POLJSKA EMISIJA (MINIATURIZACIJA KATODNE CEVI)

Transcription

1 POLJSKA EMISIJA (MINIATURIZACIJA KATODNE CEVI) V zadnjih 50 letih smo priče posebnemu tehnološkemu procesu, imenovanemu miniaturalizacija. Če je bil konec 19. in nekje do sredine 20. stoletja zaznamovan z velikanskim napredkom v razumevanju temeljnih zakonov narave, je čas po njem njegova logična posledica. Ta se kaže predvsem v izjemnem tehnološkem napredku. Razumevanje temeljnih zakonov, je omogočilo razvoj danes ene najbolj razširjenih ved, elektronike. S procesom miniaturalizacije je postala elektronika, ki je bila sprva privilegij znanstvenikov, dostopna vsem. V bivanjski prostor je vnesla nov način življenja, brez katerega si naš vsakdan ne predstavljamo več. Ne smemo pa zanemariti prednosti, ki jo je dala raziskovalcem. Ti lahko svoje delo dandanes opravljajo na dosti bolj učinkovit način. To pa seveda bistveno prispeva k še večjemu napredku. (Žal ima napredek tudi slabe strani.) VENGUST DAMJAN

2 Kazalo: 1) UVOD 2) FIZIKALNI ZAKONI 2.1) ZAČETKI NOVE TEORIJE 2.2) RELATIVNOST 2.3) DUALNOST NARAVE 2.3.1) SVETLOBA 2.3.2) DELCI 2.3.3) DELCI ALI VALOVI??? 3) ELEKTRONSKA EMISIJA 3.1) FOTOEFEKT IN SEKUNDARNA EMISIJA 3.2) TERMIČNA EMISIJA 3.3) EMISIJA V POLJU 3.3.1) TEORIJA 3.3.2) FIELD EMISSION DISPLAY 3.3.3) SAMOZDRUŽEVANJE (SELF ASSEMBLING) IN FULERENI 3.3.4) ANORGANSKE NANOCEVKE 3.3.5) EMISIJA V POLJU IN MIKROSKOPIJA 4)ZAKLJUČEK 5)LITERATURA

3 1) UVOD Naš bivanjski prostor je obkrožen z raznovrstnimi napravami. Načina delovanja le teh pa se sploh ne zavedamo. Pa naj si bodi to preprosta žarnica, ali pa televizijski sprejemnik. Vsaka še tako zapletena naprava temelji na osnovnih zakonih narave. Če želimo izboljšati način njenega delovanja, je nemalokrat potrebno poseči prav v temelje. Kadar pa nam to ni dovolj in obstaja predvsem v današnjem času cenejši način opravljanja iste funkcije, spremenimo oz. zamenjamo kar temelje. Televizijski Sprejemnik in podobni dvodimenzionalni prikazovalniki bazirajo na tehnologiji, ki je stara več kot 100 let. Imenuje se katodna cev. Ta tehnologija pokriva večino svetovnega tržišča dvodimenzionalnih prikazovalnikov. Žal pa potrebuje za svoje delovanje precej prostora. V zadnjih letih se uveljavljajo tanki zasloni (flat screan).: -LCD -zaslon na plazmo -emisija v polju Za razumevanje delovanja take naprave moramo najprej spoznati osnovne zakone narave, ki omogočajo sevanje vidne svetlobe. Ta je vendar tista, ki nam prikazuje sliko na zaslonu. 2) FIZIKALNI ZAKONI 2.1) ZAČETKI NOVE TEORIJE S koncem 19. in v začetku 20. stoletja, se je bistveno spremenil pogled na delovanje sveta okoli nas. Poskus, da bi s tedanjimi pogledi in zakoni razložili nekatere eksperimente, je naletel na velikanska odstopanja. Zaradi natančnejšega poteka meritev so opazili tudi veliko drugih pojavov. Ti pa niso bili neki naključni dogodki, ampak večkrat ponovljiva dejstva. Tedanji znanstveni srenji je postalo jasno, da je potrebno pogled na svet razširiti, ali pa spremeniti bistva. Zaradi nekaterih izjemnih posameznikov, se je uveljavila slednja. Ta, ne samo da je zadovoljivo razložila novodobne eksperimente, ampak je dokaj točno napovedala tudi nekatere nove. V naslednjih 50 letih se je razvil pogled na svet, ki je postavil fiziko na trdna temelja, jo praktično poenotil in dal občutek, da se svet vrti na ta način. Princip delovanja vsake še tako zapletene naprave, lahko s fizikalnega stališča razložimo na dokaj preprost način. S tem pa ne mislim, da je ta pogled pravilen oz. zadosten. Tak način razlage je zadovoljiv, če nam približno opiše dogodke, ki bodo sledili ob eksperimentu. V naslednjem razdelku bom poskušal na razumljiv način predstaviti zakone, ki jih bomo pri razlagi delovanja zaslonov in podobnih naprav, temeljočih na pojavu elektronske emisije, potrebovali. 2.2) RELATIVNOST Vsak, ki je imel že kdaj opraviti s fiziko, pa čeprav samo v filmu, je gotovo slišal za Einsteinovo teorijo relativnosti. (5 publikacij A. Einstein Annalen der Physik 17, (1905) znana tudi kot Einsteinova izdaja. Ta vključuje posebno teorijo relativnosti. Kasneje pa je objavil še splošno teorijo relativnosti. Leta 1921 je za razlago fotoefekta, ki ga bomo spoznali kasneje, prejel Nobelovo nagrado) Teorija relativnosti opisuje delce, ki se gibljejo blizu svetlobne hitrosti ( km/s). Med drugim pa tudi dovoljuje vpogled v dogajanje, iz katerega koli opazovalnega sistema, le da je ta dlje od teles z veliko maso. Ampak relativnost pri razlagi elektronske emisije ne bomo potrebovali, saj se naši delci ne gibljejo z zahtevano hitrostjo.

