POLJSKA EMISIJA(MINIATURIZACIJA KATODNE

CEVI)

V zadnjih 50 letih smo priče posebnemu tehnološkemu procesu, imenovanemuminiaturalizacija. Če je bil konec 19. in nekje do sredine 20. stoletja zaznamovan

z velikanskim napredkom v razumevanju temeljnih zakonov narave, je čas ponjem njegova logična posledica. Ta se kaže predvsem v izjemnem tehnološkem

napredku. Razumevanje temeljnih zakonov, je omogočilo razvoj danes enenajbolj razširjenih ved, elektronike. S procesom miniaturalizacije je postala

elektronika, ki je bila sprva privilegij znanstvenikov, dostopna vsem. V bivanjskiprostor 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 svojedelo dandanes opravljajo na dosti bolj učinkovit način. To pa seveda bistveno

prispeva k še večjemu napredku. (Žal ima napredek tudi slabe strani.)

VENGUST DAMJAN

Kazalo:1) UVOD2) 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 MIKROSKOPIJA4)ZAKLJUČEK5)LITERATURA

1) UVODNaš bivanjski prostor je obkrožen z raznovrstnimi napravami. Načina delovanja le teh pa sesploh ne zavedamo. Pa naj si bodi to preprosta žarnica, ali pa televizijski sprejemnik. Vsakaše tako zapletena naprava temelji na osnovnih zakonih narave. Če želimo izboljšati načinnjenega delovanja, je nemalokrat potrebno poseči prav v temelje. Kadar pa nam to ni dovoljin 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 papotrebuje za svoje delovanje precej prostora. V zadnjih letih se uveljavljajo tanki zasloni (flatscrean).:-LCD-zaslon na plazmo-emisija v poljuZa razumevanje delovanja take naprave moramo najprej spoznati osnovne zakone narave, kiomogočajo sevanje vidne svetlobe. Ta je vendar tista, ki nam prikazuje sliko na zaslonu.

2) FIZIKALNI ZAKONI2.1) ZAČETKI NOVE TEORIJE

S koncem 19. in v začetku 20. stoletja, se je bistveno spremenil pogled na delovanje svetaokoli nas. Poskus, da bi s tedanjimi pogledi in zakoni razložili nekatere eksperimente, jenaletel na velikanska odstopanja.Zaradi natančnejšega poteka meritev so opazili tudi veliko drugih pojavov. Ti pa niso bili nekinaključni dogodki, ampak večkrat ponovljiva dejstva.Tedanji znanstveni srenji je postalo jasno, da je potrebno pogled na svet razširiti, ali paspremeniti bistva. Zaradi nekaterih izjemnih posameznikov, se je uveljavila slednja. Ta, nesamo da je zadovoljivo razložila novodobne eksperimente, ampak je dokaj točno napovedalatudi nekatere nove.V naslednjih 50 letih se je razvil pogled na svet, ki je postavil fiziko na trdna temelja, jopraktično poenotil in dal občutek, da se svet vrti na ta način.

Princip delovanja vsake še tako zapletene naprave, lahko s fizikalnega stališča razložimo nadokaj preprost način. S tem pa ne mislim, da je ta pogled pravilen oz. zadosten. Tak načinrazlage 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 prirazlagi delovanja zaslonov in podobnih naprav, temeljočih na pojavu elektronske emisije,potrebovali.

2.2) RELATIVNOSTVsak, ki je imel že kdaj opraviti s fiziko, pa čeprav samo v filmu, je gotovo slišal zaEinsteinovo teorijo relativnosti.(5 publikacij A. Einstein Annalen der Physik 17, (1905) znana tudi kot Einsteinova izdaja. Ta vključuje posebnoteorijo relativnosti. Kasneje pa je objavil še splošno teorijo relativnosti. Leta 1921 je za razlago fotoefekta, ki gabomo spoznali kasneje, prejel Nobelovo nagrado)Teorija relativnosti opisuje delce, ki se gibljejo blizu svetlobne hitrosti (300 000 km/s). Meddrugim pa tudi dovoljuje vpogled v dogajanje, iz katerega koli opazovalnega sistema, le da jeta dlje od teles z veliko maso.Ampak relativnost pri razlagi elektronske emisije ne bomo potrebovali, saj se naši delci negibljejo z zahtevano hitrostjo.

