ČASOPIS ZA VAKUUMSKO ZNANOST, TEHNIKO IN TEHNOLOGIJE, VAKUUMSKO METALURGIJO, TANKE PLASTI, POVRŠINE IN FIZIKO PLAZME LJUBLJANA, DECEMBER 96 LETNIK 16, ŠT. 4,1996 UDK 533.5.62:539.2:669-982 ISSN 0351-9716 VAKUUMIST 17/3 (1997) ISSN 0351-9716 VSEBINA □ Elektrostatski elektronski spektrometer za merjenje Augerjevih spektrov v plinih (P. Pelicon, I. Čadež, M. Žitnik, Ž. Šmit) □ Elektronske lastnosti mejnih plasti v heterostrukturah ZnSe/GaAs(001): ključ do modrega laserja? (G. Bratina) □ Zasloni za katodne elektronke (II. del) (Lea Župane Mežnar) □ Kvantno računanje (I. Belič) □ Zgodovina raziskovanja luminiscentnih snovi (I. del) (Stanislav Južnič) □ NASVETI (J. Gasperič) □ DRUŠTVENE NOVICE □ OBVESTILA Slika na naslovni strani: Spektrometer za merjenje atomskih spektrov plinastih tarč, ki so ga zgradili na Odseku za fiziko nizkih in srednjih energij na Institutu "Jožef Štefan". (Foto: ing. Marjan Smerke) SPONZORJA VAKUUMISTA: Ministrstvo za šolstvo in šport Slovenije Balzers PFEIFFER GmbH, Dunaj Obvestilo Naročnike Vakuumista prosimo, da čim prej poravnate naročnino za leto 1996. Cena štirih številk, kolikor jih bo izšlo v letu, je 1000,00 tolarjev. VAKUUMIST Izdaja Društvo za vakuumsko tehniko Slovenije Glavni in odgovorni urednik: dr. Peter Panjan Uredniški odbor. mag. Andrej Demšar, dr. Jože Gasperič (urednik za področje vakuumske tehnike in sistemov), dr. Bojan Jenko, dr. Monika Jenko (urednica za področje vakuumske metalurgije), dr Ingrid Milošev, mag. Miran Mozetič, mag. Vinko Nemanič, Marjan Olenik, dr. Boris Orel, mag. Andrej Pregelj, dr. Vasilij Prešern in dr. Anton Zalar Lektor: dr. Jože Gasperič Korektor: Tomo Bogataj Naslov: Uredništvo Vakuumista, Društvo za vakuumsko tehniko Slovenije, Teslova 30. 1000 Ljubljana, tel. (061)123-13-41 Številka žiro računa: Društvo za vakuumsko tehniko Slovenije, 50101-678-52240 Grafična obdelava teksta: Jana Strušnik Tisk:PLANPRINT d.o.o. - Littera pieta, Rožna dolina, c. IV/32-36,1000 Ljubljana Naklada 400 izvodov 16 PFEIFFER VACUUM Pred vami so izbrane turbomolekularne črpalke, s katerimi lahko v tehnološkem postopku, kjer imate korozivne pline, nadomestite stare turbomolekularne črpalke. Pfeiffer Vacuum Austria Diefenbachgasse 35 A-1150 Wien telephone ++43/1 8941704 telefax ++43/1 894 17 04 Ali je vaša stara turbomolekularna črpalka, ki črpa korozivne pline, tik pred tem, da odpove? Predstavljamo vam pet modelov naših turbomolekularnih črpalk iz serije "C", ki pa so več kot samo zamenjava za vaše stare črpalke. Lastnosti novih turbomolekularnih črpalk so: - hitrosti črpanja od 210 do 2200 l/s - velik pretok in varno črpanje agresivnih plinov, pri čemer prihranite stroške predčrpanja - visoki vakuum brez ogljikovodikov - površine, izpostavljene plinom, ščitijo pred korozijo - končni tlak <10"10 mbar pri predtlaku 10 mbar možna je ekonomična uporaba membranskih predčrpalk in kar je še več: cena sistema, napajalnika in stroški delovanja so minimalni. Modeli iz serije Turbo "C" niso le "nadomestni deli", ampak so uporabni povsod, kjer črpamo korozivne pline. Scan, d.o.o. Breg ob Kokri 7 SI-4205 Preddvor Tel: +386 64 451 383 Fax: +386 64 451 050 ISSN 0351-9716 VAKUUMIST 17/3 (1997) MEDIVAK MEDIVAK, d.o.o. Šolska ulica 21 SLO - 1230 Domžale tel. fax mobitel žiro račun 00386 61 713060 : 0609 615 455 : 50120-601-114647 HITRA POMOČ V TEŽAVAH ODKRIVANJE NETESNOSTI Helijski masni spektrometer UL 200 - vakuumski sistemi - vakuumski agregati - nizko- in visokotlačne posode - ventili, spoji - energijske postaje - vakuumskih črpalk - analiznih aparatov - odkrivanje netesnosti IZOBRAŽEVANJE S področja ODKRIVANJE NETESNOSTI POPRAVILA ČRPALK Tečaje organiziramo na sedežu firme v Domžalah, če se prijavi najmanj 6 oseb. IZPOSOJA VAKUUMSKIH ČRPALK LEYBOLD drecsio- nathch /elo~/ ' ■ T- "K 24 URNI SERVIS 30 >SSN035V97A6 ■o KrmW\en\ spo\*e menti računa\n \n drug* « ročno a» 6rpa\Ke, komore ^kuums^ VA1 0) <0 4°+ 20+ 0- v vrtiu prehoda'D2 v neonu, energija = 804.3 eV Slika 7: Ločljivost in števna hitrost spektrometra na vrhu D2 v odvisnosti od faktorja zaviranja. Spekter smo vzbujali z elektroni energije 3 kV, tok je bil 12 \iA, tlak v komori pa 2-10 mbar. 4 Sklep Zgradili smo elektronski spektrometer za detekcijo elektronov iz plinastih tarč z energijami pod 3 keV. ki deluje stabilno in zanesljivo. Z majhnimi spremembami bi ga bilo mogoče prilagoditi tudi za merjenje na površinah trdnih snovi. Sedaj izvajamo na spektrometru meritve hipersatelitskih prehodov v neonu /5/, iz katerih bomo ugotovili preseke za dvojno ionizacijo lupine K v neonu pri vzbujanju z elektroni. V tem letu predvidevamo selitev naprave v prostore v Podgorici na lokacijo novega ionskega pospeševal-nika, kjer bodo že letos na voljo visokoenergijski ionski žarki za vzbujanje tarčnih atomov. Konstruirali bomo magnetni ščit iz pločevine z visoko permeabilnostjo. V spektrometer bomo vgradili polprevodniški detektor rentgenskih žarkov, ki bo omogočal istočasno merjenje fotonskih spektrov. S tako oblikovanim sistemom predvidevamo izvedbo prvih koincidenčnih meritev med elektroni in fotoni iz atomskih procesov v notranjih lupinah. 5 Literatura /1/ G. A. Proca in T. S. Green, Rev. Sei. Instrum. 41, (1970) 1778 /2/ D. Roy in D. Tremblay. Rep. Prog. Phys. 53, (1990) 1621 /3/ L. Asplund, P. Keltve, B. Blomster. H Siegbahn in K Sieg-bahn. Phys. Ser 16. (1977) 268 /4/ A. Albiez, M. Thoma. W. Weber in W Mehlhorn, Z. Phys D 16 (1990), 97 151 Ž. Šmit, M. Žitnik, L Avaldi. R. Camilloni. E. Fainelli. A. Mühleisen in G. Štefani. Phys. Rew. A 49. 