Самолетни двигатели Административно право Административно право на Беларус Алгебра Архитектура Безопасност на живота Въведение в професията „психолог“ Въведение в икономиката на културата Висша математика Геология Геоморфология Хидрология и хидрометрия Хидравлични системи и хидромашини История на Украйна Културология Културология Логика Маркетинг Машиностроене Медицинска психология Метали и заваръчни инструменти Метали и метали икономика Описателни 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 Социална психология социални и философски проблеми Социология Статистика теоретичните основи на компютъра автоматично управление теория теорията на вероятностите транспорт Закон Turoperator Наказателно право Наказателно-процесуалния управление модерно производство Физика физични явления Философски хладилни агрегати 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 VKontakte Odnoklassniki My World Facebook LiveJournal Instagram

Физическа електроника и нанофизика, нанотехнологии и наноматериали, общи коментари

| | |

Нано-електрониката се появи в процеса на естествена микроминиатуризация 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 фундаментално) физически начини и методи. В наноелектрониката неговата стойност е 100 nm. Това определение на равнинния елемент на наноелектрониката може да бъде обобщено, като се вземе предвид нано-обект (наноструктура) всичко, което има характерен размер <100 nm, в поне едно измерение (посока).

Физическата електроника в най-общия смисъл на думата е клон на физиката, който изучава явленията, свързани с движението на заредените частици и на първо място електроните (оттук и името „електроника“) в различни материални среди, включително физически вакуум.

Това е на първо място вакуумна електроника , която изучава процесите, които се случват по време на движението на заредени частици във вакуум и които се основават на законите на това движение.

Това включва цялата електронна оптика, електронна и йонна микроскопия, както и физиката на явленията, възникващи в различни радиоинженерни устройства, като електронни тръби и устройства, използвани за генериране или усилване на електромагнитно излъчване, включително микровълновия обхват. Последната посока вече се е оформила по своему - микровълнова физика (или микровълни).

Второ, това са явленията на излъчването на електрони и атомни частици, най-често йони, от различни среди, главно твърди частици и плазма, които съставляват обширен раздел от физическа електроника, наречен емисионна електроника .

С появата на полупроводници полупроводниковата електроника започва да се развива интензивно и на нейната основа - твърдо състояние. Впоследствие полупроводниковата електроника също започва да се развива независимо и в момента е интердисциплинарен клон на физиката. Областите на физическата електроника продължават да включват такива раздели на твърдо състояние на електрониката като физика на повърхността, тънки филми и филмови структури - елементната база на съвременната микроелектроника.

В исторически план един от основните отрасли на физическата електроника беше така наречената газова електроника , която изучаваше процеси в различни газоразрядни радиоинженерни устройства, като тиратрони, разрядители, ценерови диоди и др. Въз основа на проучване на физиката на газов разряд, такъв голям клон на физиката като физиката на плазмата се оформи и впоследствие получи независимо развитие. Независимо от това, науката за плазмените среди е важен компонент на физическата електроника, тъй като изучава широк спектър от проблеми, свързани с поведението на газ от заредени частици - електрони, йони и дупки, атоми и молекули, включително тези във възбудено състояние, както и радиационни кванти (ЕМ полета) и неутрални частици в различни материални среди: самата плазма като газообразна среда и газът на носители на заряд (електрони и дупки) в твърди частици, които обикновено се наричат ​​плазмени (или плазмени) i) среда. С развитието на лазерната физика се появи голям раздел от тази наука, свързан с изучаването на законите на поведението на газовете на възбудени атоми, молекули и квантови лъчения, наречени квантова електроника .

Вакуумът, газовете и кондензираната среда могат да бъдат в контакт помежду си. За кондензирани медии се въвежда концепцията за интерфейса между тези носители или концепцията за повърхността. Традиционно повърхността се разбира като област на рязка, спазматична промяна в свойствата на веществото. Всъщност в близост до геометричната граница на самата материална среда съществува определен участък с ограничена дебелина, в който неговите свойства се различават значително от свойствата на веществото в насипното състояние .