2.3) DUALNOST NARAVE

Človek s svojo telesno anatomijo zaznava materijo tako da jo tipa in svetlobo tako da jogleda. Tu pa bom z biologijo prekinil. Nisem naključno navedel samo dveh lastnosti človeškezaznave. Vse kaže, da sta materija(od slej naprej jo bom imenoval delci) in pa svetloba tistokar nas obdaja. Pred 100 leti sta bila to dva čisto ločena pojma. Merljiva vsak na svoj način.

2.3.1) SVETLOBADa 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 tudipri vrvi, ko en konec hitro premaknemo iz ene lege v drugo. V navedenih primerih nihajodelci. 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 jepotovalo(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 naeter neko hitrost. (Že v našem osončju potuje s hitrostjo 30km/s. Pa tudi naše osončje ni nič kaj posebno v vesolju.) Pričakovatismemo, da svetloba, ki je pripeta na eter, iz zemlje potuje v različnih smereh z različno hitrostjo. Hitrost zemlje glede na eter jeposkušal 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. 1905 predlagal, naj bo hitrost svetlobe v vakuumu, ne glede na to kdo in kam se giblje,vedno ista (300 000 km/s).

Danes pravimo, da ima vakuum lastnost, da prenaša svetlobo. Ne glede na smer in hitrostgibanja opazovalca in sprejemnika je vedno enaka 300 000km/s.Valovno lastnost svetlobe lahko s pridom uporabimo pri interferenci. Če poskrbimo, da imatadva žarka isto frekvenco valovanja in enako fazo, (koherentna vala) lahko zelo natančnoizmerimo razliko poti med obema žarkoma. (Tudi Michelsonov interferometer deluje na tanačin.)

2.3.2) DELCIKo slišimo besedo delec imamo najpogosteje v mislih elektrone, protone in nevtrone. Z vidikafizike, 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 nisosamostojni ampak se vežejo.Večina materije, ki nas obdaja, je sestavljena iz atomov. Ti pa so sestavljeni iz elektronov, kiso energijsko vezani na jedro (protoni, nevtroni).Z razliko od EM valovanja se delci zdijo kot neka zaključena celota, ki se lahko premika alipa stoji. Lahko jim pripišemo energijo in gibalno količino. Na ta način lahko razložimo trkedelcev med seboj. Če imajo pri tem še naboj, lahko razložimo njihovo obnašanje velektričnem ali magnetnem polju. Elektroni (1897 J.J.Thomson) negativni delci, se v električnem polju kondenzatorja odklonijo proti pozitivnonabiti plošči.Tudi EM valovanju pripišemo energijo. Ko posvetimo na črno telo, se le to segreje. (Zakajčrno in čemu se segreje tukaj ne bom opisoval.) Za nas je dovolj dejstvo, da smo telesu, kismo ga segreli, najverjetneje dovedli energijo.Torej če močno svetimo, (intenziteta svetlobevečja) dovedemo telesu več energije.Matematika valovanje opisuje kot kontinuitetni pojav. Prav tako ga moramo razumeti, čeželimo razložiti interferenco EM valovanja. Zalomi pa se pri razlagi fotoefekta.

2.3.3) DELCI ALI VALOVI ???Fotoefekt je pojav, kjer svetloba izbije snovi vezane elektrone. Za vidno svetlobo so topredvsem tisti elektroni, ki so razmeroma šibko vezani in se praktično prosto gibljejo pokovini. 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 nibilo. Pa čeprav so intenziteto svetlobe stalno povečevali.