4 2.3) DUALNOST NARAVE Človek s svojo telesno anatomijo zaznava materijo tako da jo tipa in svetlobo tako da jo gleda. Tu pa bom z biologijo prekinil. Nisem naključno navedel samo dveh lastnosti človeške zaznave. Vse kaže, da sta materija(od slej naprej jo bom imenoval delci) in pa svetloba tisto kar nas obdaja. Pred 100 leti sta bila to dva čisto ločena pojma. Merljiva vsak na svoj način ) SVETLOBA Da je svetloba elektromagnetno(em) valovanje, smo slišali že v osnovni šoli. Prav tako vemo, da je EM valovanje tudi rentgen, radijski signali in podobno. Osredotočimo se na valovanje kot pojem. Vemo, da valujeta morje in zvok. Val opazimo tudi pri vrvi, ko en konec hitro premaknemo iz ene lege v drugo. V navedenih primerih nihajo delci. Pri svetlobi valujeta električno in magnetno polje. Matematično so valovanje dobro opisali že pred 100 leti. Vendar so potrebovali medij (snov, kjer poteka valovanje.) Pri EM valovanju je bilo slednje težko določiti. EM valovanje je potovalo(se je širilo), tudi po praznem prostoru (v vakuumu). Izmislili so si nekakšen eter. Ker zemlja v vesolju ne predstavlja kakšno posebno mesto, smemo zagotovo trditi, da ima glede na eter neko hitrost. (Že v našem osončju potuje s hitrostjo 30km/s. Pa tudi naše osončje ni nič kaj posebno v vesolju.) Pričakovati smemo, da svetloba, ki je pripeta na eter, iz zemlje potuje v različnih smereh z različno hitrostjo. Hitrost zemlje glede na eter je poskušal izmeriti Michelson s pomočjo svojega interferometra (razvil ga je leta 1880, poskus opravil 1881). Michelson- Morleyev poskus leta 1887, s še natančnejšim interferometrom ni dal želenih rezultatov. Einstein je v enem od svojih člankov l predlagal, naj bo hitrost svetlobe v vakuumu, ne glede na to kdo in kam se giblje, vedno ista ( km/s). Danes pravimo, da ima vakuum lastnost, da prenaša svetlobo. Ne glede na smer in hitrost gibanja opazovalca in sprejemnika je vedno enaka km/s. Valovno lastnost svetlobe lahko s pridom uporabimo pri interferenci. Če poskrbimo, da imata dva žarka isto frekvenco valovanja in enako fazo, (koherentna vala) lahko zelo natančno izmerimo razliko poti med obema žarkoma. (Tudi Michelsonov interferometer deluje na ta način.) 2.3.2) DELCI Ko slišimo besedo delec imamo najpogosteje v mislih elektrone, protone in nevtrone. Z vidika fizike, pa jih moramo razvrstiti malo drugače. V grobem jih lahko razvrstimo v dve podvrsti: Leptoni med njim nam vsem znan elektron. In pa gradniki hadrionov kvarki, ki niso samostojni ampak se vežejo. Večina materije, ki nas obdaja, je sestavljena iz atomov. Ti pa so sestavljeni iz elektronov, ki so energijsko vezani na jedro (protoni, nevtroni). Z razliko od EM valovanja se delci zdijo kot neka zaključena celota, ki se lahko premika ali pa stoji. Lahko jim pripišemo energijo in gibalno količino. Na ta način lahko razložimo trke delcev med seboj. Če imajo pri tem še naboj, lahko razložimo njihovo obnašanje v električnem ali magnetnem polju. Elektroni (1897 J.J.Thomson) negativni delci, se v električnem polju kondenzatorja odklonijo proti pozitivno nabiti plošči. Tudi EM valovanju pripišemo energijo. Ko posvetimo na črno telo, se le to segreje. (Zakaj črno in čemu se segreje tukaj ne bom opisoval.) Za nas je dovolj dejstvo, da smo telesu, ki smo ga segreli, najverjetneje dovedli energijo.torej če močno svetimo, (intenziteta svetlobe večja) dovedemo telesu več energije. Matematika valovanje opisuje kot kontinuitetni pojav. Prav tako ga moramo razumeti, če želimo razložiti interferenco EM valovanja. Zalomi pa se pri razlagi fotoefekta ) DELCI ALI VALOVI??? Fotoefekt je pojav, kjer svetloba izbije snovi vezane elektrone. Za vidno svetlobo so to predvsem tisti elektroni, ki so razmeroma šibko vezani in se praktično prosto gibljejo po kovini. Z večanjem svetlobnega toka so želeli pokazati, povečano število izbitih delcev. Temu pa ni bilo tako. Izkazalo se je, da v nekaterih primirih elektronov iz kovine praktično ni bilo. Pa čeprav so intenziteto svetlobe stalno povečevali.