1480 (1994) Zahvala K izgradnji spektrometra so prispevali sodelavci z Instituta in ljudje izven njega. Dr. Jože Gasperič je izdelal načrt vakuumske komore, Marjan Ravnikarje pomagal s svojimi bogatimi izkušnjami in z detektorjem tesnje-nja. Celoten spektrometer je bil skrbno izdelan v Insti-tutski delavnici. Vsem imenovanim in neimenovanim se iskreno zahvaljujemo za njihov trud in vloženo znanje. 8 VAKUUMIST 16/4(1996) ISSN 0351-9716 ELEKTRONSKE LASTNOSTI MEJNIH PLASTI V HETEROSTRUKTURAH ZnSe/GaAs(001): KLJUČ DO MODREGA LASERJA? Gvido Bratina, Fotona, d.d., Stegne 7, 1210 Ljubljana Electronic properties of ZnSe-GaAs(001) heterointerfaces: a key to the blue laser? ABSTRACT ZnSe-GaAs(OOI) heterostructures are one of the staple systems in novel solid-state blue lasers. Electronic properties in these heterovalent interfaces are likely to depend on the microscopic interface environment. We have shown that ZnSe-GaAs(001 ) heterojunction valence band offset can be tuned In the range from 0.4 eV to 1.2 eV by controling the composition of the interface through variations in the composition of the growing front. Se-rich growth conditions yield Se-rich interfaces with the resulting low value of the band offset. Zn-rich growth conditions yield Zn-rich interfaces with the resulting high value of the band offset. POVZETEK Heterostruktura ZnSe-GaAs(001 ) je eden od najpomembnejših delov v modernih trdnih laserjih. Elektronske lastnosti na teh hetero-valenčnih mejnih plasteh so najverjetneje odvisne od sestave v neposredni okolici meje. Pokazali smo, da je mogoče nadzorovano spreminjati zamik valenčnega pasu na meji v območju od 0,4 do 1,2 eV. Te spremembe so dosegljive s spreminjanjem sestave atmosfere med rastjo kristalov. Okolje, bogato s selenom, privede do mejnih plasti s presežkom selena in nizke vrednosti nezveznosti valenčnega pasu. Okolje, bogato s cinkom, pa privede do mejnih plasti s presežkom cinka in nizke vrednosti nezveznosti valenčnega pasu. 1 Uvod Polprevodniški viri modre in modro-zelene koherentne svetlobe so zanimivi predvsem pri optičnem shranjevanju podatkov in v komunikacijah. Obe področji sta tržno zelo konjukturni in zato so razumljivi precejšnji napori, ki jih vlagajo številni industrijski in univerzitetni laboratoriji v razvoj teh elementov. Zaradi krajše valovne dolžine bi bila gostota informacij, zapisana na ustrezni podlagi, vsaj štirikrat večja od tiste, zapisane s svetlobo valovne dolžine 640 nm, ki se trenutno uporablja v optičnih zapisih. Večina raziskav je posvečena kvantnim strukturam, izdelanim iz GaN, SiC in ZnSe/GaAs, med katerimi je največ preiskav opravljenih na sistemih, ki temeljijo na heterostrukturah ZnSe/GaAs. Ena od najpomembnejših količin, ki označijo izbrano heterostrukturo v smislu elektrooptičnih značilnosti, je nezveznost energijskih pasov na meji med dvema polprevodnikoma. Ta količina namreč učinkuje na lokali-zacijo oziroma transport nosilcev naboja preko mejne plasti ter tako določa kvantni izkoristek optoelektron-skih elementov. Moderne teorije s tega področja /1,2,3/ kažejo na to, da sta predznak in velikost energijskega skoka v izovalenčnih heterostrukturah (npr. AlAs/GaAs, InGaAs/GaAs) odvisna od elektronskih značilnosti obeh kristalov in da sta relativno neobčutljiva za dogajanja na mejni plasti. Nasprotno pa sta ti dve količini v heterovalenčnih heterostrukturah (npr. Si/GaAs, ZnSe/GaAs, CdTe/GaAs) funkciji kemijske sestave, kristalografske orientacije in strukture v neposredni okolici (nekaj atomskih plasti) mejne plasti. Ta odvisnost daje slutiti možnost umetnega spreminjanja poteka energijskih pasov na heterovalenčni meji z nadzorom dogajanj v njeni neposredni okolici. Taka možnost bi bila posebej dobrodošla v primeru heterostrukture ZnSe-GaAs(001), ki je osnovni element modrih laserjev. Laserski element je navadno izdelan z epitaksijo z molekularnimi curki na podlagi GaAs. Uporabo le-teh narekujejo težave, povezane s sintezo ZnSe podlag z zadovoljivo nizko koncentracijo razsežnih kristalografskih napak. Kvantna jama iz ZnCdSe, kjer pride do optičnih prehodov med energijskimi nivoji, je vpeta med barieri ZnSe, ki sta obdani z ZnSSe. Ker ima ZnSSe večji lomni količnik od ZnSe, pride na mejah med ZnSe in ZnSSe do totalnega odboja svetlobe, ki se izseva iz kvantne jame pri rekombinaciji elektronov in lukenj. Največje težave pri taki strukturi izhajajo iz visoke vrednosti nezveznosti v valenčnem pasu na meji ZnSe-GaAs, kar narekuje uporabo n-tipa GaAs (zaradi olajšanega transporta elektronov iz GaAs v ZnSe) in p-tipa ZnSe. Znano pa je, da je izdelava kovinskih stikov na p-ZnSe izjemno problematična zaradi visoke upornosti /4/, kar povzroča veliko sproščanje joulske toplote in s tem zmanjšanje trajnosti laserja. Znižanje energijskega skoka na meji ZnSe-GaAs bi torej pripeljalo do uporabe p-tipa GaAs ter n-tipa ZnSe, kar bi pomenilo kvalitetnješe stike na strukturi in torej povečano trajnost. V laboratorijih TASC-INFM in na Univerzi v Minnesoti smo se s kontroliranim spreminjanjem poteka energijskih pasov na mejni plasti med različnimi sestavljenimi polprevodniki ukvarjali več let in smo izkušnje prenesli na heterostrukturo ZnSe/GaAs. Vtem članku so opisani poizkusi, s katerimi smo pokazali, da lahko energijski skok na mejni plasti znižamo, z ustrezno izbiro pogojev rasti ZnSe(001) na GaAs(001), na vrednosti okrog 0,4 eV. 2 Eksperimentalno delo Heterostrukture ZnSe/GaAs(001) smo sintetizirali z metodo epitaksije z molekularnimi curki v ultravisoko-vakuumski (UW) posodi s končnim tlakom 1,1.10"10 mbar. Pred naparevanjem ZnSe smo na ustrezno očiščeno podlago GaAs naparili 1 um debelo epitak-sialno plast GaAs pri 580 °C ter nato pri temperaturi -30 °C še okrog 2 jim