Op zoek naar het erg kleine: zien van atomen
39
Op zoek naar het erg Op zoek naar het erg kleine: zien van kleine: zien van atomen atomen Prof. D. Van Dyck Prof. D. Van Dyck Vice-rector onderzoek Vice-rector onderzoek Universiteit Antwerpen Universiteit Antwerpen [email protected] [email protected]
-
Upload
unescocentrum -
Category
Technology
-
view
857 -
download
0
description
Een presentatie over nanotechnologie door Dr. Van Dyck (UA)
Transcript of Op zoek naar het erg kleine: zien van atomen
Op zoek naar het erg Op zoek naar het erg kleine: zien van atomenkleine: zien van atomen
Prof. D. Van DyckProf. D. Van DyckVice-rector onderzoekVice-rector onderzoekUniversiteit AntwerpenUniversiteit [email protected]@ua.ac.be
04/13/2304/13/23 22
Wat is nanotechnologie?Wat is nanotechnologie?
04/13/2304/13/23 33
Nano: hoe klein?Nano: hoe klein?
04/13/2304/13/23 44
Nano: hoe klein?Nano: hoe klein?
04/13/2304/13/23 55
Computer ChipsComputer Chips
04/13/2304/13/23 66
Schaling naar CMOS TechnologSchaling naar CMOS Technologieie
TEM. F. H. Baumann
60 nm
WSix
Poly-Si
182 monolayers channel
1.2 nm
Gate Oxide ~ 5 Si Atoomdikte
p+ source p+ drain
n channel
0
1
2
3
4
5
6
050100150200250300
Zuurstof dikte (nm)
Gat
e Z
uu
rsto
f d
ikte
(n
m)
Technology Generation (nm)
19981997Bell Labs
Research
Lucent Technologies Bell Labs Innovations
In 1997 was een zuurstofkanaal20 silicium atomen dik.
In 2008, zal een zuurstofkanaal5 siliciumatomen dik zijn,
.
.
.
en minstens 2 v.d. 5atomen zullen op het grensvlak liggen
Naar atomaire schaal zuurstofkanalen
1997
1999
2003
2008
04/13/2304/13/23 88
NanotechnologieNanotechnologie
• Top down: nano-electronica naar Top down: nano-electronica naar onder schalenonder schalen
• Bottom-up: kenmerken en Bottom-up: kenmerken en functionaliteit op verzoek, atoom per functionaliteit op verzoek, atoom per atoom opbouwenatoom opbouwen
• Multi- en interdisciplinair: fysica, Multi- en interdisciplinair: fysica, biologie, scheikunde, electronicabiologie, scheikunde, electronica
• UitdagingenUitdagingen
04/13/2304/13/23 99
Bottom-up vs. top downBottom-up vs. top down
1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030
1 mm
1 nm
Nanotechnologie
Schaalverkleining
Schaalvergroting
Hogere performantie
Nieuwe functies
04/13/2304/13/23 1010
Bottom up aanpakBottom up aanpak
“The best way to predict the future is to invent it.” -Alan Kay
04/13/2304/13/23 1111
Nanotechnologie: nu!Nanotechnologie: nu!
• RoadmapsRoadmaps
• Nieuwe instrumenten, uitrustingNieuwe instrumenten, uitrusting
• Verbeterde productie/technologieVerbeterde productie/technologie
• Hoge performantie structurenHoge performantie structuren
• Theorie (quantum mechanica)Theorie (quantum mechanica)
• Computer modelleringComputer modellering
04/13/2304/13/23 1212
Technologische revolutiesTechnologische revoluties
1.1. 1730-1830: 1730-1830: – Dominerende technologie: stoommachineDominerende technologie: stoommachine– Wetenschap: mechanica, thermodynamicaWetenschap: mechanica, thermodynamica
2.2. 1830-1930:1830-1930:– Dominerende technologie : electriciteitDominerende technologie : electriciteit– Wetenschap: electro-magnetismeWetenschap: electro-magnetisme
3.3. 1930-1930-– Dominerende technologie : (micro) electronicaDominerende technologie : (micro) electronica– Wetenschap : vaste stof physica, quantum mechanicaWetenschap : vaste stof physica, quantum mechanica
