, charakterizující obě zúčastněné organizace – umělý mozek.

Více o ÚPT AV ČR na www.isibrno.cz.

Fotogalerii z exkurze najdete na http://www.mensa.cz/volny-cas/fotogalerie/?album_id=961.

Autor: Stanislav Wolf
Sdílet
Hledání
Členské příspěvky
Informace o tom jak zaplatit členské příspěvky naleznete na webu Mensy.
Stažení časopisu
Časopis Mensa 5/2017 (říjen) si můžete stáhnout ve formátu PDF kliknutím na obrázek.
Titulní strana časopisu Mensa 5/2017
Inzerujte s Mensou
Informace o možnostech inzerce v médiích Mensy ČR naleznete na stránce inzerce v papírovém časopise.
Hledáme
"Historiky"
Mensa má na našem území bohatou historii, avšak jen její malá část je přehledně zmapována. Hledáme pomocníky, kteří by chtěli projít několik starších časopisů, vybrat z nich relevantní informace a upravit je do přehledné podoby.

Programátora
Šikovného programátora, který by byl ochoten věnovat část svého času a doprogramovat nám sekci Kariéra na intranetu Mensy.

Práce v redakci je dobrovolná a nemůžeme Vám za ni slíbit hmotný honorář. Nabízíme Vám však možnost dělat zajímavé věci s lidmi, se kterými je radost pracovat. Se zájmem se, prosím, obracejte na .
Inteligence
Inteligence a její měření
Co je to inteligence, jak se člení a jak ji můžeme změřit, co to znamená IQ?

Popis různých stupnic IQ
Na světě se používají různé stupnice IQ, vysvětlujeme jejich podstatu a vztahy mezi nimi

Historie měření inteligence
Podrobně vysvětlujeme jak se vyvíjely způsoby a metody měření inteligence

Jsme chytřejší než naši předkové?
Rozebíráme Flynnův efekt a změnu průměrné inteligence v populaci během 20. století

Kreativní génius nebo psychotik?
Hranice mezi geniálním a psychotickým jedincem je často velmi úzká, vysvětlujeme, proč tomu tak je a zda spolu tyto vlastnosti souvisí

Chcete znát své IQ?
Přihlaste se na testování IQ pořádané společností Mensa, které na rozdíl od mnoha pochybných testů na internetu probíhá prostřednictvím mezinárodně uznávaného a standardizovaného testu.
Mensa v médiích
Našli jste nějaký článek o Mense? Prosím, pošlete odkaz na adresu .
Napište nám
Rádi píšete a chcete uveřejnit článek v časopise nebo na webu Mensy? Chtěli byste Mense pomoci jinak? Potom určitě napište na .
Testování inteligence
Informace a přihlášku na oficiální testování inteligence naleznete na http://testovani.mensa.cz/. Testování můžete také někomu darovat formou dárkové poukázky.
Tištěný časopis
Časopis Mensa může odebírat kdokoliv (i nečlen) na území ČR za 150 Kč ročně. Se zájmem o předplatné se, prosím, obracejte na sekretářku: .