border=0

Fysische elektronica en nanofysica, nanotechnologieën en nanomaterialen, algemene opmerkingen

|

Nano-elektronica verscheen in het proces van natuurlijke microminiaturisatie van de elementaire basis van moderne elektronische apparaten en systemen, waarbij elke stap met grote moeite wordt gegeven en vaak de noodzaak dicteert om nieuwe (soms fundamenteel) fysieke paden en methoden aan te trekken. In nano-elektronica is de schaal ervan 100 nm. Deze definitie van een vlak element van nano-elektronica kan worden gegeneraliseerd, waarbij alles wordt beschouwd als een nano-object (nanostructuur) met een karakteristieke afmeting <100 nm, ten minste in één dimensie (richting).

Fysische elektronica in de meest algemene zin van het woord is een tak van de natuurkunde die fenomenen bestudeert die geassocieerd zijn met de beweging van geladen deeltjes en vooral elektronen (vandaar de naam "elektronica") in verschillende materiële omgevingen, waaronder het fysieke vacuüm.

Dit is in de eerste plaats vacuüm elektronica , die de processen bestudeert die optreden tijdens de beweging van geladen deeltjes in een vacuüm en die gebaseerd zijn op de wetten van deze beweging.

Dit omvat alle elektronenoptica, elektronen- en ionenmicroscopie, evenals de fysica van verschijnselen die voorkomen in verschillende radiotechnische apparaten zoals elektronenbuizen en apparaten die worden gebruikt voor het genereren of versterken van elektromagnetische straling, inclusief het microgolfbereik. De laatste richting heeft nu vorm gekregen in een onafhankelijke - microgolf radiofysica (of microgolven).

Ten tweede zijn dit de verschijnselen van emissie van elektronen en atoomdeeltjes, meestal ionen, door verschillende media, voornamelijk vaste stoffen en plasma, die een uitgebreide sectie van fysieke elektronica vormen, emissie-elektronica genaamd.

Met de opkomst van halfgeleiders begon de halfgeleider-elektronica zich intensief te ontwikkelen en, op zijn basis, solid state-elektronica. Vervolgens begon de halfgeleiderelektronica zich ook zelfstandig te ontwikkelen en is nu een interdisciplinair deel van de fysica. De gebieden van solid-state elektronica, zoals oppervlaktefysica, dunne films en filmstructuren, de elementaire basis van moderne micro-elektronica, blijven betrekking hebben op het gebied van fysieke elektronica.

Historisch gezien was een van de be>plasmafysica , ontwikkeld en vervolgens onafhankelijk ontwikkeld. Niettemin is de wetenschap van plasmamedia een essentieel onderdeel van fysieke elektronica, omdat het een breed scala aan problemen bestudeert die verband houden met het gedrag van een gas van geladen deeltjes - elektronen, ionen en gaten, atomen en moleculen, inclusief die in een aangeslagen toestand, evenals quanta van straling (em veld) en neutrale deeltjes in een verscheidenheid aan materiële media: het plasma zelf als een gasvormig medium en een draaggas (elektronen en gaten) in vaste stoffen, die gewoonlijk plasma-achtig (of plasma) worden genoemd en) omgevingen. Met de ontwikkeling van de laserfysica ontstond een groot deel van deze wetenschap, die zich bezighoudt met de studie van de wetten van het gedrag van een gas van opgewonden atomen, moleculen en stralingsquanta, de zogenaamde kwantumelektronica .

Vacuüm, gassen en gecondenseerde materie kunnen met elkaar in contact komen. Voor gecondenseerde media wordt het concept van de interface tussen deze media of het concept oppervlak geïntroduceerd. Traditioneel werd het oppervlak beschouwd als het gebied van een scherpe, abrupte verandering in de eigenschappen van een stof. In werkelijkheid, in de buurt van de feitelijke geometrische grens van het materiële medium, bestaat er een bepaald gebied van eindige dikte, waarin de eigenschappen ervan significant verschillen van de eigenschappen van de substantie in de bulk .

