Авиационно инженерство Административно право Административно право Беларус Алгебра Архитектура Безопасност на живота Въведение в професията „психолог” Въведение в икономиката на културата Висша математика Геология Геоморфология Хидрология и хидрометрия Хидросистеми и хидравлични машини Културология Медицина Психология икономика дескриптивна геометрия Основи на икономически т Oria професионална безопасност Пожарна тактика процеси и структури на мисълта, Професионална психология Психология Психология на управлението на съвременната фундаментални и приложни изследвания в апаратура социалната психология социални и философски проблеми Социология Статистика теоретичните основи на компютъра автоматично управление теория на вероятностите транспорт Закон Turoperator Наказателно право Наказателно-процесуалния управление модерна производствена Физика Физични феномени Философски хладилни инсталации и екология Икономика История на икономиката Основи на икономиката Икономика на предприятията Икономическа история Икономическа теория Икономически анализ Развитие на икономиката на ЕС Спешни ситуации ВКонтакте Однокласници Моят свят Facebook LiveJournal Instagram
border=0

Физична електроника и нанофизика, нанотехнологии и наноматериали, общи коментари

|

Нано-електрониката се появява в процеса на естествената микроминиатюризация на елементарната база на съвременните електронни устройства и системи, където всяка стъпка се дава с голяма трудност и често диктува необходимостта от привличане на нови (понякога фундаментални) физически пътища и методи. В наноелектрониката се приема, че мащабът му е 100 nm. Тази дефиниция на планарен елемент на наноелектрониката може да се обобщи, като се има предвид всичко като нанообект (наноструктура), който има характерен размер <100 nm, поне в едно измерение (посока).

Физическата електроника в най-общия смисъл на думата е клон на физиката, който изучава феномените, свързани с движението на заредените частици и най-вече електрони (оттук и самото име „електроника“) в различни материални среди, включително физически вакуум.

Това е преди всичко вакуумна електроника , която изучава процесите, протичащи по време на движението на заредените частици във вакуум и които се основават на законите на това движение.

Това включва всички електронни оптики, електронна и йонна микроскопия, както и физиката на явленията, възникващи в различни радиотехнически устройства, като електронни тръби и устройства, използвани за генериране или усилване на електромагнитно излъчване, включително микровълновия диапазон. Последната посока сега се оформя в независима - микровълнова радиофизика (или микровълнови печки).

Второ, това са явленията на излъчване на електрони и атомни частици, най-често йони, от различни среди, главно твърди и плазмени, които представляват обширна част от физическа електроника, наречена емисионна електроника .

С появата на полупроводници, полупроводниковата електроника интензивно започва да се развива и на негова основа, електрониката в твърдо състояние. Впоследствие, полупроводниковата електроника също започна да се развива самостоятелно и сега е интердисциплинарна част от физиката. Областите на електрониката в твърдо състояние, като физиката на повърхността, тънките филми и филмовите структури - елементарната база на съвременната микроелектроника, продължават да се отнасят до полето на физическата електроника.

Исторически, една от основните секции на физическата електроника е т.нар. Газова електроника , която изучава процеси в различни газоразрядни радиотехнически устройства, като тиратрони, отводители, ценерови диоди и др. На основата на изучаването на физиката на газовия разряд е разработен основен физически сектор, като физиката на плазмата , който впоследствие се развива самостоятелно. Независимо от това, науката за плазмените медии е съществена част от физическата електроника, тъй като изследва широк спектър от проблеми, свързани с поведението на газ от заредени частици - електрони, йони и дупки, атоми и молекули, включително тези в възбудено състояние, както и кванти на радиационно поле (em. field) и неутрални частици в голямо разнообразие от материални среди: самата плазма като газообразна среда и газ носител (електрони и дупки) в твърди вещества, които се наричат ​​плазмени (или плазмени) и) среда. С развитието на лазерната физика от тази наука се появи основна част, която се занимава с изучаването на законите на поведението на газ от възбудени атоми, молекули и кванти на радиация, наречени квантова електроника .