В действителност, в обема всяка частица взаимодейства само с частици от тази среда и в близост 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, на границата на твърдото вещество трябва да съществуват скъсани атомни връзки. Дебелината на граничния слой се определя от разстоянието от повърхността, започвайки от което частиците на средата престават да „усещат“ влиянието на частици отвъд нейната граница. Дебелината на такъв слой е най-малко от порядъка на радиус Debye r D , който за твърдоплазмена плазма е от порядъка на 1 до 100 nm. Трябва също да се има предвид, че частици от съседна среда проникват в този слой поради интердифузията на неутрални атоми, йони, електрони или дупки или бомбардиране от други частици (контакт с газ или вакуум). Когато се вземат предвид всички тези процеси, характерната дебелина на такъв слой в посока, нормална към границата, може да достигне размери от порядъка на няколкостотин нанометра.

И така, повърхността на твърдите вещества е естествен нано-обект, в който се проявяват нови качествени свойства. Тези свойства могат да бъдат променени по посока, като се използват плазмени, радиационни (потоци от частици) и радиационни (квантови потоци радиации) нанотехнологии за директно изменение на повърхностните свойства или с други думи, промяна на повърхностните свойства.

Тъй като в кондензираната среда поведението на частиците, които ги образуват - атоми, йони, електрони и дупки - се подчинява на законите на квантовата механика, т.е. се описва от техните вълнови функции, в тях се появяват нови свойства, дължащи се на квантоворазмерни ефекти - зависимостта на свойствата на наносистемата от съотношението на нейните характерни размери и характерните размери на корелационния регион на различни физически взаимодействия и явления, възникващи в системата от частици . В това отношение повърхността може да се счита за може би най-разпространената естествена наносистема и тип филм.

Следващата стъпка в промяната на свойствата на повърхността е отлагането на тънки филми върху повърхността му или слоести филмови структури , чиято дебелина може да бъде от микрони до фракции на микрона, т.е. може да удовлетвори условието d < 100 nm. Такива филмови конструкции служат като основа за изграждане на елементарната основа на съвременната микро-, а в граница d < 100 nm - наноелектроника.

Това са двумерни наноструктури и интеграцията на елементите става в тяхната равнина. Тънките филми могат също така да изпълняват функционалните задачи за втвърдяване на дадена повърхност, промяна на нейната омокряемост, коефициент на триене и пр. Ново качество може да бъде постигнато чрез отлагане върху повърхността на твърди телесни атоми на онези 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 в четири алотропни форми, които се различават по типа на хибридизация: sp 3 и sp 2 - тези типове съответстват на стабилни модификации на диамант и графит, както и sp 1 и sp °, на които метастабилните модификации линейно съответстват въглерод (LFC) и лицево-центриран (fcc) въглерод ). Освен това методът на контролирано отлагане на въглеродни атоми понастоящем е единственият метод за синтез на последните две форми на въглерод.

Експерименталната инсталация за производство на въглеродни филми е вакуумна система, която осигурява импулсно отлагане на въглерод от плазмени съсиреци, образувани от вакуумна дъга с йонна плътност 10 13 ... 10 14 cm 3 и степен на йонизация от 95%. Честотата на пулса варира между 1 ... 30 Hz, продължителността на импулса е 100 μs.

Йонният лъч се образува от йонен източник с ниско налягане. Енергията на Ar + йони, облъчващи повърхността на нарастващия филм, варира между 0-300 eV и зависи както от екстракционното напрежение, така и от параметрите на въглеродната плазма. В описаните по-долу експерименти тази енергия е равна на 150 eV. Използваните субстратни материали са NaCl (за изследвания с електронна микроскопия), Si (за електронна спектроскопия), както и стомана, полимери, керамика и др. Работното налягане в камерата е 10 4 Pa.