5 Henrich Hertz je leta 1887 pokazal, da je količina izbitih elektronov odvisna od valovne dolžine svetlobe, s katero svetimo na kovino.razlago pa je predlagal Albert Einstein, v enem od svojih člankov, šele leta Planck-ovo idejo je razširil in dejal, da svetloba potuje v obliki končno majhnih paketov. Vsak tak paket reagira z elektronom in mu da svojo energijo. Priredil jim je energijo, s tem pa tudi navidezno gibalno količino. Danes temu pravimo delčna lastnost valovanja, saj ima podobne lastnosti. Energija enega takega paketa je enaka: E= h ν Z delci pa je bil podoben križ. Snop elektronov je interferiral. To pa se je dalo razložiti izključno z valovno naravo delcev. Prvi je na to misel prišel Luis Victor duc de Broglie. Delcem je priredil naslednjo valovno dolžino : λ= h m v (Kaj pa naj bi valovalo, je ostalo do danes skrivnost.) Iz gornje enačbe se da sklepati, da imajo delci, ki so pri miru, velikansko valovno dolžino. To pa napelje na misel, da bi se tak mirujoč delec nahajal lahko praktično kjerkoli v vesolju. Relacijo med gibalno količino in položajem delca je predlagal Werner Heisenberg: x p h 4 π Tej zvezi pravimo tudi načelo nedoločenosti. (kraja in gibalne količine). Piko na i kvantni mehaniki je postavil Ervin Schrodinger. Delcu ni pripisal le valovno dolžino, ampak kar valovno funkcijo, odvisno od časa in kraja. Kadar je taka funkcija normirana, da naslednja enačba: Ψ Ψ V verjetnost nahajanja delca v območju integrala. (ψ je valovna funkcija.) Schrodingerjeva enačba ima naslednjo obliko: h2 i δψ y2 4 π 2 k δ r { + V Ir M Ψ = h 2 π δψ δt Ta enačba zadovoljivo opisuje sisteme delcev. Pa naj si bodi to elektron v atomu, ali pa zemlja v našem osončju. Potrdila je Bohrov model atoma, ki pravi, da so elektroni v atomu vezani v diskretnih stanjih. Vsakemu takemu stanju pripišemo vezavno energijo. Če ga želimo premakniti v višje energijsko stanje sta pogoja naslednja: -Dovesti mu moramo toliko energije, kolikor je razlika med dvema stanjema. Pri tem je vseeno če to naredimo z EM valovnim paketom, ali pa s trkom drugega delca. -Višje energijsko stanje mora biti prazno (brez elektrona.) Kadar pa je prazno nižje energijsko stanje, elektron po nekem reakcijskem času sam preide tja. Pri tem pa odda energijsko razliko stanj, v obliki EM valovanja. S temi osnovnimi zakoni narave in s poznavanjem matematike, pa že lahko v grobem razložimo pojave elektronske emisije.