Henrich Hertz je leta 1887 pokazal, da je količina izbitih elektronov odvisna od valovnedolžine svetlobe, s katero svetimo na kovino.Razlago pa je predlagal Albert Einstein, v enemod svojih člankov, šele leta 1905. Planck-ovo idejo je razširil in dejal, da svetloba potuje vobliki 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 delčnalastnost valovanja, saj ima podobne lastnosti. Energija enega takega paketa je enaka:

E=h∗νZ delci pa je bil podoben križ. Snop elektronov je interferiral. To pa se je dalo razložitiizključno z valovno naravo delcev.Prvi je na to misel prišel Luis Victor duc de Broglie. Delcem je priredil naslednjo valovnodolžino :

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. Topa 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

4πTej zvezi pravimo tudi načelo nedoločenosti. (kraja in gibalne količine).

Piko na i kvantni mehaniki je postavil Ervin Schrodinger. Delcu ni pripisal le valovnodolžino, ampak kar valovno funkcijo, odvisno od časa in kraja. Kadar je taka funkcijanormirana, da naslednja enačba: ‡ Ψ∗Ψ∗ V

verjetnost nahajanja delca v območju integrala. (ψ je valovna funkcija.)

Schrodingerjeva enačba ima naslednjo obliko:

−h2

4 π2 ik δΨ

δ r→

y{2 + V Ir→M Ψ = h

2 π δΨ

δt

Ta enačba zadovoljivo opisuje sisteme delcev. Pa naj si bodi to elektron v atomu, ali pazemlja 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 jevseeno 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 preidetja. Pri tem pa odda energijsko razliko stanj, v obliki EM valovanja.

S temi osnovnimi zakoni narave in s poznavanjem matematike, pa že lahko v grobemrazložimo pojave elektronske emisije.

3) ELEKTRONSKA EMISIJABarva svetlobe je točno določena z njeno energijo. Najenostavneje pa energijo damoelektronu. To naredimo tako, da katodo in elektrodo nabijemo z napetostno razliko. Prostielektroni v okolici anode pospešijo v električnem polju do energije:

E= e0∗Ua

Pri tem je U anodna napetost e0 pa osnovni naboj. Elektroni s tako kinetično energijo izbijajoelektrone iz nekaterih energijskih stanj na flurescentnem zaslonu. Ti ob prehodu v prejšnjestanje sevajo EM valovanje določene energije, s tem pa tudi želene barve.

3.1) FOTOEFEKT IN SEKUNDARNA EMISIJAPodobno kot s fotoefektom, ki sem ga opisal v prejšnjem poglavju, lahko elektrone zbijemotudi 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 kovinipoveča notranja energija. Elektroni s tem pridobijo na kinetični energiji in ko ta preseževezavno energijo ali t.i. izstopno delo, postanejo prosti.

Termično emisijo je podrobneje raziskal Owen Richardson, ki je leta 1928 za to prejel tudiNobelovo nagrado.Gostota elektronskega toka je v naslednji zvezi s temperaturo kovine:

j=A∗T2∗e−W0kT

Pri tem je W0 izstopno delo A pa Richardsonova konstanta (0.006 A/m2 K2).

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 CRTPrincip delovanja katodne cevi:Anodo predstavlja filament, iz katerega z električnim tokom izparevamo elektrone. Ti se protikatodi, zaradi napetosti med njima, pospešijo do kinetične energije e*U. S tako kinetičnoenergijo jih preko tuljav in kondenzatorjev vodimo na flurescentni zaslon.( Tuljave in

kondenzatorji so vzrok, da se katodna cev z leti ni bistveno zmanjšala. So pa nujno potrebnipri fokusiranju in usmerjanju curka elektronov.)

CRT

SEMNaj 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 tukajpospešujemo elektrone in jih namesto na zaslon vodimo na prevodno površino. Pri tem težimok čim tanjšemu elektronskemu snopu katerega vodimo po površin. Elektroni se od površineodbijajo ali pa povzročajo sekundarno emisijo in notranji fotefekt. Oba tipa elektronov inzarkov gama prispevajo veliko informacij o tanki površinski plasti. Prednost takihmikroskopov pred optičnimi, je tako kvantitativna kot kvalitativna. Z njim lahko določimoenergijsko sestavo tanke plasti pod površino.(Z energijsko sestavo imam v mislih razporeditevenergijskih stanj napolnjenih z elektroni, ta pa so za mnoge elemente periodnega sistemaedinstveni.