In het volume reageert namelijk elk deeltje alleen met deeltjes van dit medium, en in de buurt van de grens, aan de ene kant met deeltjes van hetzelfde medium, en aan de andere kant met deeltjes van het medium waarmee het grenst. Als het tweede medium vacuüm is, zouden er gebroken atoombindingen moeten bestaan ​​aan de grens van de vaste stof. Tegelijkertijd wordt de dikte van de grenslaag bepaald door de afstand tot het oppervlak, te beginnen vanaf waar de deeltjes van het medium ophouden de invloed van deeltjes voorbij de grens te "voelen". De dikte van een dergelijke laag is ten minste van de orde van de Debye-straal rD, die voor een plasma van een vast lichaam in de orde van grootte ligt van 1 tot 100 nm. Er moet ook worden opgemerkt dat deeltjes van het medium in deze laag dringen - buren door de interdiffusie van neutrale atomen, ionen, elektronen of gaten, of beschieting met andere deeltjes (contact met gas of vacuüm). Wanneer al deze processen in aanmerking worden genomen, kan de kenmerkende dikte van een dergelijke laag in de richting loodrecht op de grens grootten in de orde van enkele honderden nanometers bereiken.

Het oppervlak van vaste stoffen is dus een natuurlijk nano-object , waarin nieuwe kwalitatieve eigenschappen tot uiting komen. Deze eigenschappen kunnen directioneel worden veranderd door gebruik te maken van plasma, straling (deeltjesfluxen) en straling (flux van stralingsquanta) van nanotechnologieën van richtingsveranderingen in oppervlakte-eigenschappen of, met andere woorden, modificatie van oppervlakte-eigenschappen.

Omdat in gecondenseerde media het gedrag van de deeltjes die ze vormen - atomen, ionen, elektronen en gaten - voldoet aan de wetten van de kwantummechanica, d.w.z. beschreven door hun golffuncties, ze manifesteren nieuwe eigenschappen als gevolg van kwantum- dimensionale effecten - de afhankelijkheid van de eigenschappen van het nanosysteem op de verhouding van de karakteristieke afmetingen en de karakteristieke dimensies van het correlatiegebied van verschillende fysieke interacties en fenomenen die optreden in het deeltjessysteem . In dit opzicht kan het oppervlak worden beschouwd als, misschien, het meest voorkomende natuurlijke nanosysteem, met een filmtype.

De volgende stap in de modificatie van de oppervlakte-eigenschappen is de afzetting van dunne films op het oppervlak. of gelaagde filmstructuren waarvan de dikte van micron tot fracties van micron kan zijn, d.w.z. kan voldoen aan de voorwaarde d < 100 nm. Dergelijke filmstructuren dienen als basis voor het bouwen van de elementaire basis van moderne micro, en in de limiet d < 100 nm, nano-elektronica.

Dit zijn tweedimensionale nanostructuren en de integratie van elementen vindt plaats in hun vlak. Dunne films kunnen ook functionele taken uitvoeren voor het verharden van het oppervlak, het veranderen van de bevochtigbaarheid, wrijvingscoëfficiënt, enz. Een nieuwe kwaliteit kan worden bereikt door atomen af ​​te zetten op het oppervlak van een vaste stof van die elementen die verschillende stoffen kunnen vormen die verschillen in hun structuur en eigenschappen, d.w.z. . verschillende allotrope modificaties (een typisch voorbeeld is koolstof, dat kan bestaan ​​in de vorm van vier allotrope vormen die verschillen in het type hybridisatie: sp3 en sp2 - deze typen komen overeen met stabiele modificaties van diamant en grafiet, evenals sp 1 en sp °, welke metastabiele modificaties lineair overeenkomen koolstofketen (LCC) en gezicht-gecentreerde (FCC) koolstof ). In dit geval is de methode van geregelde depositie van koolstofatomen momenteel praktisch de enige methode voor de synthese van de laatste twee vormen van koolstof.

De experimentele opstelling voor het produceren van koolstoffilms is een vacuümsysteem dat gepulseerde koolstofafzetting verschaft uit plasmabossen gevormd door een vacuümboog met een ionendichtheid van 1013 ... 1014 cm3 en een ionisatiegraad van 95%. De frequentie van de pulsen varieert binnen 1 ... 30 Hz, de pulsduur is 100 μs.

De ionenstraal wordt gevormd door een lage druk ionenbron. De energie van de Ar + -ionen die het oppervlak van de groeiende film bestralen varieert van 0-300 eV en is zowel afhankelijk van de extractiespanning als van de parameters van het koolstofplasma. In de hieronder beschreven experimenten was deze energie gelijk aan 150 eV. NaCl (voor elektronenmicroscopische onderzoeken), Si (voor elektronenspectroscopie), evenals staal, polymeren, keramiek, enz. Werden als substraatmaterialen gebruikt. De werkdruk in de kamer was 104 Pa.