Вакуум, газове и кондензирана материя могат да влязат в контакт един с друг. За кондензираните медии е въведена концепцията за интерфейса между тези медии или концепцията за повърхността. По традиция повърхността се разбира като област на рязко, рязко изменение на свойствата на веществото. В действителност, в близост до действителната геометрична граница на материалната среда, съществува определена област с крайна дебелина, в която нейните свойства се различават значително от свойствата на веществото в обема .

Всъщност в обема всяка частица взаимодейства само с частици от тази среда и близо до границата, от една страна, с частици от същата среда, а от друга - с частици от средата, с която граничи. Ако втората среда е вакуум, разбити атомни връзки трябва да съществуват на границата на твърдото тяло. Дебелината на граничния слой се определя от разстоянието от повърхността, от което частиците на средата престават да "усещат" влиянието на частиците отвъд неговата граница. Дебелината на такъв слой е поне от порядъка на радиуса на Дебай r D , който за твърда плазма е от порядъка на 1 до 100 nm. Трябва също да се има предвид, че частиците на средата проникват в този слой - съседи поради интердифузията на неутрални атоми, йони, електрони или дупки или бомбардиране с други частици (контакт с газ или вакуум). Когато всички тези процеси се вземат под внимание, характерната дебелина на такъв слой в посока нормална към границата може да достигне размери от порядъка на няколко стотин нанометра.

Така повърхността на твърдите частици е естествен нанообект , в който се проявяват нови качествени свойства. Тези свойства могат да се променят по посока чрез използване на плазма, лъч (потоци частици) и радиация (поток от радиационни кванти) на нано-технологиите на промени в посоката на повърхностните свойства или, с други думи, модификация на повърхностните свойства.

Тъй като в кондензираните среди поведението на частиците, които ги образуват - атоми, йони, електрони и дупки - се подчиняват на законите на квантовата механика, т.е. описани от техните вълнови функции, те проявяват нови свойства, дължащи се на квантово- мерните ефекти - зависимостта на свойствата на наносистемата от съотношението на характерните му размери и характерните размери на корелационната област на различни физични взаимодействия и явления, протичащи в системата на частиците . В тази връзка повърхността може да се счита за най-разпространената естествена наносистема с филмов тип.

Следващата стъпка в модифицирането на повърхностните свойства е отлагането на тънки филми по повърхността му. или слоести филмови структури, чиято дебелина може да бъде от микрона до фракции от микрона, т.е. може да отговаря на условието d < 100 nm. Такива филмови структури служат като основа за изграждане на елементарна база на съвременните микро и в границата d < 100 nm, наноелектроника.

Това са двумерни наноструктури и интеграцията на елементите става в тяхната равнина. Тънките филми могат също да изпълняват функционални задачи на втвърдяване на повърхността, промяна на неговата омокряемост, коефициент на триене и т.н. Ново качество може да бъде постигнато чрез депозиране на атоми върху повърхността на твърдо вещество от тези елементи, които могат да образуват различни вещества, които се различават по своята структура и свойства, т.е. , различни алотропни модификации ( типичен пример е въглерод, който може да съществува под формата на четири алотропни форми, които се различават по вида на хибридизация: sp 3 и sp 2 - тези типове съответстват на стабилни модификации на диамант и графит, както и sp 1 и sp °, които метастабилните модификации съответстват линейно на въглеродна верига (LCC) и лицево-центриран (FCC) въглерод ). В този случай методът за контролирано отлагане на въглеродни атоми в момента е практически единственият метод за синтез на последните две форми на въглерода.

Експерименталното съоръжение за производство на въглеродни филми е вакуумна система, която осигурява импулсно отлагане на въглерод от плазмени снопчета, образувани от вакуумна дъга с йонна плътност 10 13 ... 10 14 cm 3 и степен на йонизация 95%. Честотата на импулсите варира в рамките на 1 ... 30 Hz, продължителността на импулса е 100 μs.

Ионният лъч се формира от източник на йони с ниско налягане. Енергията на Ar + йони, облъчващи повърхността на растящия филм, варира от 0 до 300 eV и зависи както от извличащото напрежение, така и от параметрите на въглеродната плазма. В описаните по-долу експерименти тази енергия е равна на 150 eV. Като субстратни материали бяха използвани NaCl (за електронно-микроскопски изследвания), Si (за електронна спектроскопия), както и стомана, полимери, керамика и др. Работното налягане в камерата е 10 4 Ра.