SEM

3.3) EMISIJA V POLJU (Field emission )

3.3.1) TEORIJAEmisijo 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 ponudilaR.H.Fowler in L.Nordheim. Pojav so imenovali high-field emission, danes pa na kratkopravimo le field emission .

Če želimo razumeti pojav, se moramo opreti na Schrodingerjevo enačbo.Vrnimo se v čas Issaca Newtna in si predstavljajmo kroglico v posodi. Če želimo spravitikroglico iz posode, ji moramo dovesti kinetično energijo v višini potencialne energijskerazlike med dnom in vrhom posode. Pravimo tudi, da ji moramo dovesti energijo, v višinienergijske bariere. Prav tako negativna energija elektrona vezanega na kovino, predstavljaenergijsko bariero. Oba primera lahko opišemo s Schrodingerjevo enačbo. Prvi ne dapretresljivih podatkov, kinetična energija mora biti razreda potencialne bariere. Pri drugem paenačba dopušča verjetnost, da elektron zaide iz površine, tudi če dobi mnogo premalokinetične energije, Če zaide na območje velikega električnega polja, ga le ta posrka. Pojavimenujemo tuneliranje.Podoben pojav opazimo tudi pri EM valovanju. Prizmo lahko postavimo v tako lego, da seEM valovanje, ki gre skozi, totalno odbije. To pomeni, da za prizmo ni EM valovanja. Tuditemu območju pravimo prepovedano. Če sedaj k naši prizmi postavimo še eno, tako da ješpranja med njima primerljiva z valovno dolžino, pa bo šel del svetlobe skozi. (Tuneliralskozi 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 emitirajov polju

Pri tem so E električno polje, C in B konstanti, A je seveda površina kovine, v(y) in t(y) pase v praksi izpuščata .Da bi dobili tok nekaj mikro amperov, je v tej enačbi potrebno polje velikosti 10,000 MV/m vpraksi pa se je pokazalo, da je dovolj le nekaj MV/m. Krivdo za razliko pripišemo površinikovine, ki ni idealno ravna.Posvetimo se sedaj hrapavi kovini in električnemu polju tik ob njej. Ko med dve ploščipripeljemo 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 konicepada s kvadratom razdalje.

Elektron, ki bi zašel na to območje, bi imel dodatno negativno potencialno energijo:W=eE(r)dr

Na razdalji L bi imel elektron energijo el. polja nasprotno enako njegovi vezavni energiji in bibil torej prost. Problem rešimo s pomočjo stacionarne Schrodringerjeve enačbe:

Ef je fermijeva energija Vo -Ef iztopno delo kovine.Elektroni, ki največ prispevajo k emisiji pri sobni temperaturi, so elektroni s približnofermijevo energijo. Kot vidimo na gornji sliki morajo ti elektroni premagati trikotno barieroširine L. S pomočjo robnih pogojev in posebnih matematičnih lastnostih, ki jih ima valovnafunkcija, določimo njeno vrednost za tri različna območja. Norma 1. valovne vunkcije naobmočju do 0 proti normi 3. valovne funkcije od L naprej nam da verjetnost za tuneliranje.

Izbolšana Fowler-Nordheim teorija, ki vključuje faktor lokalizirane vrednosti električnegapolja β, dobro opisuje emitiranje elektronov tudi z nekaterih sodobnih emitorjev. Ti imajopremer le nekaj nanometrov:

Napetost med takima ploščamana, (s konicami premera nekaj 100 nm, razdalja med ploščamaje nekaj mm) ne presega 100 V, emisja elektronov pa je dovolj velika za detekcijo. Tudi tarazlaga pa se podere, ko opisujemo konice, ki imajo premer 1 nm in manj. Sistema kjer je nakonici malo atomov, ne moremo opisati s pomočjo statistične mehanike. Trčimo ob večdelčnisistem.Tehnologija izdelave takih majhnih emitorjev, v času razlage te teorije, ni bila mogoča. Zatoje šele sredi 1960 let Cap Spindt na Stanfort Research Institute razvil metodo izdelovanjamikronskih emitorjev stožičaste oblike . Napetost med katodo in anodo je bila manj kot1000V . Med tem ko je na konicah, polje dosegalo vrednost nekaj MV/m in je omogočalahladno emisijo)

Rodil se je prvi field emission display ali na kratko FED. Da se je sploh lahko pozicioniral natržišču, 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 nisamoumevno.)