Nano-objecten kunnen voorkomen in de vorm van deeltjes van geschikte grootte ( nanodeeltjes ), evenals nanocomposieten die worden gevormd door een verzameling van dergelijke deeltjes. De verscheidenheid aan mogelijke soorten nanodeeltjes is erg groot.

Een van de be> Daarom is een onderscheidend kenmerk van nanodeeltjes hun activiteit vanwege de aanwezigheid van loshangende bindingen op hun oppervlak. Over het algemeen zijn dit meestal driedimensionale objecten (3D).

Uiteraard hebben eendimensionale (ID) en nul-dimensionale systemen (0D) het bestaansrecht. De eerste zijn de zogenaamde kwantumdraden (quantumdraden), die worden gevormd in omstandigheden van sterke anisotropie van de eigenschappen van een stof door een sterke manifestatie van kwantumgroottewerkingen en met een diameter <100 nm (een be>nanobuisjes ). Ten slotte kan een exciton dienen als een typisch voorbeeld van een nul-dimensionaal systeem of een kwantumdot .

Nanosystemen kunnen ofwel op natuurlijke wijze in de natuur zijn georganiseerd - oppervlak, nanobuizen van karabijnen, nanobuisjes, enz. - of gemodificeerd door gecontroleerde groei (dunne films en filmnanostructuren) door deeltjes van een gewenste eigenschap op het oppervlak te precipiteren. Dergelijke deeltjes kunnen worden afgezet uit plasma of andere bronnen van bundels van atomen, ionen, moleculen en een be>epitaxiale groei, waarbij de interatomaire afstanden van de te groeien film de geometrie herhalen van de nucleatiecentra die op het oppervlak zijn gecreëerd. Om een ​​dergelijk proces te implementeren, moet u in detail de fysica van de interactie van ionen en elektronen met het oppervlak van een vaste stof kennen.

Het beschreven proces van ion-gestimuleerde epitaxiale groei van films op het bevelsoppervlak is een be> zelfassemblage, een essentieel kenmerk van nanotechnologie.

Een uitgebreide cyclus van onderzoek wordt uitgevoerd naar de processen van interactie van geladen deeltjesstralen - elektronen en ionen in een breed bereik van hun energieën - met het oppervlak van vaste stoffen:

· Het oppervlaktemateriaal sproeien

· Secundaire ion-ion,

· Ion-elektron

· Elektronen-ion-emissie,

· Introductie van straaldeeltjes in het oppervlak,

· Depositie van bundeldeeltjes op het oppervlak,

· Verander de fasesamenstelling van het oppervlak,

· Oppervlakteactivering, etc.

Al deze processen worden ook gerealiseerd wanneer een gasontladingsplasma het oppervlak raakt en op een of andere manier wordt gebruikt in verschillende technologische cycli, zoals etsen, implantatie, intercalatie, depositie van filmstructuren, lithografie en andere technologische cycli van moderne micro- en met de overgang naar karakteristieke grootten <100 nm, nano-elektronica.

Er is vastgesteld dat inelastische processen een be>

Onder de processen die gepaard gaan met (veroorzaakt) op het oppervlak van vaste stoffen door bundels geladen deeltjes: elektronen en, allereerst, ionen, voor het begrijpen van de hoofdrichting van ontwikkeling van het werk zijn de processen van elektronische en ionische stimulatie van gerichte groei (sproeien, afzetting) van verschillende koolstofmetastabiele fasen ten eerste tweedimensionaal geordende lineaire koolstof (DU LCC).

|





Zie ook:

SQUID-microscoop scannen

Inleiding tot fysieke verschijnselen

Ontwerpkenmerken en be>

Effect van plasmon-exciton-interactie

Neerwaartse remming (winst). Negatief feedbackmechanisme. Positief feedbackmechanisme. Multichannel.

Vergelijkende analyse van de analytische mogelijkheden van verschillende soorten immunosensoren

Storings- en diffractieverschijnselen tijdens deeltjesbeweging

Quantumoscillator op basis van elektromechanische resonator

Studies van chemische en biologische processen op het oppervlak van de cantilever. Chemisorptie van stoffen met een laag moleculair gewicht en chemische reacties aan het oppervlak

Methoden voor de studie van nanomaterialen en nanostructuren

De fysieke basis van de oprichting van micro- en nano-elektromechanische systemen (MEMS)

Grimmig effect

Keer terug naar de inhoudsopgave: fysieke verschijnselen

2019 @ bgvarna.site