Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

A felülettudomány rövid története és szerepe napjaink technológiájában Néhány alapfogalom: vákuum,

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "A felülettudomány rövid története és szerepe napjaink technológiájában Néhány alapfogalom: vákuum,"— Előadás másolata:

1 A felülettudomány rövid története és szerepe napjaink technológiájában Néhány alapfogalom: vákuum, nagyvákuum, ultravákuum szilárdtestkémia szilárdtestfizika vékonyréteg fizika felülettudomány elektronspektroszkópia pásztázó atomszondás mikroszkópia adszorpció, deszorpció adszorpciós hely, centrum felületi rekonstrukció, relaxáció korrozió, katalízis, bevonatok nanorészecskék, egyelektron eszközök mikro- és nanoelektronika

2 vákuum, vákuumtechnika, vákuumipar 10 –9 mbar mbar mbar 1 mbar 10 3 mbar (nano-mbar) vákuumszivattyúk vákuummérők gyártmányokhoz kapcsolódó vákuum iongetter titánszublimációs krio(ab)szorpciós turbomolekuláris rotációs abszorpciós olajdiffúziós ultravákuum nagyvákuum vákuum ionizációs hővezetőképesség Bayard-Alpert cső Piráni kapacitív, piezoelektromos nyomásérzékelők izzólámpa rádiócsövek tranzisztor, integrált áramkör mikroelektronikai ipar kisülési csövek neonok, reklámcsövek atmoszféra ultravákuum technológia nanoelektronika nagy integráltságú áramkör nanotechnológia ürtechnika

3 ultravákuumtechnikai ipar (UHV technika) a vákuumtechnika rohamos fejlődését és iparággá fejlődését alapvetően ösztönözte az izzólámpagyártás valamint a tv-rádió gyártásban alkalmazott eletroncsövek (dióda, trióda, pentóda) előállításának tömegigénye; az 1950-es években megjelent mikroelektronika (dióda, tranzisztor gyártás) szükségessé tette a vákuumtechnika további fejlesztését, s így átléptünk az ultravákuum technika korába; UHV technikára szakosodott világcégek létrejötte Vacuum Generators Ltd. Kurt Lesker Company Balzers Ltd., Kratos Ltd Leybold Ltd, stb. nagyfokú szabványosítás, modulrendszerű építkezés beszállítói hálózat kiépítése szakkatalógusok megjelenése internetes tájékoztatás

4 UHV alkatrész csoportok I. UHV kamratestek vákuumszivattyúk iongetter turbomolekuláris rotációs

5 UHV alkatrész csoportok II. vákuummérők Piráni mérők ionizációs mérők ion források betekintő ablakok szelepek

6 UHV alkatrész csoportok III. elektromos bevezetők manipulátorok További lehetséges alkatrészek: UHV kompatilis ragasztó és kenő anyagok, fém-üveg átmenetek, olajszűrők, hűthető-fűthető minta- tartók, a mérési feledathoz szükséges analizátorok (tömegspetrométek, elektron-energia analizátorok, párologtató források, kifűtő sátrak.

7 Legfontosabb elektronenergia analizátorok Félgömb analizátor (hemispherical analyzer) HA /UPS, XPS, ESCA Hengertükör analizátor (cylindicar mirror analyzer) CMA /AES, ELS Fékező rácsos analizátor (retarding field analyzer) RFA /AES-LEED 127 o -os analizátor / HREELS, ARUPS

8 az UHV kompatíbilis felületanallitikai nagyberendezésekben végezhető kutatási és fejlesztési munka elengedhetetlen eszközei nagytisztaságú anyagok (sokszor szilárdtest egykrisytályfelületek) és gázok (pl. 5N tisztaság legalább % tömegszázalékos tisztaságot jelet) az alábbi néhány legfontosabb felületanalitikai módszer közül legalább két-hármat kombinálni kell egy készülékben AES (Auger-elektron spektroszkópia), SAM (pásztázó Auger-elektron mikroszkópia) XPS-UPS-ESCA (fotoelektron spektroszkópia), MS-TPD (termikus deszorpciós tömegspektrometria), SPM (pásztázó atomszondás mikroszkópia), RAIRS (reflexiós abszorpciós infravörös spektroszkópia), HREELS (nagyfelbontóképességű elektronenergiaveszteségi spektroszkópia), SIMS (szekundérion tömegspektrometria), LEED (kis energiájú elektron diffrakció), RHEED (reflexiós nagyenergiájú elektrondiffrakció), NEXAFS (abszorpciós-él finomszerkezet röntgen-fotoelektron spektroszkópia); a minták kezeléséhez feltétlenül szükséges egy megfelelő fűthető mintatartó valamint egy kisenergiájú Ar ionágyú a felületi szennyezések leporlasztására

9 Az elemi részecskék tanulmányozására kialakított részecske gyorsítók lehetővé tettek egy speciális alkalmazást, nevezetesen az igen széles frekvencia tartományban jó intenzitású fotonnyalábot biztosító szinktrotront, amely lényegében egy speciális elektrongyorsító kiegészítve foton-kicsatolást lehetővé tevő munkaállomásokkal (folytonos frekvencia színkép, nagy intenzitás) 3. kiszolgáló épületek 2. tároló gyűrű 1. lineáris gyorsító Trieste Barcelona ALBA, Barcelona, Spain ANKA, Karlsruhe, Germany BESSY, Berlin, Germany DELTA, Dortmund University, Germany DESY, Hamburg, Germany DIAMOND, Oxon, UK ELSA, Bonn University, Germany ESFR, Grenoble, France NSA, University of Aarhus, Denmark LURE, Orsay, France MAX-LAB, Lund University, Sweden SLS, Villigen, Switzerland SRS, Daresbury, UK

