Projekti / Programi
Vakuumska tehnika in materiali za elektroniko
01. januar 2004
- 31. december 2008
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.09.00 |
Tehnika |
Elektronske komponente in tehnologije |
|
| 2.15.00 |
Tehnika |
Meroslovje |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| T150 |
Tehnološke vede |
Tehnologija materialov |
| P180 |
Naravoslovno-matematične vede |
Meroslovje, fizikalna instrumentacija |
| P240 |
Naravoslovno-matematične vede |
Plini, dinamika tekočin, plazma |
vakuum, ultravisoki vakuum, razplinjevanje, adsorpcija, desorpcija, difuzija, topnost vodika, rekombinacija, nanostrukture, geter, šibko ionizirana plazma, sipalni presek, modeliranje, alkalijske kovine, fotokatoda, poljska emisija elektronov, ionizacijski vakuumski merilnik, viskoznostni vakuumski merilnik, primarni etalon, statična ekspanzija plinov
Raziskovalci (8)
Organizacije (3)
Povzetek
Predlagani program VAKUUMSKA TEHNIKA IN MATERIALI ZA ELEKTRONIKO je usmerjen v raziskave na področju vakuumistike, ki je izrazito multidisciplinarna in zajema vsa področja, kjer je vakuumsko okolje nujno potreben pogoj za raziskave, izdelavo ali delovanje različnih naprav, na primer inženirstvo površin, raziskave in raba tankih plasti, pripravo in karakterizacijo materialov za elektroniko, plazemske tehnologije, bazične raziskave v fiziki s pospeševaliki delcev in sinhrotronsko svetlobo, raziskave vesolja in v zadnjem času vse bolj pomembna področja biofizike in biokemije ter nanotehnologij, ter mnoge sodobne industrijske procese. Dobro poznavanje vakuumskih materialov, fizikalnih in kemijskih procesov na površinah, ki so v stiku z vakuumskim okoljem in meroslovje nizkih tlakov so ključnega pomena za razvoje novih tehnologij in izboljšave obstoječih. Program vsebuje več raziskovalnih področij, kjer bomo izvajali usmerjene temeljne in aplikativne raziskave.
V prvem (1) bomo obravnavali problematiko razplinjevanja vodika iz nerjavnih jekel z različno sestavo v ultravisokem in ekstremno visokem vakuumu (UVV in EVV). Najpomembnejši plin, ki se sprošča in omejuje dosegljiv končni tlak je vodik, ki ostane po izdelavi raztopljen v jeklu. Proces zajema različne pojave kot so difuzija šibko vezanih intersticijskih vodikovih atomov in njihovo rekombinacijo na površini ter močno vezane vodikove atome v raznih pasteh z različno vezavno energijo. Obstoječi podatki v literaturi so zelo nezanesljivi in večkrat nasprotujoči. Iz njih ni mogoče sklepati na korelacijo med dinamiko razplinjevanja ter kemijsko sestavo gradiva, mikrostrukturo, topografijo in morfologijo površine ter postopki obdelave površine. Povsem neraziskano je vprašanje, ali lahko hitrost sproščanja vodika znižamo z učinkovito in dovolj enostavno metodo že pri izdelavi jekla. Drugo področje (2) vsebuje raziskave elektronskih emisijskih lastnosti novih anorganskih nano materialov iz molibdena, niobija in žvepla, sintetiziranih na IJS. V prvih poizkusih so ti materiali izkazali izredne lastnosti: relativno visok, več sto ur stabilni emisijski tok pri razmeroma nizki poljski jakosti. Glede možnosti ponovljive sinteze, cene in selektivnosti so videti celo obetavnejši od ogljikovih nanocevk. To jim odpira uporabo kot zanesljiv in učinkovit vir elektronov, uporaben v vrsti prenosnih naprav in instrumentov, kot so ploščati prikazalniki (FED), masni spektrometri, elektronski mikroskopi itd. Raziskave bodo pomagale pojasniti princip delovanja novih nanomaterialov, določitve prevodnosti in izstopnega dela, ter hkrati nakazale smer sinteze, katere rezultat bodo materiali s še boljšimi lastnostmi. V tretjem področju (3) bomo karakterizirali nove materiale in tehnologije za vakuumsko optoelektroniko na osnovi kemijsko aktivnih kovin Li, Na, Ba in Ca v zaščitnih ovojnicah iz težko hlapnih nereaktivnih in kovin kot so Ga, In ali Sn. To so povsem novi materiali, ki še niso raziskani in nudijo veliko možnosti uporabe za ultračiste izvore alkalijskih kovin za fotokatode, visokoefektivne getre v vakuumskih napravah in getre za plinske nečistoče v napravah za ultračiste pline. Četrto področje raziskav (4) je usmerjeno v povečanje življenske dobe vakuumskih optoelektronskih naprav: raziskave tesnosti vakuumskih spojev (steklo-kovina, tekoče indijeve spajke) z novo ultra-občutljivo metodo ter raziskave permeacije helija skozi različna stekla in vodika skozi kovinske dele pri delovanju optoelektronskih naprav na povišani temperaturi in v okolju z visoko koncentracijo helija in vodika. Peto področje (5) zajema preiskave in določanje transportnih lastnostih ionov in elektronov v šibko ionizirani nizkotemperaturni plazmi, ki si je zaradi svoje pomembnosti v sodobni mikroelelektroniki in industriji polprevodnikov pridobila tudi naziv tehnološka plazma, saj zajema področja sodobnih tehnoloških izzivov, od izdelave okolju prijaznejših izvorov svetlobe in proizvodnje mikročipov, do plazemske obdelave ma