Нанообектите могат да съществуват под формата на частици със съответния размер ( наночастици ), както и нанокомпозити, образувани от ансамбъл от такива частици. Разнообразието от възможни видове наночастици е много голямо.

Един от основните физически признаци на принадлежност към наносвет е равенството или излишъкът от повърхностната енергия на наночастицата в сравнение с нейната обемна енергия. Следователно отличителното свойство на наночастиците е тяхната активност поради наличието на увиснали връзки на повърхността им. В общия случай това обикновено са триизмерни обекти (3D).

Естествено, едномерна (ID) и нулевимерни системи (0D) имат право да съществуват. Първите включват така наречените квантови нишки (квантови проводници), които се образуват при условия на силна анизотропия на свойствата на веществото чрез силно проявление на ефектите от квантовия размер и с диаметър <100 nm (полупроводниковите нанотръби са важен пример за квантова нишка). И накрая, екситонът може да служи като типичен пример за нулева-размерна система или квантова точка .

Наносистемите могат да бъдат организирани естествено в природата - повърхността, карабиновите нанокластери, нанотръбите и т.н. - или да бъдат модифицирани чрез контролиран растеж (тънки филми и филмови наноструктури) чрез отлагане на частици от желаното свойство върху повърхността. Такива частици могат да се отлагат от плазма или други източници на лъчи на атоми, йони, молекули и важен елемент на тази технология е предварителната подготовка на повърхността, така че да стимулира растежа на необходимата структура на депозирания филм. Това, например, контролира епитаксиалния растежен процес , при който междутомните разстояния на порасналия филм повтарят геометрията на нуклеационните центрове, създадени на повърхността. За да осъществите този процес, трябва да знаете подробно физиката на взаимодействието на йони и електрони с повърхността на твърдо вещество.

Описаният процес на йон-стимулиран растеж на епитаксиален филм върху командната повърхност е важен пример за самосглобяване, което е неразделно свойство на нанотехнологиите.

Провежда се обширен цикъл от изследвания върху процесите на взаимодействие на лъчите на заредени частици - електрони и йони в широк диапазон от техните енергии - с повърхността на твърдите вещества:

Пръскане на повърхностен материал

Вторичен йон-йон

· Йонно-електронни,

· Електронно-йонна емисия,

· Въвеждане на частици от лъча в повърхността,

· Пръскане на частици лъч по повърхността,

· Промяна във фазовия състав на повърхността,

Повърхностно активиране и т.н.

Всички тези процеси се реализират и когато газоразрядната плазма влиза в контакт с повърхността и по някакъв начин се използва в различни технологични цикли, като офорт, имплантация, интеркалация, отлагане на филмови структури, литография и други технологични цикли на съвременните микро- и с прехода към характерни размери <100 nm, наноелектроника.

Установено е, че нееластичните процеси играят важна роля във взаимодействието на нискоенергийните йони с повърхността на твърдите вещества. Разкрива се основният механизъм на това взаимодействие, а именно - резонансният обмен на заряд. Този процес е в основата на повечето модификации на повърхностните нанотехнологии.

Сред процесите, които са придружени (причинени) на повърхността на твърди частици от лъчи на заредени частици: електрони и на първо място йони, за да се разбере основната посока на развитието на работата, има процеси на електронно и йонно стимулиране на насочен растеж (разпрашване, отлагане) върху него на филми с различни въглеродни метастабилни фази и на първо място от двумерно подреден линеен въглерод (ДУ ЛЦУ).

| | |





Прочетете също:

Сетивно възприятие

Устройство и принцип на работа на STM

Механорецептори

наноелектрониката

Зееман ефект

Въведение във физическите явления

Сканиращ SQUID микроскоп

Сензори за проводимост

графен

Принципи на действие на SSM-77

Сканиране на магнитни микроскопи на базата на свръхпроводящи квантови интерферометри (SQUID - микроскопия)

MEMS дисплеи

Връщане към съдържанието: Физически явления

2019 @ ailback.ru