6 3) ELEKTRONSKA EMISIJA Barva svetlobe je točno določena z njeno energijo. Najenostavneje pa energijo damo elektronu. To naredimo tako, da katodo in elektrodo nabijemo z napetostno razliko. Prosti elektroni v okolici anode pospešijo v električnem polju do energije: E= e 0 U a Pri tem je U anodna napetost e 0 pa osnovni naboj. Elektroni s tako kinetično energijo izbijajo elektrone iz nekaterih energijskih stanj na flurescentnem zaslonu. Ti ob prehodu v prejšnje stanje sevajo EM valovanje določene energije, s tem pa tudi želene barve. 3.1) FOTOEFEKT IN SEKUNDARNA EMISIJA Podobno kot s fotoefektom, ki sem ga opisal v prejšnjem poglavju, lahko elektrone zbijemo tudi z obstreljevanjem kovine z drugimi delci. Temu pojavu pravimo sekundarna emisija. 3.2) TERMIČNA EMISIJA Prav tako pa lahko elektron izbijamo iz kovine tudi s segrevanjem. Ob segrevanju se kovini poveča notranja energija. Elektroni s tem pridobijo na kinetični energiji in ko ta preseže vezavno energijo ali t.i. izstopno delo, postanejo prosti. Termično emisijo je podrobneje raziskal Owen Richardson, ki je leta 1928 za to prejel tudi Nobelovo nagrado. Gostota elektronskega toka je v naslednji zvezi s temperaturo kovine: j= A T 2 e W 0 kt Pri tem je W 0 izstopno delo A pa Richardsonova konstanta (0.006 A/m 2 K 2 ). Ti naravni pojavi so vzrok rojstvu ene najbolj uporabnih naprav imenovane katodna cev. Dandanes si na sončni strani Alp večera brez televizijskega sprejemnika ne predstavljamo več (lastne izkušnje). Katodna cev CRT Princip delovanja katodne cevi: Anodo predstavlja filament, iz katerega z električnim tokom izparevamo elektrone. Ti se proti katodi, zaradi napetosti med njima, pospešijo do kinetične energije e*u. S tako kinetično energijo jih preko tuljav in kondenzatorjev vodimo na flurescentni zaslon.( Tuljave in

7 kondenzatorji so vzrok, da se katodna cev z leti ni bistveno zmanjšala. So pa nujno potrebni pri fokusiranju in usmerjanju curka elektronov.) CRT SEM Naj sedaj omenim še eno napravo, ki je prav tako veliko prispevala, k današnji podobi sveta. To je SEM (elektronski vrstični mikroskop). Podobno kot v katodni cevi tudi tukaj pospešujemo elektrone in jih namesto na zaslon vodimo na prevodno površino. Pri tem težimo k čim tanjšemu elektronskemu snopu katerega vodimo po površin. Elektroni se od površine odbijajo ali pa povzročajo sekundarno emisijo in notranji fotefekt. Oba tipa elektronov in zarkov gama prispevajo veliko informacij o tanki površinski plasti. Prednost takih mikroskopov pred optičnimi, je tako kvantitativna kot kvalitativna. Z njim lahko določimo energijsko sestavo tanke plasti pod površino.(z energijsko sestavo imam v mislih razporeditev energijskih stanj napolnjenih z elektroni, ta pa so za mnoge elemente periodnega sistema edinstveni. SEM 3.3) EMISIJA V POLJU (Field emission ) 3.3.1) TEORIJA Emisijo elektronov iz površine (hladne) kovine so opazili tudi v močnem električnem polju. Sprva so emisijo pripisali le šibki termični emisij. Teoretično razlago tega pojava sta ponudila R.H.Fowler in L.Nordheim. Pojav so imenovali high-field emission, danes pa na kratko pravimo le field emission.

