Projekti / Programi
Vakuumska tehnika in materiali za elektroniko
01. januar 2009
- 31. december 2013
| 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 |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.11 |
Tehniške in tehnološke vede |
Druge tehniške in tehnološke vede |
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 (9)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
32609 |
Gregor Avbelj |
|
Tehnični sodelavec |
2010 - 2012 |
5 |
| 2. |
05673 |
dr. Bojan Erjavec |
Elektronske komponente in tehnologije |
Raziskovalec |
2009 - 2013 |
136 |
| 3. |
21772 |
dr. Milorad Milun |
Materiali |
Raziskovalec |
2009 - 2013 |
68 |
| 4. |
03066 |
dr. Vincenc Nemanič |
Elektronske komponente in tehnologije |
Raziskovalec |
2009 - 2013 |
245 |
| 5. |
32479 |
Makfir Sefa |
Elektronske komponente in tehnologije |
Tehnični sodelavec |
2013 |
15 |
| 6. |
04254 |
dr. Janez Šetina |
Elektronske komponente in tehnologije |
Vodja |
2009 - 2013 |
251 |
| 7. |
25498 |
dr. Barbara Šetina Batič |
Materiali |
Raziskovalec |
2009 - 2013 |
242 |
| 8. |
20335 |
dr. Bojan Zajec |
Gradbeništvo |
Raziskovalec |
2009 - 2012 |
182 |
| 9. |
19313 |
dr. Vida Žigman |
Fizika |
Raziskovalec |
2009 - 2013 |
121 |
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
Alternativni obnovljivi viri energije so postali ključnega pomena za prihodnost človeštva. Naše raziskave so bile usmerjene v področje “energy harvesting”, ki je bilo doslej malo raziskano, obeta pa izjemen potencial. Odpadna toplota pri klasični proizvodnji električne energije je namreč neizrabljen vir, ki bi v primeru uspešne rešitve pomenil za petino boljši skupni izkoristek. Zanesljiva napoved zajetja tritija v kovinah, ki so kandidati za izdelavo notranjih sten fuzijskega reaktorja ITER in podobnih načrtovanih naprav, bo omogočila podaljšanje varne dobe delovanje reaktorjev, znižala tveganja ob morebitni napaki in prispevala k izboljšanju metod za odstranjevanje tritija iz sistema. Raziskave skupine na IJS so bile usmerjene v študij permeacije vodika skozi tanke zaporne plasti Be in W na substratu Eurofer. Pridobljene podatke lahko verodostojno prevedemo v kinetiko, ki bi veljala za devterij ali tritij. V GSI v Darmstadtu v Nemčiji v je v fazi izgradnje nov pospeševalnik delcev za študij antiprotonov in ionov (FAIR-International Facility for Antiproton and Ion Research). Obstoječi sinhrotron za težke ione SIS18 bo služil kot vir za novi superprevodni sinhrotron SIS100/300. Slednji bo povečal energijo ionov za 15x in intenziteto za do 1000 krat za primarni žarek in do 10000 krat za sekundarni žarek. Da bo to moč doseči je najprej potrebno nadgraditi SIS18, da bo lahko dajal 1012 U238+ ion/s z energijo okoli 10 MeV/u. V ta namen pa je potrebno dobro poznati koeficient desorpcije pri obstreljevanju s težkimi ioni za različne materiale, ki pridejo v poštev za gradnjo vakuumske cevi omenjenega pospeševalnika. Te raziskave smo izvedli v sodelovanju s skupino v Uppsali. Oba vidika raziskav na UNG, vpliv vesoljskega vremena na ionosfero Zemlje in interakcija fuzijskega goriva (vodika) s stenami reaktorja sodijo v sam vrh sodobnih raziskav, ki se jim v znanstveni sferi v tem trenutku posveča posebna pozornost. Obe področji aktivnosti imata poleg znanstvenega pomena tudi neposredno tehnološko vrednost in prispevek k trajnostnem razvoju družbe. Raziskave na področju vesoljskega vremena na celotni verigi Sonce-Zemlja so bile še posebej aktualne, saj smo bili na začetku novega Sončevega cikla 24, s pričakovanim maksimumom aktivnosti v prihodnjih letih. Naše raziskave so bile usmerjeno v razvoj operativnih modelov za predvidevanje vpliva Sončevih izbruhov na geoprostor najbližji Zemlji. Raziskave na interakciji vodika s stenami fuzijskega reaktorja so prispevale k znanosti o termo-nuklerani fuziji in njeni implementaciji v prakso. Pomembne so v dolgoročnem