Pomen za razvoj znanosti
Pomen raziskovalnih rezultatov skupine za razvoj znanosti lahko najbolje prikažemo z analizo bibliografskih kazalcev raziskovalne uspešnosti v skladu z metodologijo ARRS (Pravilnik o kazalcih in merilih znanstvene in strokovne uspešnosti). Pri tej analizi smo kot vir bibliografskih podatkov uporabili bazo COBISS. Po metodologiji ARRS je skupina P2-0056 v obdobju 2004-2009 dosegla 1048.32 točk iz naslova znanstvene uspešnosti (v kategorijah ?Z1+?Z2) in 185.20 točk iz naslova strokovne uspešnosti. Skupno število doseženih točk je 1233.51. Skupina je bila financirana v obsegu 2FTE, tako da je bilo doseženo normirano število točk 617 / FTE. Skupina je v petletnem obdobju 2004-2008 imela 258 čistih citatov svojih del. Ocenjujemo, da smo s temi rezultati dosegli najmanj povprečje ostalih skupin, in smo s tem opravičili financiranje s strani ARRS. Od 32 znanstvenih člankov, ki so bili objavljeni v revijah, ki jih indeksira SCI Expanded, jih je bilo 19 objavljenih v revijiah s faktorjem vpliva v prvi četrtini revij ustrezne vsebinske kategorije, 7 v drugi četrtini, 4 v tretji četrtini in le 2 v četrti četrtini revij. Taka porazdelitev, kjer je bilo 59.4% objavljenih člankov v zgornji četrtini revij, dokazuje zelo visok znanstveni nivo rezultatov skupine. Trije članki so bili objavljeni v revijah z IF)4 (maksimalni IF=4.308), pet v revijah z IF)3 in 6 v revijah z IF)2. Naši izvirni prispevki v svetovno zakladnico znanja so bili na naslednjih področjih: (1) študij problematike razplinjevanja vodika iz nerjavnih jekel z različno sestavo v ultravisokem in ekstremno visokem vakuumu (UVV in EVV). Najpomembnejši plin, ki se sprošča in omejuje dosegljiv končni tlak je vodik, ki ostane po izdelavi raztopljen v jeklu. Proces zajema različne pojave kot so difuzija šibko vezanih intersticijskih vodikovih atomov in njihovo rekombinacijo na površini ter močno vezane vodikove atome v raznih pasteh z različno vezavno energij. (2) raziskave elektronskih emisijskih lastnosti novih anorganskih nano materialov iz volframa, molibdena, niobija in žvepla, sintetiziranih na IJS, ki imajo potencialno uporabo kot zanesljiv in učinkovit vir elektronov v vrsti prenosnih naprav in instrumentov, kot so ploščati prikazalniki (FED), masni spektrometri, elektronski mikroskopi itd. (3) karakterizacija novih materialov za vakuumsko optoelektroniko na osnovi kemijsko aktivnih kovin Li, Na, Ba in Ca v zaščitnih ovojnicah iz težko hlapnih nereaktivnih in kovin kot so Ga, In ali Sn, z možnostijo uporabe za ultračiste izvore alkalijskih kovin za fotokatode, visokoefektivne getre v vakuumskih napravah in getre za plinske nečistoče v napravah za ultračiste pline. (4) raziskave za povečanje življenske dobe vakuumskih optoelektronskih naprav (tesnosti vakuumskih spojev steklo-kovina, tekoče indijeve spajke, permeacija helija skozi različna stekla). (5) Delo na ionosferski plazmi in povezano sodelovanje v projektu Cost ES0803, sta pomembna za razvoj znanosti in njenih direktnih aplikacij na področju vesoljskega vremena. Delo na tem področju se stopnjuje in mednarodno organizira, saj je ohranjanje tehniških sistemov na Zemlji in v vesolju pred neprizanesljivimi učinki vesoljskega vremena, nujno za tehnološko razvito družbo. V trenutku ko je Slovenija nanovo pristopila Evropski vesoljski agenciji (ESA) je udeležba in prispevek v raziskavah ki jih podpira in delno finansira ESA zelo pomembno, ter zadnje področje: (6) vakuumsko meroslovje ki je zajemalo raziskave negotovosti merjenja vakuuma z različnimi merilniki in raziskave primarnega kalibracijskega sistema za generacijo nizkih tlakov po metodi statične ekspanzije (SE) ter raziskave in validacije merilnih metod za določanje sorpcijske kapacitete in črpalne hitrosti getrov.