8 Če želimo razumeti pojav, se moramo opreti na Schrodingerjevo enačbo. Vrnimo se v čas Issaca Newtna in si predstavljajmo kroglico v posodi. Če želimo spraviti kroglico iz posode, ji moramo dovesti kinetično energijo v višini potencialne energijske razlike med dnom in vrhom posode. Pravimo tudi, da ji moramo dovesti energijo, v višini energijske bariere. Prav tako negativna energija elektrona vezanega na kovino, predstavlja energijsko bariero. Oba primera lahko opišemo s Schrodingerjevo enačbo. Prvi ne da pretresljivih podatkov, kinetična energija mora biti razreda potencialne bariere. Pri drugem pa enačba dopušča verjetnost, da elektron zaide iz površine, tudi če dobi mnogo premalo kinetične energije, Če zaide na območje velikega električnega polja, ga le ta posrka. Pojav imenujemo tuneliranje. Podoben pojav opazimo tudi pri EM valovanju. Prizmo lahko postavimo v tako lego, da se EM valovanje, ki gre skozi, totalno odbije. To pomeni, da za prizmo ni EM valovanja. Tudi temu območju pravimo prepovedano. Če sedaj k naši prizmi postavimo še eno, tako da je špranja med njima primerljiva z valovno dolžino, pa bo šel del svetlobe skozi. (Tuneliral skozi prepovedano območje). Uporaben optični element, ki bazira na tem pojavu,in ga pogosto najdemo v interferometrih,je beam splitter. Vrnimo se k R.H.Fowler in L.Nordheim- ovemu predlogu za gostoto elektronov, ki emitirajo v polju Pri tem so E električno polje, C in B konstanti, A je seveda površina kovine, v(y) in t(y) pa se v praksi izpuščata. Da bi dobili tok nekaj mikro amperov, je v tej enačbi potrebno polje velikosti 10,000 MV/m v praksi pa se je pokazalo, da je dovolj le nekaj MV/m. Krivdo za razliko pripišemo površini kovine, ki ni idealno ravna. Posvetimo se sedaj hrapavi kovini in električnemu polju tik ob njej. Ko med dve plošči pripeljemo napetost, je na celotnem območju plošče potencial enak. Predstavljajmo si sedaj, da je na eni plošči tanka bucka, ki ima približno sferno konico. Polje v okolici take konice pada s kvadratom razdalje. Elektron, ki bi zašel na to območje, bi imel dodatno negativno potencialno energijo: W=eE(r)dr

9 Na razdalji L bi imel elektron energijo el. polja nasprotno enako njegovi vezavni energiji in bi bil torej prost. Problem rešimo s pomočjo stacionarne Schrodringerjeve enačbe: E f je fermijeva energija Vo -E f iztopno delo kovine. Elektroni, ki največ prispevajo k emisiji pri sobni temperaturi, so elektroni s približno fermijevo energijo. Kot vidimo na gornji sliki morajo ti elektroni premagati trikotno bariero širine L. S pomočjo robnih pogojev in posebnih matematičnih lastnostih, ki jih ima valovna funkcija, določimo njeno vrednost za tri različna območja. Norma 1. valovne vunkcije na območju do 0 proti normi 3. valovne funkcije od L naprej nam da verjetnost za tuneliranje. Izbolšana Fowler-Nordheim teorija, ki vključuje faktor lokalizirane vrednosti električnega polja β, dobro opisuje emitiranje elektronov tudi z nekaterih sodobnih emitorjev. Ti imajo premer le nekaj nanometrov: Napetost med takima ploščamana, (s konicami premera nekaj 100 nm, razdalja med ploščama je nekaj mm) ne presega 100 V, emisja elektronov pa je dovolj velika za detekcijo. Tudi ta razlaga pa se podere, ko opisujemo konice, ki imajo premer 1 nm in manj. Sistema kjer je na konici malo atomov, ne moremo opisati s pomočjo statistične mehanike. Trčimo ob večdelčni sistem. Tehnologija izdelave takih majhnih emitorjev, v času razlage te teorije, ni bila mogoča. Zato je šele sredi 1960 let Cap Spindt na Stanfort Research Institute razvil metodo izdelovanja mikronskih emitorjev stožičaste oblike. Napetost med katodo in anodo je bila manj kot 1000V. Med tem ko je na konicah, polje dosegalo vrednost nekaj MV/m in je omogočala hladno emisijo) Rodil se je prvi field emission display ali na kratko FED. Da se je sploh lahko pozicioniral na tržišču, je imel pred ostalimi tankimi zasloni in pa katodno cevjo nekatere prednosti. -imel je flurescentni zaslon katerega tehnologija je bila znana saj ga uporablja tudi CRT. -posledica tega je bila tudi zmožnost opazovanja iz velikih zornih kotov (pri LCD-ju to ni samoumevno.)