Нано-обектите могат да съществуват под формата на частици с подходящ размер ( наночастици ), както и на нанокомпозити, образувани от ансамбъл от такива частици. Разнообразието от възможни видове наночастици е много голямо.

Един от основните физически признаци на принадлежност към наносвета е равенството или излишъка на повърхностната енергия на наночастицата в сравнение с нейната обемна енергия. Следователно, отличителна черта на наночастиците е тяхната активност, дължаща се на наличието на висящи връзки на повърхността им. Обикновено това са триизмерни обекти (3D).

Естествено, правото на съществуване има едномерни (ID) и нулемерни системи (0D). Първите са така наречените квантови нишки (квантови проводници), които се образуват при силна анизотропия на свойствата на веществото чрез силно проявление на квантово-размерни ефекти и с диаметър <100 nm (важен пример за квантова нишка са полупроводниковите нанотръби ). Накрая, един екситон може да послужи като типичен пример за нулеворазмерна система или квантова точка .

Наносистемите могат да бъдат организирани по естествен начин - повърхностни, карабинови нанокластери, нанотръби и т.н. - или модифицирани чрез контролиран растеж (тънки филми и филмови наноструктури) чрез отлагане на частици от желаното свойство на повърхността. Такива частици могат да се отлагат от плазмата или от други източници на лъчи на атоми, йони, молекули и важен елемент от тази технология е предварителната подготовка на повърхността, така че да стимулира растежа на необходимата структура на отлагания филм. Това, например, контролира процеса на епитаксиален растеж, при който междуатомните разстояния на отглеждания филм повтарят геометрията на центровете на нуклеация, създадени на повърхността. За да се осъществи такъв процес, е необходимо да се познават подробно физиката на взаимодействието на йони и електрони с повърхността на твърдо вещество.

Описаният процес на йонно стимулиран епитаксиален растеж на филми върху командната повърхност е важен пример за самосглобяване, което е присъща характеристика на нанотехнологията.

Извършва се обширен цикъл на изследване на процесите на взаимодействие на заредени частици - електрони и йони в широк диапазон от енергии - с повърхността на твърдите частици:

· Пръскане на повърхностния материал

· Вторичен йон-йон,

· Йон-електрон

· Електронно-йонна емисия

· Внасянето на частици от лъча в повърхността,

· Отлагане на частици от лъча върху повърхността,

· Промяна на фазовия състав на повърхността,

· Активиране на повърхността и др.

Всички тези процеси се реализират и когато плазмено-разрядната плазма контактува с повърхността и се използват по един или друг начин в различни технологични цикли, като ецване, имплантиране, интеркалиране, отлагане на филмови структури, литография и други технологични цикли на съвременните микро- и с преход към характерни размери. <100 nm, наноелектроника.

Установено е, че нееластичните процеси играят важна роля при взаимодействието на ниско енергийни йони с повърхността на твърдите вещества. Разкрит е основният механизъм на такова взаимодействие, а именно обмен на резонансни заряди. Този процес е в основата на повечето нанотехнологични свойства за модификация на повърхността.

Сред процесите, придружени от (причинени) върху повърхността на твърдите частици от лъчи на заредени частици: електрони и, преди всичко, йони, за разбиране на основната посока на развитие на работата са процесите на електронно и йонно стимулиране на насочен растеж (пръскане, отлагане) на филми от различни въглеродни метастабилни фази на първо място, двуизмерно подредени въглерод с линейна верига (DU LCC).

|





Вижте също:

Механорецептори

Преобразуватели на биохимични реакции в аналитичен сигнал

Квантово-механична теория на свръхпроводимостта

Показва се MEMS

Въглеродни нанотръби

Пространствени характеристики

Времевата характеристика на възприемането на действащи стимули

Човешки сензорни системи

Устройството и принципът на работа на ACM

Устройство и принцип на работа на STM

неутрон

модулатори

Физическата основа на създаването на микро- и нано-електромеханични системи (MEMS)

Прилагане на използването на MEMS в телекомуникациите

Връщане към съдържанието: Физически явления

2019 @ ailback.ru