debelo plast As, ki je učinkovito zaščitila GaAs pred oksidacijo. Tako pripravljene podlage smo prenesli v UW posodo, prirejeno za napare-vanje ZnSe. Uporabili smo elementne Knudsenove izvire cinka in selena in naparevali ZnSe na GaAs pri temperaturi 290 °C in pri različnih razmerjih med gostotama curkov Zn atomov in Se molekul /5/. Koncentracije smo določili z ionizacijskim merilnikom, postavljenim v vidnem polju izvirov, in s kvadropolnim masnim spektrometrom. Hitrost rasti smo preverjali z merjenjem oscilacij intenzitete uklonskih maksimumov hitrih elektronov, pospešenih z energijo 10 keV, na površino pod kotom, manjšim od 2°C, kakor tudi z merjenjem slabenja fotoemisije iz lupinskega nivoja Ga 3d podlage GaAs v odvisnosti od debeline ZnSe. Naparili smo plasti z debelinami od 2 A do 1 um. 9 ISSN 0351-9716 VAKUUMIST 17/3 (1997} Elektronske lastnosti tako pripravljenih heterostruktur smo preiskali s fotoemisijo. Pri tem smo uporabljali monokromatiziran izvir rentgenskih žarkov Al Ku in polkrožni analizator energije elektronov z večkanalnim detektorjem. Celotna ločljivost sistema je bila 0,7 eV. Zamik valenčnih pasov bi v principu najlaže merili s fotoemisijo v bližini vrha valenčnega pasu heterostruk-ture.Ž\al pa je presek za fotoefekt v tem energijskem območju zelo majhen, kar oteži analizo. Precej bolj natančno pa lahko določimo lego lupinskih nivojev. Pri takem določevanju nezveznosti valenčnega pasu na mejni plasti (AEV) upoštevamo dejstvo, da so energijske razdalje med lupinskimi energijskimi nivoji in vrhom valenčnega pasu značilne za izbran material /6/. Metoda je ponazorjena s sliko 1, kjer so prikazani vrh valenčnega pasu (Ev) in dno prevodnega pasu (Ec), energijska nezveznost na meji (AEV) ter energiji izbranih lupinskih nivojev (EC|(1) in Eci(2)). Pri merjenju AEv najprej izmerimo razdalji Ev(1) - Eci(1) in Ev(2) - Eci(2) v obeh ločenih polprevodnikih. Na ta način določimo lege lupinskih nivojev v odsotnosti morebitnih dipolnih potencialov na mejni plasti. Ob izdelavi heterostrukture se medsebojna razdalja lupinskih nivojev spremeni zaradi prilagoditve pasovnih struktur. Meritev Eci(1) in Eci(2) na taki heterostrukturi torej odseva spremembo poteka energijskih pasov preko meje ob stiku dveh polprevodnikov, tako da lahko določimo AEV iz enačbe: AEv = [(Ev(1) - Eci(1)) - (Ev(2) - Ecl(2))j - [ECl(1) - ECl(2)] Heterostrukturo pripravimo tako, da je plast gornjega polprevodnika dovolj tanka, da še omogoča detekcijo lupinskih nivojev iz spodnjega polprevodnika. Za fo-toelektrone, ki jih iz lupinskih nivojev izbijemo z rentgenskimi fotoni Al K«, je taka debelina do 300 nm. eV v , 4 AR TE AE cl cl Slika 1. Shematski prikaz elektronske energijske pasovne strukture v bližini mejne plasti v heterostrukturi. Dno prevodnega pasu je označeno z Ec, vrh valenčnega pasu je označen z £v. Z Ec\(1) in Ec\(2) sta označeni legi lupinskih nivojev v obeh polprevodnikih. A£v pa označuje nezveznost valenčnega pasu na meji med dvema polprevodnikoma. 3 Rezultati in diskusija Izkazalo se je, da razmerje med Se in Zn med napare-vanjem ZnSe na GaAs pomembno vpliva na rekonstrukcijo površine. Tako dobimo med naparevanjem v okolju, bogatem s Se, površinsko rekonstrukcijo, 2x1, med naparevanjem v okolju, bogatem s cinkom, pa površinsko rekonstrukcijo c(2x2), kot smo ugotovili z uklonom elektronov, pospešenih z energijami 10 keV na površino ZnSe pod ostrim kotom. Črtaste uklonske slike, dobljene med celotno fazo naparevanja, kažejo na to, da kljub pogojem rasti, ki so daieč od ste-hiometrije, kristal raste urejeno. Pri tem je pomembno, da je tak slojevit (layer-by-layer) način rasti že od začetka nukleacije. Urejena struktura pomeni, da lahko preiščemo elektronske lastnosti tako sintetiziranih heterostruktur brez bojazni, da bi morebitne kristalograf-ske napake vplivale na pasovno strukturo znotraj dosega fotoemisije. Na sliki 2 sta prikazana lupinska nivoja Zn 3d in Ga 3d, izmerjena na sveže naparjenih ločenih plasteh ZnSe in GaAs (2a) in na izgotovljenih heterostrukturah ZnSe/GaAs (b-d). Plast ZnSe je bila naparjena v atmosferi, bogati s Se (slika 2b), stehiometrični atmosferi (slika 2c) in v atmosferi, bogati s cinkom (slika 2d), njegova debelina pa je bila 15 A. Manjša slika prikazuje vrhove valenčnih pasov v obeh materialih. Vrhove valenčnih pasov smo umetno poravnali, izmerili vse energije glede na tako dobljeno energijo in premaknili ničlo energijske skale na energijo nivoja Ga 3d v debelem GaAs (slika 2a). Na tako izbrani energijski skali pomeni gornji par "lupin-ski rezultat", ki bi ga dobili z merjenjem na hipotetični heterostrukturi ZnSe/GaAs z AEv=0 eV. Energijska razlika med gornjim parom in spodnjimi pari lupinskih nivojev je torej v tej predstavitvi enaka AEV. Tako lahko razberemo, da je AEV (ZnSe-GaAs) v primeru naparevanja ZnSe z BPR=0,1 (slika 2b) enak 0,43 eV, pri BPR=1 (slika 2c) je AEV = 0,78 eV, pri BPR = 10 pa je AEV = 1,20 eV. Ugotavljamo, da lahko s spreminjanjem pogojev naparevanja učinkujemo na potek energijskih pasov na mejni plasti heterostrukture. Izkaže se, da je pojav zvezen: zamik energijskih pasov se manjša od okrog 1,2 eV za heterostukture, naparjene z BPR = 10, do okrog 0,4 eV za heterostrukture, naparjene z BPR=0,1. Vmesne vrednosti AEv pa so dosegljive z izbiro us-trezega razmerja med Zn in Se. Da bi dobili več vpogleda v ta pojav, smo določili sestavo plasti ZnSe v zgodnjih fazah rasti (4-30 A) z merjenjem intenzitet lupinskih nivojev Zn 3d in Se 2p. Izkazalo se je, da so plasti, naparjene v atmosferi, bogati s Se, obogatene s Se, medtem ko so tiste naparjene v s cinkom nasičeni atmosferi, obogatene s cinkom. To je ilustrirano na sliki 3, ki prikazuje sestavo plasti ZnSe, izraženo v obliki razmerja intenzitet Zn 3d in Se 3d (R), normaliziranega na razmerje, dobljeno na debelem kosu ZnSe, v odvisnosti od debeline plasti za različne BPR. Za debeline, manjše od približno 15 A, so odkloni od stehiometrične sestave ZnSe (R » 1) precejšnji. Z večanjem debeline ZnSe se ti odkloni manjšajo in v celoti izginejo za vse BPR, ko debelina plasti ZnSe doseže okrog 30 A. Spremembe v sestavi atmosfere med naparevanjem torej bistveno vplivajo na sestavo plasti ZnSe slojev blizu mejne plasti. 