-visoka resolucijaŽal pa je bila tehnologija izdelave mikrotipov in pa vrat dokaj draga.

3.3.2) 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 konstantnohitrostjo vozimo po zaslonu ,(dva kondenzatorja X,Y) pri tem pa od mesta do mesta (peak topeak) spreminjamo jakost.Za tanke zaslone pa uporabljamo t.i.matrično naslavljanje.Namesto, da bi vsako točko na zaslonu posebej naslavljali, povežemo emitorje v matričnostrukturo. Za želeni emitor naslovimo stolpec in vrstico v katerih se nahaja, z dvema ločenimanapetostima. S tem povzročimo prižig emitorjev v celem križu. Vendar sveti le srednji kerima le ta dovolj veliko napetost (vsoto vrstice in stolpca). Ker je svetlost odvisna od napetostiemitorja in vrat moramo za večjo svetlost stolpcu in vrstici pripeljati večjo napetost. Ta palahko povzroči emiteranje celega križa. Neželenemu efektu pravimo crosstalk.

Metrično naslavljanjeEnostavno diodno strukturo (anoda, katoda), v sodobnih FED zamenjuje triodna struktura, zanodo, vrati in katodo. Struktura vrat omogoča boljši nadzor in večjo jakost emisijskega toka.

Značilnost emitorjev je v njihovi geometriji, potrebno pa je tudi nizko izstopno deloelektronov in dobre mehanske lasnosti. Silikon kot prvi stožičast emitor le teh ni imel, zato sopredlagali druge. Na primer Molibden in Niobij, ki sta v razvojnih fazi FED-a predstavljalaglavni proizvodni material.Odlične lastnosti pa je obetal tudi diamant. (Vprašljiva je bilaseveda cena). Ogljik je na splošno zelo zanimiv. Predvsem zaradi grafitne in dalečnajuporabnejše diamantne strukture kristalov. Pa vendar diamant ni bil tisti, ki bi povzročilrevolucijo v elektronski poljski emisiji. Prehitela ga je struktura, ki je bila v tesnem sorodu znjim in grafitom.

3.3.3) SAMOZDRUŽEVANJE (SELF ASSEMBLING) IN FULERENIRichard E. Smalley in Robert F. Curl Jr. Sta leta 1985. Odkrila danes poimenovanokar tretjo osnovno obliko ogljika C60. (fuleren) To je molekula z najbolj sferičnoobliko.

C60 model enoplastne nanocevke

Leta 1991 je Sumio Iijima pri sintezi fulerena C60, po naključju odkril nastanek večplastnihogljikovih nanocevk. Dve leti pozneje pa so naredili tudi enoplastne nanocevke SWNT. To je edinaoblika ogljika, ki ga v vesolju niso odkrili. (C60 se po besedah astrofizikov nahaja v medzvezdnemprahu).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 imenovanemsamourejanje. Nanocevke pri posebnih pogojih (tlak, temperatura…) rastejo urejeno in lahko tudipravokotno s podlago. To pa predstavlja idealne emitorje katerih strukture ne urejamo robotsko ampaks fizikalnimi količinami in kemično sestavo.(Primer samourejanja so živa bitja. Tehnologija samourejanja pa nas približuje k človeškirekonstrukciji narave)

3.3.4) ANORGANSKE NANOCEVKESpojine ki bazirajo na ogljiku imenujemo organske. (po mojem mnenju iz zgodovinskih razlogov.)Na IJS zelo uspešno razvijajo tehnologijo rasti anorganski nanocevk. Tudi zanje je značilnosamourejanje. (MoS2 NbS2 WS). Tehnologija je poceni, ni pa dorečena nadzorovana rast inhomogenost izhodnih surovin. Moje delo na IJS je bila spektrosokopska karakterizacija izhodnihmaterjalov. V množici različnih nanocevk je uspela sinteza tudi cevkam podobnih struktur (tanki indolgi). Ta je enostavnejša in večkrat ponovljiva. Izhodne surovine so bolj homogene. Njihovapodobnost z nanocevkami se kaže tudi v spektroskopskih analizah.