4.4. Nanotechnologie?Nanotechnologie?
04/13/2304/13/23 1313
Impact van nanotechnologieImpact van nanotechnologie
1.1. Materialen en processen: coatingsMaterialen en processen: coatings2.2. Nano electronica, computer Nano electronica, computer
technologie, nano robotica: transistorstechnologie, nano robotica: transistors3.3. Geneeskunde, biotechnologie, Geneeskunde, biotechnologie,
genetica: DNA sensorsgenetica: DNA sensors4.4. Ruimte, automobiel: zonnecellenRuimte, automobiel: zonnecellen5.5. Milieu, landbouw, energie: intelligentieMilieu, landbouw, energie: intelligentie6.6. Scheikunde: katalysatorsScheikunde: katalysators
04/13/2304/13/23 1414
InGaN/GaN
HalfgeleidersHalfgeleiders: LED: LED
© Benny Van Daele, [email protected]
04/13/2304/13/23 1515
Technologie: LED’sTechnologie: LED’s
04/13/2304/13/23 1616
Nano buisjesNano buisjes
04/13/2304/13/23 1717
SWNT on AuSWNT on Au
04/13/2304/13/23 1818
Nano transistorsNano transistors
04/13/2304/13/23 1919
Gefocusseerde Gefocusseerde kankerbehandelingkankerbehandeling
04/13/2304/13/23 2020
Experimenten Theoriex
y
20 pm
Al, bistable
Al
Cu
Kwantificatie van kolomposities
Scheikunde (Z-contrast beeld)
Structuur (Electron Uittreegolf)
Al, bistable
Cu
Al
Charge Density
Cu
First principles electronische structuurberekeningen
J. Plitzko, G. Campbell (LLNL), G. Duscher (ORNL), C. Kisielowski (LBNL), 2002
Theorie en experimentTheorie en experiment
04/13/2304/13/23 2121
AFM microscoopAFM microscoop
04/13/2304/13/23 2222
STM microscoopSTM microscoop
04/13/2304/13/23 2323
Atomen zien ....Atomen zien ....
04/13/2304/13/23 2424
licht
LichtbronLichtbron
glas
lucht
Condenser lens
sample
Objectief lens
Intermediair beeld
Projecterende lens
Finaal beeld
OOptische microscoptische microscoopop
04/13/2304/13/23 2525
http://www.cellsalive.com/
OOptische microscoptische microscoopop
04/13/2304/13/23 2626
cm mm µm nm Å10-2 10-3 10-6 10-9 10-10 (m)
Typische resoluties voor verschillende microscopen
ResolutieResolutie
Eye
OM
SEM
SPM
TEM
04/13/2304/13/23 2727
filament
cathode
anode
Final imageFotografische plaatFluorescent scherm
Electromagnetic Condenser lens
sampleE.M. objective lens
Intermediate image
E.M. projecting lens
ElectronenmicroscoElectronenmicroscopiepie Electronenmicroscoop
Lichtgolven
electron golven
04/13/2304/13/23 2828
Resolutie golflengte Resolutie golflengte
04/13/2304/13/23 2929
Resolutie electronResolutie electronenen
Electronen zijn tegelijkertijd deeltjes en golven
+
-
-
-
-
-
licht = energie
energie = materie
licht=materieE.M.
04/13/2304/13/23 3030
filament
cathode
anode
Final beeld
Electromagnetische Condenser lens
sampleE.M. objective lens
Intermediair beeld
E.M. projecting lens
Licht
electronen
electromagnetische lenzen
Glas lenzen
Vacuum
ElectronenmicroscoElectronenmicroscopiepie Electronenmicroscoop
Fotografische plaatFluorescent scherm
04/13/2304/13/23 3131
electronenbron
diffraction(reciprocal space) beeld
(up to 106)
monster
energie-verlies spectrometer(inelastische verstrooiing)
beeldvormend systeem belinchtingssysteem
diffraction
ElectronenmicroscoElectronenmicroscopiepie
04/13/2304/13/23 3232
Scanning Electronenmicroscopie, HREM, Scanning Electronenmicroscopie, HREM, spectroscopiespectroscopie
A STEM / HRTEM : Tecnai G2
spoelen
Monster
Gefocusseerde e-bundel
HAADF Detector
Beeld filter
Upgrade to HRTEM/STEM @ NCEM in 2002 Eerste instrument van deze soort in de US
•Sonde grootte 0.13 nm (momenteel bij NCEM: ~1 nm)•Energie resolutie: 200 - 300 meV (currently: ~1eV)•Informatielimiet : < 0.1 nm @ 200 kV•Fasecontrast & Z-Contrast & Spectroscopie
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
390 400 410 420 430 440
On core
Off core
Co
un
ts (
arb
. un
it)
Energy Loss (eV)
Huidige technologie HAADF-image Locaal energie spectrum
Dislocatie in GaN [0001] 0.2 nm
N. Browning, C. Kisielowski, LDRD, 2002-2003
04/13/2304/13/23 3333
HalfgeleidersHalfgeleiders
© Steven Hens
04/13/2304/13/23 3535
Focus variatie methode
04/13/2304/13/23 3636
04/13/2304/13/23 3737
Copper-segregated 5 boundary in Al[001].(Courtesy of C. Kisielowski et al.)
04/13/2304/13/23 3838
Meyer R.R. et al., Science 289 (2000), 1324-1326.
04/13/2304/13/23 3939
Resolutie golfleResolutie golflengtengte