10 VAKUUMIST 16/4(1996) ISSN 0351-9716 O C D 0 • ■ O Tip dopiranja .. i. i O B O p+ • n+ □ p ■ n o p c(4x4) ♦ n c(4x4) a p 3x1 * n 3x1 + undoped s n- 0.5 0.6 0.7 JL 0.8 0.9 1 AE (eV) _Lj 1.1 1.2 1.3 Slika 4. Zamik valenčnih pasov na meji ZnSe-GaAs (AEv), prikazan kot funkcija sestave prvih treh šngstremov plastiZnSe(OOI), naparjene na GaAs(001) pri 290°C. Posamezni simboli ustrezajo vzorcem, naparjenim pod različnimi BPR in na podlagah z različnim tipom dopantov. je precej glede na vrednost 1 eV. Praktična uporaba tega mehanizma bo nedvomno prispevala k izboljšanju transporta lukenj preko mejne plasti ZnSe/GaAs in s tem k povečanju trajnosti trdnih modrih laserjev. Zahvala Zahvaljujem se A. Franciosiju, L. Sorbu in sodelavcem na University of Minnesota in na SRC-University of Wisconsin-Madison za nesebično pomoč pri pripravi poizkusov. 5 Literatura /1/ S. Baroni, R. Resta, A. Baldereschi, in M. Peressi. v Spectroscopy of Semiconductor Microstructures. uredili G. Fásol. A Fasolino in P Lugli (Plenum, London. 1989) 12/ C. G. Van de Walle, Phys. Rev. B. 39(1989) 1871. 13/ A. Muñoz, N. Chetty, in R. M Martin, Phys. Rev. B 41 (1990) 2976. /4/ Y. Fan, Y. Han, L. He, J. Saraie, R. L. Gunshor, M. Hagerott. H. Jeon. A. V. Nurmikko, C. G. Hua in N. Otsuka. Appl Phys. Lett. 63 (1993) 1812 in tamkajšnji viri. 151 Pri izbranih pogojih naparevanja Se izstopa iz izvora v obliki dimera in tetramera. /6/ R. W. Grant in J. R. Waldrop, J. Vac. Sci. Technol B 5. (1987) 1015 171 A. Baldereschi. S. Baroni in R. Resta, Phys. Rev. Lett , 61. 734 (1988). /8/ R. Nicolini, L. Vanzetti, Guido Mula, G. Bratina, L. Sorba. A Franciosi. M. Peressi. S. Baroni, R. Resta, A. Baldereschi, J E. Angelo in W. W. Gerberich. Phys. Rev. Lett. 72, (1994) 294 IZOBRAŽEVANJE O VAKUUMSKI TEHNIKI - 1997 Vse uporabnike vakuumske tehnike obveščamo, da so v letu 1997 predvideni naslednji strokovno izobraževalni tečaji: VZDRŽEVANJE VAKUUMSKIH NAPRAV 14.-15.april ter 20.-21 .oktober 1997 Pod tem naslovom se obravnava predvsem tematika, ki jo srečujemo v tehniki grobega vakuuma. To je: delovanje, vzdrževanje in popravila rotacijskih črpalk, pregled in uporaba različnih črpalk, ventilov in drugih elementov, meritve vakuuma, hermetičnost in odkrivanje netesnosti v vakuumskih sistemih, materiali za popravila, tehnike čiščenja in spajanja, skupno 20 šolskih ur, od tega tretjina praktičnih prikazov in vaj. Cena tečaja je 32.000 SIT. Vsak tečajnik bo prejel tudi brošuro "Osnove vakuumske tehnike za vzdrževalce naprav" in potrdilo o opravljenem tečaju. OSNOVE VAKUUMSKE TEHNIKE 12.-14. maj ter 24.-26. november 1996 Pri tem tečaju je večji poudarek na teoretičnem razumevanju snovi. Obravnava so vsa že prej omenjena področja in poleg tega še: pomen in razvoj vakuumske tehnike, fizikalne osnove, črpalke za visoki vakuum, tankoplastne in druge vakuumske tehnologije, čisti postopki, analize površin ter doziranje, čiščenje in preiskave plinov - skupno 26 šolskih ur z vajami in ogledom inštituta. Cena tečaja je 32.000 SIT. Udeleženci prejmejo zbornik predavanj "Osnove vakuumske tehnike" in potrdilo o opravljenem tečaju. Oba tečaja se pričneta ob 8.00 uri v knjižnici Inštituta za elektroniko in vakuumsko tehniko, Teslova 30, Ljubljana. Prosimo interesente, da se informativno javijo čimprej, za dokončno potrdilo udeležbe pa velja kopija položnice o plačilu - najkasneje tri dni pred pričetkom tečaja na naslov: Društvo za vakuumsko tehniko Slovenije, Teslova 30, 1111 Ljubljana (št. žiro računa: 50101-678-52240). Prijave sprejema organizacijski odbor (Koller, Spruk, Mozetič, Nemanič), ki daje tudi vse dodatne informacije (tel. 061 177-66-00, 126-45-92). V primeru premajhnega števila kandidatov tečaj odpade, nteresenti bodo povabljeni na naslednji rok. Tečaj "Osnove vakuumske tehnike za srednješolske predavatelje" bo predvidoma 10. in 11. novembra 1997 in bo posebej razpisan v informativnih glasilih za šolstvo. Namenjen je popestritvi pouka fizike in tehničnih znanj na srednjih in višjih šolah. 12 VAKUUMIST 16/4(1996) ISSN 0351-9716 ZASLONI ZA KATODNE ELEKTRONKE (II. del) Lea Župane Mežnar, Inštitut za tehnologijo površin in optoelektroniko,Teslova 30, 1000 Ljubljana Screens for cathode-ray tubes (Part II) ABSTRACT Screen is the optical coating on the inner face plate of the cathode-ray tube, which converts the kinetic energy of the electron beam into the visible light. Screen includes the glass substrate and densely packed layer of the few microns large phosphor particles, coated by the aluminum film. In the article we will present the deposition methods of phosphor layer, the resolution and the light efficiency of the screen as well as the parameters which influence these two basic screen properties. We will also compare the conventional powder screens and newly developed thin film screens. POVZETEK Optično plast na notranji čelni ploskvi katodne elektronke, ki kinetično energijo elektronov pretvarja v vidno svetlobo, imenujemo zaslon. Zaslon tvorijo steklena podlaga in gosto zložena plast nekaj mikrometrov velikih delcev luminiscentne snovi, prekrita z zvezno plastjo aluminija. V prispevku bodo predstavljene metode nanašanja luminiscentne plasti in osnovne lastnosti zaslonov, kot sta ločljivost in svetlobni izkoristek ter parametri, ki vplivajo na ti dve lastnosti. Na koncu bo podana tudi primerjava navadnih praškastih in novejših tankoplastnih zaslonov. 