10 -visoka resolucija Žal pa je bila tehnologija izdelave mikrotipov in pa vrat dokaj draga ) FIELD EMISSION DISPLAY Razlaga hladno emisijskega efekta in poznavanje CRT ja nam orišeta delovanje FED-a. Razlika med njima je v prikazovanju na zaslon. Pri CRT snop elektronov s konstantno hitrostjo vozimo po zaslonu,(dva kondenzatorja X,Y) pri tem pa od mesta do mesta (peak to peak) spreminjamo jakost. Za tanke zaslone pa uporabljamo t.i.matrično naslavljanje. Namesto, da bi vsako točko na zaslonu posebej naslavljali, povežemo emitorje v matrično strukturo. Za želeni emitor naslovimo stolpec in vrstico v katerih se nahaja, z dvema ločenima napetostima. S tem povzročimo prižig emitorjev v celem križu. Vendar sveti le srednji ker ima le ta dovolj veliko napetost (vsoto vrstice in stolpca). Ker je svetlost odvisna od napetosti emitorja in vrat moramo za večjo svetlost stolpcu in vrstici pripeljati večjo napetost. Ta pa lahko povzroči emiteranje celega križa. Neželenemu efektu pravimo crosstalk. Metrično naslavljanje Enostavno diodno strukturo (anoda, katoda), v sodobnih FED zamenjuje triodna struktura, z anodo, vrati in katodo. Struktura vrat omogoča boljši nadzor in večjo jakost emisijskega toka.

11 Značilnost emitorjev je v njihovi geometriji, potrebno pa je tudi nizko izstopno delo elektronov in dobre mehanske lasnosti. Silikon kot prvi stožičast emitor le teh ni imel, zato so predlagali druge. Na primer Molibden in Niobij, ki sta v razvojnih fazi FED-a predstavljala glavni proizvodni material.odlične lastnosti pa je obetal tudi diamant. (Vprašljiva je bila seveda cena). Ogljik je na splošno zelo zanimiv. Predvsem zaradi grafitne in daleč najuporabnejše diamantne strukture kristalov. Pa vendar diamant ni bil tisti, ki bi povzročil revolucijo v elektronski poljski emisiji. Prehitela ga je struktura, ki je bila v tesnem sorodu z njim in grafitom ) SAMOZDRUŽEVANJE (SELF ASSEMBLING) IN FULERENI Richard E. Smalley in Robert F. Curl Jr. Sta leta Odkrila danes poimenovano kar tretjo osnovno obliko ogljika C 60. (fuleren) To je molekula z najbolj sferično obliko. C 60 model enoplastne nanocevke Leta 1991 je Sumio Iijima pri sintezi fulerena C 60, po naključju odkril nastanek večplastnih ogljikovih nanocevk. Dve leti pozneje pa so naredili tudi enoplastne nanocevke SWNT. To je edina oblika ogljika, ki ga v vesolju niso odkrili. (C 60 se po besedah astrofizikov nahaja v medzvezdnem prahu). Pri Samsung-u so kmalu za tem naredili prvi FED ki je za emitor uporabljal ogljikove nanocevke. Prednost ogljikovih nanocevk ni samo v strukturi, pač pa tudi v posebnem procesu imenovanem samourejanje. Nanocevke pri posebnih pogojih (tlak, temperatura ) rastejo urejeno in lahko tudi pravokotno s podlago. To pa predstavlja idealne emitorje katerih strukture ne urejamo robotsko ampak s fizikalnimi količinami in kemično sestavo. (Primer samourejanja so živa bitja. Tehnologija samourejanja pa nas približuje k človeški rekonstrukciji narave) 3.3.4) ANORGANSKE NANOCEVKE Spojine ki bazirajo na ogljiku imenujemo organske. (po mojem mnenju iz zgodovinskih razlogov.) Na IJS zelo uspešno razvijajo tehnologijo rasti anorganski nanocevk. Tudi zanje je značilno samourejanje. (MoS 2 NbS 2 WS). Tehnologija je poceni, ni pa dorečena nadzorovana rast in homogenost izhodnih surovin. Moje delo na IJS je bila spektrosokopska karakterizacija izhodnih materjalov. V množici različnih nanocevk je uspela sinteza tudi cevkam podobnih struktur (tanki in dolgi). Ta je enostavnejša in večkrat ponovljiva. Izhodne surovine so bolj homogene. Njihova podobnost z nanocevkami se kaže tudi v spektroskopskih analizah.