Pomen za razvoj Slovenije
V razvitih deželah najsodobnejše tehnologije zelo pogosto vključujejo uporabo vakuumskega okolja (mikroelektronika, nanotehnologije, inženirstvo površin itd) Tudi sodobna znanost (elektronska mikroskopija in druge analitske metode, znanost o površinah, raziskave s pospeševalniki delcev in sinhrotronsko svetlobo, raziskave vesolja...) ne morejo brez vakuuma. Dobro poznavanje vakuumskih materialov, fizikalnih in kemijskih procesov na površinah, ki so v stiku z vakuumskim okoljem in meroslovje nizkih tlakov so ključnega pomena za razvoje novih tehnologij in izboljšave obstoječih. Da bomo v Sloveniji lahko lovili tehnološki razvoj razvitega sveta, moramo nujno v nacionalnih raziskovalnih programih razvijati temeljno raziskovalno dejavnost s področja vakuumskih tehnologij in materialov za elektroniko. Skupina ima izreden pomen v Slovenski nacionalni meroslovni infrastrukturi, saj ima akreditiran laboratorij za metrologijo tlaka, ki je na najvišjem nivoju v Sloveniji. Urad za meroslovje RS je s posebno odločbo priznal referenčne etalone laboratorija za slovenske nacionalne etalone za vakuum in tlak. Skupina z njimi zagotavlja sledljivost veličine tlak na mednarodni nivo in s kalibracijami posreduje to sledljivost na nižje hierarhične nivoje v slovensko industrijo in ostale veje gospodarstva. Poleg kalibracij nudi slovenski industriji ekspertno znanje s področja meritev vakuuma in tlaka. Kot primer lahko navedemo raziskovalno sodelovanje z Laboratorijem Lotrič d.o.o. V letu 2005 je laboratorij objavil svoje najboljše kalibracijske in merilne in zmogljivosti (CMC) v Prilogi C mednarodnega dogovora MRA pri BIPM "Bureau International des Poids et Mesures". To pomeni, da so kalibracijski certifikati našega laboratorija enakovredni certifikatom nacionalnih meroslovnih inštitucij iz praktično vseh razvitih državah na svetu. Za slovenska podjetja, ki imajo svojo merilno opremo sledljivo na naš laboratorij, pomeni ta dosežek veliko lažje uveljavljanje kvalitete njihovih proizvodov na globalnem svetovnem tržišču. Mednarodno sodelovanje in objave skupine v renomiranih mednarodnih publikacijah so vsekakor prispevki k prepoznavnosti in afirmacije Slovenije v mednarodni skupnosti. Skupina je zelo aktivna na področju razvoja in raziskav novih materialov za optoelektronske komponente kot so specialne fotopomnoževalke. Specializirala se je za raziskave getrskih materialov, ki imajo odločujoč vpliv na življensko dobo hermetičnih vakuumskih optoelektronskih komponent. Skupina ima znanstveno raziskovalno in razvojno sodelovanje z več tujimi partnerji. Raziskave na termonuklearni plazmi (projekt Euratom), prav tako spadajo v vodilne sodobne raziskav v Evropi. Termonuklearna fuzija je eden od najbolj obetavnih novih virov energije v katere ciljno investira Evropska komisija (ITER, Cadarache). Z druge strani pa so rezultati raziskav na področju fuzije, zlasti kadar gre za interakcijo s površinami, uporabni vsepovsod na področju modernih tehnologij ( nanašanje tankih plasti, jedkanje, plazemsko čiščenje...) Zelo uspešno smo se vključili v projekt 5. OP: IMPECABLE (Improved photon efficient cathodes with applications in biological luminiscence), št. pogodbe: G5RD-CT-2000-00372, IMT partner, nosilec dr. Erjavec. Projekt je bil nato še prijavljen na razpis za Descartesovo nagrado za raziskovalno odličnost v letu 2004 pod novim akronimom APLOMB (Advanced Photocathodes for Luminiscence Optimisation in Medicine and Biology), na katerem se je uvrstil med osem finalistov. Descartesova nagrada je bila podeljena 2. decembra 2004 v Pragi (http://ec.europa.eu/research/science-awards/research-prize/2004/finalist_en.htm) Člani skupine so zelo aktivni v raznih tujih mednarodnih združenjih. Bili smo tudi organizatorji ter člani organizacijskih in programskih odborov več velikih mednarodnih znanstvenih srečanj in delavnic.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