1 UVOD V prvem delu prispevka /1/ sem predstavila pojav lu-miniscence in katodoluminiscence ter osnovne lastnosti luminiscentnih snovi, kot so: barva, svetlobni odziv, persistenca, kemijska sestava in morfološke lastnosti. V drugem delu pa bom predstavila zaslone za katodne elektronke in njihove lastnosti. Katodne elektronke letos praznujejo svoj stoti rojstni dan. Zgodovinski pregled in osnove delovanja katodnih elektronk so bile že predstavljene v Vakuumistu /2,3/, zato bom le na kratko opisala princip njihovega delovanja. Katodna elektronka je naprava, ki pretvarja električni signal v svetlobnega /4/. V grobem je sestavljena iz dveh sklopov: steklene cevi z zaslonom na čelni ploskvi in elektronske puške v notranjosti (slika 1). Katoda je izvir elektronov, ki se v anodnem delu zberejo in pospešijo do energije 5-30 keV, v odklonskem delu (magnetnem polju tuljav ali električnem polju med ploščama) pa se odklonijo v določeno točko na zaslonu. V elektronki je visoki vakuum (10"7 mbar), ki zagotavlja nemoteno gibanje elektronov ter stabilnost fizikalno-kemijskih procesov na katodi in zaslonu. Delovanje v visokem vakuumu in pri visokih napetostih zahteva posebne postopke kemijskega čiščenja in žarjenja osnovnih komponent ter pazljiv izbor materialov. 2 ZASLONI ZA KATODNE ELEKTRONKE Najpomembnejši del zaslon je tanka plast luminiscentne snovi, nanesene na stekleno podlago, ki pri trku z elektroni pretvori njihovo kinetično energijo v vidno svetlobo. Plasti najpogosteje nanašajo iz vodne sus-penzije nekaj mikrometrov velikih delcev. Od vrste lu-miniforja je odvisno, kateri del vidnega spektra (barvo) bo emitiral zaslon. Zasloni so lahko monokromatski (enobarvni) ali barvni. Pri barvnih zaslonih so naneseni trije osnovni luminiforji: rdeč, moder in zelen, v obliki majhnih krogcev (slika 2) ali ozkih vzporednih črt. LUMINIFORJI NA STEKLENI PODLAGI Slika 2. Shematski prikaz vzbujanja zaslona s senčno masko v barvni katodni elektronki 141 Slika 1. Katodna elektronka z elektrostatskim fokusiran-jem in magnetnim odklonom 141 2.1 Zgradba monokromatskega zaslona Znano je, da je velikost in oblika zaslonov lahko zelo različna. Pri najmanjši (miniaturni) katodni elektronki ima zaslon koristni premer 15 mm, pri večjih s kvadratno ali pravokotno obliko pa lahko diagonala meri do približno 62 cm (3-25 ineh). Ne glede na velikost in zunanjo obliko imajo vsi zasloni enako zgradbo (slika 3). Zaslon sestavljajo: 1. steklena podlaga 2. luminiscentna plast 3. organska mrenica 4. plast aluminija gielec katoda elektronska puška odklon vakuum svetlobni odziv steklen balon an oda 13 ISSN 0351-9716 VAKUUMIST 17/3 (1997} luminifor / aluminij steklo Nc mrenica Slika 3. Zgradba praškastega zaslona za katodne elektronke Steklena podlaga je sestavni del elektronke, ki je po izdelavi zaslona s steklenim spojem pričvrščena na stekleni vrat. Lahko pa je kar del steklenega ohišja (slika 1). Podlaga je nekaj milimetrov debelo steklo, pri profesionalnih napravah pa je lahko optično ali vlaknasto steklo (fiber optics), kjer je premer vlaken 3 ali 5 um. Podlaga vpliva na ločjivost in kontrast zaslona; nanjo je lahko nanesena še prozorna prevodna plast. Luminiscentno plast sestavljajo gosto zloženi delci luminiscentnega prahu, povezani med seboj in na stekleno podlago z vezivom. Uporabljajo se le anorganska veziva, ki niso razgradljiva pri trkih z elektroni. Glede na želene lastnosti zaslona oz. prikazalnika (barva, per-sistenca, svetlobni izkoristek, delež absorbirane energije, sproščene pri trku elektronov, napetost nasičenja) bomo uporabili enega izmed 60 različnih katodolu-miniscentnih snovi /1/. Organska mrenica je nanesena na hrapavo površino luminiscentne snovi zato, da bo plast, ki ji sledi (aluminij), zvezna (slika 4). Uporabljamo lahko 1% raztopino nitroceluloze v organskih topilih. Po naparevanju aluminija to organsko plast odžgemo, ker bi sicer prišlo do razgradnje med delovanjem elektronke in zastrupljanja katode. Plast aluminija je debela približno 100 nm. Debelina je odvisna od pospeševalne napetosti in je lahko pri višjih napetostih večja. Aluminij naparimo v visokem vakuumu. Plast je prevodna, tako daje potencial enakomerno porazdeljen po zaslonu. Hkrati pa rabi tudi kot zrcalo za izsevano svetlobo iz zaslona, ki se širi v notranjost elektronke. Pri vzbujanju luminiscentne snovi ta izseva svetlobo v vse smeri, tako da koristno izrabimo le del svetlobe v smeri opazovalca. Svetlobni izkoristek zaslona z aluminijem je pri dani napetosti približno za polovico večji kot pri nealuminiziranem zaslonu. Slika 5. Prelom zaslona, kjer je luminiscentna plast nanesena z gravitacijskim posedanjem (bel luminifor P45 - Y202S:Tb) /5/ 4 % IflUim Slika 4. Praškasta luminiscentna plast, nanesena s sedimentacijo v centrifugi na podlago iz vlaknastega stekla. Plast prekriva tanka nitro-celulozna mrenica /5/ 5~pm~ k. - Slika 6. Luminiscentna plast, nanesena z napraševa-njem na lepljivo površino (zelen luminifor P20 ■ (Zn,Cd)S:Ag) /5/ 14 VAKUUMIST 16/4(1996) ISSN 0351-9716 2.2 Metode nanašanja luminiscentne plasti Luminiscentno snov lahko nanesemo na površino steklene podlage z različnimi postopki: z gravitacijskim posedanjem suspenzije, centrifugiranjem suspenzije, napraševanjem na lepljivo površino ali z elektroforezo. Na sliki 5 je prikazan prelom zaslona, prekritega s prosto sedimentacijo vodne suspenzije luminiforja. Ta tehnika se največ uporablja pri izdelavi zaslonov za široko porabo (TV sprejemniki, računalniški monitorji). Za zaslone z boljšimi lastnostmi moramo uporabiti drugačne, zgoraj navedene metode (sliki 4, 6). 