12 Ne vemo pa še dosti o njihovih fizikalnih lastnosti, med drugim tudi kakšne so njihove emisijske sposobnosti. MoS2 nanosevke v bandljih. Nanocevka. Snopi nanocevk naneseni na katodo 3.4) EMISIJA V POLJU IN MIKROSKOPIJA 3.4.1) SEM IN POLSKA EMISIJA Poleg dvodimenzionalnih prikazovalnikov, pa se poljska prav tako kot termična emisija uporablja za mikroskopijo. Sodobni SEM-I bodo namesto termične emisije uporabljali poljsko emisijo. Uporaba slednje, ni razšerjena predvsem zaradi problemov z geometrijo posameznih emitorjev. Ti morajo biti dokaj natančno postavljeni in usmerjeni v katodni cevi, da bi jih lahko zamenjali s filamentom ) FEM in FIM Leta 1951 je Ervin Muller razvil field ion microscop (FIM) s pomočjo katerega so prvič opazovali atomsko strukturo. Izdelava in delovanje FIM-a, sta preprostejša in zato cenovno mnogo bolj ugodna. Jedro mkroskopa predstavlja posebej oblikovan vzorec, sferno nanešen na tanko konico. Ta se nahaja v inertni atmosferi (najpogosteje sta to neon ali helij), pri tlaku približno 0,002 milibara. Pozitivno nabita konica ionizira inertni plin in ione pospešuje proti fosfornemu zaslonu. Ta na tem mestu seveda sveti.

13 Konica, ki pospešuje ione Slika FIM na florescentnem zaslonu Za ionizacijo je potrebno zelo veliko električno polje. V polju je potrebno doseči energijo okoli 40 ev. Tako energijo, pa bi doselge elektron v polju razreda 1000V/m na razdalji x=40 ev/ee t.j. 0,04 m. Pri tlaku 1 bar je, povprečna prosta pot elektrona premajhna, da bi doselgel tako energijo. (10,000x premajhna ) Pri našem tlaku, pa je to dovloj. Če povečamo električno polje povzročimo emisijo ionov iz vzorca. Ob zamenjavi predznaka napetosti med elektrodama, pa povzročimo emisijo elektronov iz vzorca. To je seveda poljska emisija. Ta nam poda energijsko sestavo vzorca. Ioni žlahtnega plina, pa pri T < 80K pa omogočajo detekcijo posameznih atomov. Levo slika FEM: svetli del predstavlja atomske skupine, katerih elektroni imajo nižje istopno delo. Desno združeni sliki FEM in FIM. Svetle pike predstavljajo posamezne skupke atomov.

14 4) ZAKLJUČEK Poznavanje in meritve fizikalnih pojavov v nanometerskem področju, omogoča izdelavo povsem nove tehnologije. Čeprav je emisija v polju le en tak pojav, pe je vendarle preobsežen, da bi ga lahko opisal v tej seminarski nalogi. Nadzorovanje takih in podobnih pojavov na vse manjšem območju, bo z malo sreče, sčasoma omogočilo izdelavo, za zdaj še prezapletenega sistema, ki mu pravimo živo bitje. Poleg tega pa bo človeški domišliji, odpiralo nova obzorja in pripomoglo k doseganju zazdaj še neuresničljivih ciljev. 5)LITERATURA LITERATURA: Modern Phyisics, Robert L. Sproull, 1956 Displays: A windov into the future, Physics world June 1997 Electron emission in intense electric fields, Fowler and Nordheim 1928 Electronic materials Edited by Nicholas Braithwaite and Graham Weaver Atlas Klasične in moderne fizike, J.Strnad Field emission of carbon nanotubes, Tharanga Kariyawasam