Ne vemo pa še dosti o njihovih fizikalnih lastnosti, med drugim tudi kakšne so njihove emisijskesposobnosti.

MoS2 nanosevke v bandljih. Nanocevka.

Snopi nanocevk naneseni na katodo

3.4) EMISIJA V POLJU IN MIKROSKOPIJA3.4.1) SEM IN POLSKA EMISIJA

Poleg dvodimenzionalnih prikazovalnikov, pa se poljska prav tako kot termična emisija uporablja zamikroskopijo. Sodobni SEM-I bodo namesto termične emisije uporabljali poljsko emisijo. Uporabaslednje, ni razšerjena predvsem zaradi problemov z geometrijo posameznih emitorjev. Ti morajo bitidokaj natančno postavljeni in usmerjeni v katodni cevi, da bi jih lahko zamenjali s filamentom.

3.4.2) FEM in FIM

Leta 1951 je Ervin Muller razvil field ion microscop (FIM) s pomočjo katerega so prvič opazovaliatomsko 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 vinertni atmosferi (najpogosteje sta to neon ali helij), pri tlaku približno 0,002 milibara. Pozitivnonabita konica ionizira inertni plin in ione pospešuje proti fosfornemu zaslonu. Ta na tem mestu sevedasveti.

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. Pritlaku 1 bar je, povprečna prosta pot elektrona premajhna, da bi doselgel tako energijo. (10,000xpremajhna ) Pri našem tlaku, pa je to dovloj. Če povečamo električno polje povzročimo emisijo ionov iz vzorca. Ob zamenjavi predznaka napetostimed elektrodama, pa povzročimo emisijo elektronov iz vzorca. To je seveda poljska emisija. Ta nampoda energijsko sestavo vzorca. Ioni žlahtnega plina, pa pri T < 80K pa omogočajo detekcijoposameznih 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.

4) ZAKLJUČEKPoznavanje in meritve fizikalnih pojavov v nanometerskem področju, omogoča izdelavo povsem novetehnologije. Čeprav je emisija v polju le en tak pojav, pe je vendarle preobsežen, da bi ga lahko opisal vtej seminarski nalogi. Nadzorovanje takih in podobnih pojavov na vse manjšem območju, bo z malosreče, sčasoma omogočilo izdelavo, za zdaj še prezapletenega sistema, ki mu pravimo živo bitje. Polegtega pa bo človeški domišliji, odpiralo nova obzorja in pripomoglo k doseganju zazdaj šeneuresničljivih ciljev.

5)LITERATURA

LITERATURA:Modern Phyisics, Robert L. Sproull, 1956Displays: A windov into the future, Physics world June 1997Electron emission in intense electric fields, Fowler and Nordheim 1928Electronic materials Edited by Nicholas Braithwaite and Graham WeaverAtlas Klasične in moderne fizike, J.StrnadField emission of carbon nanotubes, Tharanga Kariyawasam http://www.ornl.gov/ORNLReview/rev28-4/text/coal.htmhttp://www.nims.go.jp/apfim/FEM_j.htmlhttp://stm1.chem.psu.edu/Pictures.htmlhttp://www.tpub.com/neets/book6/21e.htmhttp://www.enaa.com/nvodicMonitor.asphttp://www.geocities.com/bioelectrochemistry/schottky.htmhttp://www.geocities.com/tube_theory/Tubeeng.htmlhttp://www.nanoten.com/NT02/index.htmlhttp://thayer.dartmouth.edu/other/microeng/courses/es194/student/tkerner/FED_talk/basictheory.html