2.3 Ločljivost in svetlobni izkoristek zaslonov Najpomembnejši lastnosti zaslonov sta ločljivost in svetlobni izkoristek. Ločljivost zvišujemo s tanjšanjem aktivne plasti, bolj gostim nanosom, z izborom snovi z manjšimi delci in z ožanjem elektronskega curka, s katerim vzbujamo katodoluminiscentno plast. Svetlobni izkoristek pa je višji pri debelejših plasteh, pri snoveh z večjimi delci in pri višjih energijah vzbujanja. Zato je razumljivo, da je potrebno debelino zaslona optimizirati. Ločljivost katodne elektronke lahko podamo kot premer svetlobne točke ali črte, ki jo na zaslonu vzbujamo z elektroni pri določenem toku in potencialu, ali kot število linijskih parov na milimeter (Ipm). Celotni premer svetlobne točke (dc) je izražen z naslednjo enačbo /6/: dc 2 = de 2 + dz 2 +d0 2 (1) kjer de pomeni prispevek elektronske puške (sferična aberacija, astigmatizem), dz je prispevek luminiscentne plasti, do pa so drugi prispevki (npr. ločljivost podlage). Ko potujemo z ozko režo čez vzbujeno črto na zaslonu in s fotometrom merimo njeno svetlost, ima ta obliko Gaussove krivulje (slika 7). Ločljivost je lahko podana kot premer črte oz. širina Gaussove krivulje na 60%, 10% ali na polovici višine krivulje (FWHA, full vvidth half amplitude). Svetlobni izkoristek e je definiran z razmerjem med izsevano svetlostjo zaslona L in energijo vzbujanja Qi, energijski izkoristek r|e pa z razmerjem izsevane in vzbujevalne energije /8/: e = Q, ^e = Q. Q, (2) (3) 50 (FWHA) Slika 7. Porazdelitev svetlobe v vzbujeni črti na zaslonu ima obliko Gaussove krivulje 171 Kadar je detektor človeško oko, je primerneje uporabiti svetlobni izkoristek zaslona, če pa je detektor film ali fotopomnoževalka, se uporablja izkoristek, kjer je emitirana svetloba izražena kot energija. 2.3.1 Parametri, ki vplivajo na svetlobni odziv zaslonov Vpliv napetosti na svetlobni izkoristek prikazuje slika 8. Luminiscentni zaslon zasveti šele pri določeni napetosti Vo (1-4 kV), ki je odvisna od debeline plasti aluminija in debeline neaktivne plasti na površini delcev, ki jih sestavljajo oplaščenje (npr. Si02 ali AI2O3), površinski defekti in vezivo. V prvem delu krivulje se svetlobni izkoristek viša do maksimalne vrednosti, ki je odvisna od luminiscentne snovi in metode nanosa. Med točkama A in B je delovno območje elektronke. V tretjem delu je energija elektronov že tolikšna, da je njihova vstopna globina večja od debeline luminiscentne plasti in elektroni izgubijo velik del energije pri trkih s stekleno podlago. Zaradi povišane temperature prihaja na steklu do kemijskih reakcij in s tem do temnenja podlage Vpliv gostote toka na svetlost zaslona: v območju do 10 nA/cm2 svetlost večine luminiscentnih snovi linearno narašča, potem pa pride do neemitivnih procesov ali nasičenja (slika 9). Luminiforji, ki imajo 1091 L"fm,x A 121 delovna napetost Slika 8. Vpliv pospeševalne napetosti na svetlobni izkoristek zaslona /8/ svetlost (cd/m2) P53 ,p43 10 IOO gostota toka (^iA/cm!) 1003 Slika 9. Svetlost zaslona v odvisnosti od gostote toka pri napetosti 16 kV /8/ 15 ISSN 0351-9716 VAKUUMIST 17/3 (1997} linearno odvisnost tudi pri višjih vrednostih (P53 in P43), so primerni za uporabo v napravah, kjer se zahteva visoka svetlost. Staranje luminiscentne plasti je pojav, kjer se svetlobni odziv katodne elektronke s časom delovanja znižuje, odvisno od razmer pri vzbujanju. Svetlobni izkoristek se po 1000-2000 urah zniža na polovico, kar se navzven pokaže kot sivenje ali kot moteče praznine na zaslonu in omejuje trajnost naprav. Poleg trajnega uničenja plasti poznamo tudi začasno ali reverzibilno izgubo izkoristka. Če večamo energijo elektronov, se veča tudi svetlobni odziv in temperatura luminiforja, dokler ne pride do nasičenja, potem pa svetlost pada, dokler zaslon ne preneha svetiti. Če vzbujanje prekinemo in plast ohladimo, le-ta ponovno emitira svetlobo. V enačbi 4 /8/ je podan izraz, ki pove, koliko naboja Q luminiscentna snov lahko sprejme, da se začetna vrednost svetlobnega izkoristka zniža na polovico, kar je merilo za trajnost zaslona in celotnega prikazalnika: eo.5 = eo - [1 / (1 + C - Q)] (4) (C=konstanta za določeno snov) Nekateri parametri, ki vplivajo na staranje, so zbrani v tabeli 1. Luminiforji P1, P43, P45 in P53 lahko prejmejo velike gostote naboja: od 80 do 120 C/cm2, in so zato najprimernejši za izdelavo zaslonov za naprave, kjer se zahteva visoka svetlost (prikazalniki v pilotski kabini, projekcijske elektronke). Mehanizmi staranja še niso dobro znani in se za snovi z različno kemijsko sestavo razlikujejo. Pri nekaterih luminiforjih pride do temnenja plasti zato, ker se kovinski ioni na površini delcev reducirajo in ta temna plast potem absorbira izsevano svetlobo. Pod vplivom elektronskega curka prihaja tudi do strukturnih sprememb. TABELA 1. Vpliv različnih parametrov na staranje zaslona v katodni elektronki /8/ Parameter Vpliv na staranje Luminifor velikost delcev kristalna faza manjši delci so bolj občutljivi razlike v svetlobnem odzivu do 1:10 za različne faze Pogoji vzbujanja pospeševalna napetost raster ali dc vzbujanje temperatura ne vpliva ne vpliva višja ko je temperatura, hujše so poškodbe luminiscentne snovi Vakuum ioni 10-krat močneje poškodujejo snov kot elektroni Ti procesi so lahko hitri, imenujemo jih tudi sežig, saj