10 A szinkrotron forrás (tárológyűrű) köré települt munkaállomások (beamline) előre meghatározott, speciális anyagtudományi célra építve

11 LINAC Például: Maximum Beam Energy 2 GeV ; Injection Beam Energy 1.0 GeV Current at 80 ns 30 mA; Energy Spread < ± 0.5 % Az így létrehozott elektron-impulzus csomagot bejuttatják a tárológyűrűbe (injektálás), fokozatosan növelik az energiáját, stabilizálják, majd mágneses kicsatolással elektromágneses sugárzást (foton nyalábot) állítanak elő, amely megfelelő kezelés (fokuszálás, monokromatizásálás) után a munkaállomásokra kerül, s gerjesztő fotonokként szolgál különböző fotoelektronspektroszkópiai módszerekhez.

12 Figyelem: az x-irányú sebesség kezdetben zéró, de az eltérrülés előrehaladtával megnő A munkaállomások kezdő pontja, az energia kicsatolást végző „undulátor” alapelve: N S e-e- Z S B o (+ ve) B o (-ve) X direction out of screen X S Dipole Electron Trajectory Az elektron mozgása Mágneses térben Lorentz törvény

13 e-e- e-e- sugárzási kúp  t = 0 pillanatnyi emisszió A teljes eltérítés (körív) során létrejött fotoemisszió Instantaneous Emission Point Emission Cone Opening Angle  Az emissziós pont érintője  S X gyorsuló töltés által kibocsájtott foton emisszió (eltérítő mágnes okozta sugárzás) minden gyorsuló töltött részecske elektromágneses sugárzást bocsájt ki  Tároló gyűrű Dipol sugárzás Arc munkaállomás e - pályat Az emittált foton karakterisztikus energiájának értéke  c – karakterisztikusfoton energia [keV] E – elektron energia [GeV] B o – mágneses indukció [Tesla] EB c  

14 t1t1 e-e-  A kimenet mindenképpen egy  látószögre terjed ki megfigyelő tete  görbületi sugár t1t1 a megfigyelő által látott elektromos tér E(t) Time  a fotoemisszió intenzitása tdtd karakterisztikus energia Fourier transzf. A kibocsájtott sugárzás jellegzetességei cc A Fourier transzformáció (FT) alapvető tulajdonsága az, hogy minél keskenyebb az impulzus, annál szélesebb az FT során megjelenő frekvecia tartomány undulator Mágneses eltérítő Alkalmazott mágnes anyagok : NdFeB, Sm 2 Co 17

15 Relativisztikus hatás A GeV energiájú elektronok erősen relativisztikusan viselkednek (a Newton törvények nem érvényesek). Vezessük be a relativisztikus paramétert: , ahol  értéke meghatározza a sugárzás szögdiszperzitását:  = 1/  radians  E = 3GeV esetén  = 5871 így  = 0.17 mrad = 0.01° 1 - v2v2 c2c2  = L = L 0  m = m0m0  relativisztikus távolságcsökkenés relativisztikus tömegnövekedés

16 X S max eltérülés  max = K /   max e-e- Z S ÉDÉD ÉD ÉDÉDÉ D u az undulátor (kicsatoló) alapelve ellentétes irányban eltérítő mágnesek sorozata K eltérülési paraméter K = u [mm] B o [T] Milyen lesz az indukált foton sugárzás jellege ? K << 1: nagyon kis mágneses tér nagyon rövid periodicitás u x (N periódus) 7 ° Lorentz u kontrakció Doppler-hatás  u Combined r Effect ~GeV energia esetén    10 vagyis  u ~ mm r  ~   Tehát makroszkopikus mágnes sorozat hatására nm-es hullámhosszban kapunk elektromágneses sugárzást.

17 A szinkrotron források müködéséhez szükséges legfontosabb fizikai elvek összefoglalása tekintve, hogy a felgyorsított elektronok sebessége a működési energiákon akár %-ra megközelíti a fénysebességet, igy az ebből adódó hatások figyelembevétele elkerülhetetlen Mágneses eltérítés által indukált elektromágnese sugárzás: mágneses térben a törltött részecskék gyorsulnak és eközben eletromágneses sugárzást (fotonokat) keltenek Relativisztikus hatás: fénysebesség közelében az elektron tömege a relativitás elmélet alapján jelentősen nő, s ezt a elektron nyaláb „kezelésekor” figyelembe kell venni. Továbbá, a nagy sebessége miatt az álló tárgyakat sokkal rövidebbnek „látja” az elektron, mint az álló tárgy kordináta rendszerében lenne (Lorentz-kontrakció). Doppler effektus: A sebesség következtében, hasonlóan a hanghullámok esetéhez, a mozgó tárgyról (a nagy energiájú elektron) kibocsátott hullám rekvenciája megnő (hullámhossza lecsökken) az álló megfigyelő számára.

18 Néhány fontos kutatási téma, amelyek csak szinkrotron-források mellett művelhető 1.Nagyon gyors és nagy laterális felbontásó XPS UPS mérések 2.Molekulaszerkezeti vizsgálatok fotodiffrakciós mérésekkel 3.Egyéb diffrakciós mérések szilárdtestfelületeken 4.Felületi reakciók „real time” követése 5.Nanoszerkezetek tanulmányozása fotoelektronspektroszkópiával 6.Komplex molekulák szerkezete EXAFS, NEXAFS módszerekkel 7.Gyógyszer-, fehérje-, génkutatás


Letölteni ppt "A felülettudomány rövid története és szerepe napjaink technológiájában Néhány alapfogalom: vákuum,"

Hasonló előadás


Google Hirdetések