evropskem in svetovnem projektu za pridobivanje varnih virov energije. Raziskave meroslovnih lastnosti izbranih merilnikov, ki jih je izvajal del skupine na IMT, in študij nove metode za določanje majhnih množin inertnih plinov zaradi razplinjevanja različnih materialov in elektronskih komponent, so pomembne za razvoj vakuumske znanosti in vakuumskega meroslovja. Rezultati raziskav adsorpcije/desorpcije plinonv na površinah materialov za gradnjo vakuumskih sistemov ter raziskave rabe getrskih materialov v vakuumski metrologiji bodo omogočili nadaljnje izboljšave primarnih kalibracijskih metod v področju ultravisokega in ekstremno visokega vakuuma. Za raziskave sprememb na površini med iradiacijo z različnimi ioni obstaja znanstvena kot tudi tehnološka motivacija. Študij nastanka različnih vzorcev na površinah je bil pomemben za boljše razumevanje temeljnih neravnovesnih procesov, ki nadzorujejo evolucijo površinske topografije. Tehnološko spontano urejanje struktur na površini predstavlja zanimive možnosti za samoorganizacijo nanostruktur. Dobro urejene površinske strukture lahko pripravimo z majhnimi stroški na velikih površinah, kar predstavlja možnost za potencialne aplikacije, kot so mreže kvantnih pik z dobro kontroliranimi optoelektronskimi lastnostmi, ali magnetni mediji za zelo gosto shranjevanje podatkov.
Pomen za razvoj Slovenije
Sodobne 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, itd) 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 razvoj novih tehnologij in izboljšave obstoječih. Z raziskavami, ki smo jih izvedli smo pripomogli, da je Slovenija ohranjala stik s tehnološkim razvojem v svetu na tem področju. Izvirni rezultati naših raziskav so bili objavljeni v uglednih revijah, ki se ukvarjajo s problematiko iz tega področja. Poleg tega je bilo naše delo pomembno za vzgojo strokovnih kadrov in za razvoj vakuumske stroke in inženirske prakse. S splošnega vidika je v medsebojno povezanem svetu nujno 'biti zraven'. Trajnostni razvoj je danes globalna kategorija. Vsaka pridobitev v znanju, še posebej če je dosežena s strani slovenskih raziskovalcev, je pomembna za razvoj Slovenije. Raziskave, ki so prispevale k razvoju službe vesoljskega vremena in raziskave na strateško prednostni fuzijski problematiki dolgoročno prispevajo tudi k trajnostnemu razvoju Slovenije ter so pomembne za ohranitev njene naravne dediščine. Razvijanje regionalne mreže VLF sprejemnikov na področju srednjih zemljepisnih širin in južne Evrope bo omogočilo regionalno nadzorovanje vplivov vesoljskega vremena. Pristop Slovenije k Evropski vesoljski agenciji (ESA) s pridobitvijo statusa evropske sodelujoče države je rezultat dosedanjih slovenskih raziskovalnih dosežkov na področju vesolja, h katerim smo tudi mi aktivno prispevali. S posebnega vidika delovanje na mednarodnih projektih kot so EURATOM, Cost in projekt ESA smo prispevali tudi prispeva k prepoznavnosti Slovenije v svetovni raziskovalni in znanstveni skupnosti. Udejstvovanje na pedagoškem področju visokega šolstva, mentorstva, informiranje javnosti je prispevalo k ozaveščanju slovenske javnosti o pomembnosti trajnostnega razvoja. Doseženi položaj Laboratorija za metrologijo tlaka, ki deluje v okviru programske skupine, na nacionalnem nivoju in v mednarodnem prostoru, zahteva, da zelo aktivno delujemo na področju znanstvenega meroslovja svoje fizikalne veličine ter sodeluje s tujimi nacionalnimi laboratoriji in s tem nenehno dokazuje vrhunsko usposobljenost. To je temelj za mednarodno uveljavitev celotnega slovenskega nacionalnega meroslovnega sistema in za ohranjanje zaupanja drugih mednarodnih meroslovnih organizacij v naš nacionalni sistem.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2009,
2010,
2011,
2012,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2009,
2010,
2011,
2012,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