elektronski curek z energijo 2 W/cm2 upari plast aluminija in luminiforja ter poškoduje stekleno podlago Pri vzbujanju zaslonov raje uporabljamo visoke napetosti in nizke tokove (nekaj hA). Staranje zaslonov je odvisno od vrste luminiscentne snovi, lastnosti plasti, uporabljenega veziva in režima vzbujanja (Zgled: naprava, kjer je luminiscentna plast iz P11, bo pri toku 1 A/cm2 delovala le 16 sekund). Zaslon navadno vzbujamo tako, da vodimo curek elektronov po njegovi površini (raster). Pri tem so obremenitve zaslona mnogo nižje, kot če bi vzbujali le določeno točko (alfanumerični znaki). Lastnost zaslona, ki povezuje izsevalni čas in frekvenco vzbujanja, se imenuje utripanje (flicker). Če posredujemo informacijo 25-krat na sekundo, jo oko zazna kot kontinuirno. Nekoliko prispevajo tudi svetlost, barva in velikost zaslona, osvetljenost prostora, zorni kot opazovalca in premikanja slike na zaslonu. Bolj ekonomično je znižati frekvenco vzbujanja in uporabiti luminifor z daljšim izsevalnim časom (antiflicker phos-phors). 2.4 Primerjava praškastih in tankoplastnih zaslonov Praškasti zasloni so konglomerati kristaliničnih delcev, nanesenih v plast, debelo nekaj mikrometrov, ki so med seboj in na podlago vezani z vezivom. Zaradi majhne stične ploskve med delci in stekleno površino podlage so luminiscentne plasti termično slabo prevodne in nagnjene k poškodbam zaradi visokoen-ergijskega elektronskega curka. Čeprav je prevodnost odvisna od vrste snovi, debeline plasti in drugih fizikalnih lastnosti, velja, da je 1 W/cm2 maksimalna dovoljena vrednost za gostoto energije, ki jo plast še lahko prejme. Trikrat višja energija pa že trajno uniči luminifor. Poroznost praškastega nanosa prispeva k slabši ločljivosti in kontrastu. Ko kristale luminiforja vzbudimo z elektroni, se izsevana svetloba sipa znotraj zrn, pa tudi med zrni zunaj vzbujenega področja (slika 10). Posebej je sipanje izraženo pri plasteh z velikimi delci, ki imajo majhno gostoto in pri visokih energijah vzbujanja, kjer pride do odbojnih sil med elektroni v curku. praškasti zaslon (debelina 6 um) na stekleni podlagi Slika 10. Vzbujanje, izsevan je in sipanje svetlobe pri praškastem zaslonu /6/ elektronski curek vakuum 16 VAKUUMIST 16/4(1996) ISSN 0351-9716 Da bi presegli pomanjkljivosti praškastih zaslonov, so začeli raziskovati tankoplastne nanose. Spektralna porazdelitev izsevane svetlobe in persistenca ostaneta pri tankoplastnih zaslonih enaki, močno pa se spremenijo svetlobni izkoristek, ločljivost in obstojnost snovi pri visokih energijah vzbujanja. Metode nanašanja tankoplastnih zaslonov so: CVD postopek (chemical vapour deposition), rf naprševa-nje, sol-gel postopek in drugi. Plast je homogena, ločljivost zaslona je enaka premeru elektronskega snopa, ker ni sipanja svetlobe in elektronov na delcih (slika 11), kontrast je boljši zaradi nižje refleksije tankoplast-nega zaslona, odpornost na sežig je zaradi dobrega kontakta s podlago neprimerno višja kot pri pra-škastem zaslonu. Nižji pa je "zunanji" svetlobni izkoristek zaradi pojava totalnega odboja znotraj plasti. Tako svetijo le robovi tanke plasti. Pri istih pogojih vzbujanja tankoplastni zaslon (debeline 2 (im) na safimi podlagi Slika 11. Vzbujanje in izsevanje svetlobe pri tankoplast-nem zaslonu /6/ gostota energije cl. snopa (W/m2) Slika 12. Odvisnost svetlobnega odziva od gostote energije elektronskega curka pri praškastem in tankoplastnem zaslonu 1101 daje tankoplastni zaslon določene snovi le 10% svetlobe praškastega zaslona. Izguba svetlosti je premo-sorazmerna z lomnim količnikom, zato izbiramo snovi z nizkim lomnim količnikom /9/. Zaradi boljše termične prevodnosti pa lahko tanko plast vzbujamo z višjo energijo in tako dobimo večji svetlobni odziv (slika 12). Svetlobni izkoristek tankih luminiscentnih plasti je odvisen od števila defektov, zato morajo imeti čim bolj urejeno kristalinično strukturo. To dosežemo z visoko-temperaturno obdelavo, zato je potrebno plasti nanesti na safirne ali kremenove podlage. Tankoplastne zaslone uporabljajo le za profesionalne elektronke, kjer sme biti zaradi izboljšanih lastnosti tudi cena višja. 3 SKLEP V prispevku smo predstavili kratek pregled luminiscentnih zaslonov za katodne elektronke. Opisali smo zgradbe, metode nanašanja in osnovne lastnosti zaslonov. Primerjali smo tudi praškaste in tankoplastne zaslone glede na njihovo termično obstojnost, ločljivost in svetlobni izkoristek. ZAHVALA Zahvaljujem se Ministrstvu za znanost in tehnologijo, ki mi je omogočilo opraviti raziskovalno delo v okviru magistrske naloge. 4 LITERATURA /1/ L. Županc-Mežnar, Luminiscentne snovi (I. del), Vakuumist. 16/3 (1996) 14 /2/ S. Južnič, V. Nemanič, Iznajdba in razvoj katodne elektronke in drugih vakuumskih elementov za televizijo (I. del), Vakuumist, 16/1 (1996) 19 131 S. Južnič, V. Nemanič. Iznajdba in razvoj katodne elektronke in drugih vakuumskih elementov za televizijo (II. del), Vakuumist, 16/2 (1996) 15 /4/ L.E. Tannas, Flat-panel displays and CRTs, Van Nostrand Reinhold company, New York, 1985 /5/ L. Županc-Mežnar, Priprava in lastnosti luminiscentnih snovi ter izdelava zaslonov za katodne elektronke, magistrsko delo. Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo, Ljubljana, 1996 161 E. Sluzky and K. Hesse, High-resolution phosphor screens, J. Electrochem. Soc., 135 (1988) 2893 /7/ E. Sluzky, T. Avalos and K. Hesse, Evaluating the resolution of ultra-fine-grain phosphor screens, J. SID. 1 (1993) 3 181 A. Martin, Cathode Ray Tubes for Military Applications. Advances in Electronics and Electron Physics, Academic Press, New York, 67 (1986)183 /91 J. Shmulovich and D.F. Kocian, Thin-film phosphors for miniature CRTs used in helmet-mounted displays, SID Intl. Symp Digest Tech. Papers, 30 (1989) 297 /10/ A.M. Wittenberg, Single-crystal garnet phosphors, Information Display, 3 (1987) 14 17 ISSN 0351-9716 VAKUUM 1ST 16/4(1996) KVANTNO RAČUNANJE Igor Belič, VPVŠ, Kotnikova 8, 1000 Ljubljana Quantum Computing ABSTRACT Where will new directions in computer technologies go is the main question of the original paper written by Tom Thompson and published by Byte There is a particutarly interesting section describing the potentials of quantum Computing that requires the vacuum system in order to operate If the quantum Computing story ever cornes true it will also be the moment of great vacuum technology expansion. POVZETEK Originalni članek Toma Thompsona daje nekaj odgovorov na vprašanje usmeritev računalniških tehnologij v prihodnosti. Posebej zanimiv je del članka, ki opisuje možnosti kvantnega računanja. Elementi, ki izvajajo_ kvatno računanje, lahko delujejo le v vakuumskem okolju. Če bodo principi kvantnega računanja kdaj postali resničnost, potem bo to tudi začetek velikega vzpona vakuumskih tehnologij. 1 Uvod Iskanje novih tehnologij, ki bi omogočile izdelavo še hitrejših in zmogljivejših računalnikov, je kot zlata mrzlica. Zelo veliko ljudi se ukvarja s tem iskanjem, vendar, kot povsod drugje, so tudi tu le redki izbrani. Vakuumske tehnologije so v zadnjih desetletjih izrinjene na rob uporabe v široki porabi. Navzoče so posredno, ker sodobnih mikroelektronskih vezij in še česa brez vakuumskih procesiranj ne bi bilo. Povzetek članka T. Thompsona, objavljenega v reviji Byte /1/, nakazuje možnost povratka vakuumskih tehnologij v samo ospredje v široki porabi uporabljenih elektronskih komponent in to ne v tako zelo oddaljeni prihodnosti. 2 Kvantni procesorji Kakšno je stanje na področju procesorjev, uporabljenih v sodobnih računalnikih? Ali obstajajo principi, ki bi uspešno zamenjali digitalne principe delovanja? Morda s čim, še manjšim od dosedaj najbolj miniaturnih integriranih vezij - s posameznimi atomi, ioni, elektroni. Skozi leta so se fiziki v laboratorijskih okoljih ukvarjali z delom na atomarnem in subatomarnem nivoju. V današnjem času poskušajo izvesti računske operacije z izkoriščanjem fizikalnih lastnosti, ki veljajo za ato-marni nivo. Delo na tem področju se precej razlikuje od običajne uporaba binarne logike in principov Boolove algebre. Odkrite so nove zakonitosti, ki se jih da uporabiti za izvajanje računskih operacij. Običajna fizikalna pravila, ki veljajo tudi za najbolj miniaturizirana CMOS logična vrata (logična vrata so osnovni sestavni elementi logičnih vezij za izvajanje operacij, kot so AND, OR, negirani AND in OR itd.), tu ne veljajo več. Namesto tega veljajo za subatomarne delce pravila kvantne mehanike. Vsak delec lahko opišemo kot delec ali kot valovanje. Kadar subatomarni delec obravnavamo kot delec (kor-puskularni opis), potem ta lahko zaseda le diskretna energijska stanja, ki jim rečemo energijski kvanti. Valovni opis govori o tem istem delcu v prostorsko-časovnem smislu. Ko se val, ki predstavlja elektron, razširi v prostoru in času, postane lokacija elektrona negotova; veljajo zakoni verjetnosti. Slika je podobna, ko vržemo kamen v bazen, napolnjen z mirujočo vodo. V trenutku, ko se kamen dotakne vodne gladine, se začno centrično razširjati valovi proti robu bazena in se od njega odbijejo. Čez določen čas je celotna gladina bazena v valovanju. Valovna predstavitev "kamna" je porazdeljena po celotni površini bazena. Elektron je zato v valovnem smislu povsod naenkrat. Stanje nedoločenosti (fuzzy state) se nadaljuje toliko časa, dokler elektron ne interagira z nekim drugim delcem ali s fotonom. V trenutku interakcije je izdana lokacija elektrona, ki je v točki, kjer razširjajoči se val razpade v množico lokaliziranih valov (elektron in drugi delec). Kot primer tega dogodka si predstavljajmo majhen prostor, v katerem je zaprt elektron. Prisotnost elektrona lahko predstavimo kot val. Valovna funkcija govori tudi o verjetnosti, da se delec nahaja zunaj s stenami omejenega prostora. Pod ustreznimi pogoji elektron pobegne iz omejenega prostora. Proces imenujemo tuneliranje. V šestdesetih in sedemdesetih letih sta Rolf Landauer in Charles H.Bennet iz centra IBM Thomas J.Watson raziskovala in odkrila osnovne fizikalne zakonitosti računanja, ki so kasneje postali temeljni principi kvantnega računanja. Bennet je pokazal, da je možno zgraditi molekularni računalnik, ki deluje na temelju Turingovega stroja. Okoli leta 1980 je Paul Benioff iz Argonne National Laboratory ugotovil, da se računanje lahko izvaja na sistemih, ki popolnoma sledijo zakonom kvantne mehanike. David Deutsch z Univerze v Oxfordu je leta 1985 dognal, da taki sistemi lahko izvajajo celo kvantno paralelno računanje. Ko so bili sistemi kvantnega računanja še v teoretskih povojih, je že kazalo, da bodo taki računalniki precej zmogljivejši, kot so sedanji Leta 1993 je Seth Loyd Iz Los Alamos National Laboratory pokazal, da veliko kvantnih sistemov, vključno s preprostim kristalom soli, lahko deluje kot kvantni računalnik. Istega leta je Peter W. Shor iz AT&T Bell Laboratory demonstriral, da kvantni računalnik lahko izvaja praktično delo hitreje kot katerikoli znani digitalni računalnik. Vsa ta odkritja so sprožila renesanso raziskav kvantnega računanja, kjer številne skupine poskušajo zgraditi prototipne elemente kvantnih računalniških sistemov. Teoretične ideje, kako narediti osnovna kvantna "vrata", se razlikujejo glede na to, v kateri raziskovalni skupini so nastale. Kljub temu sta dve skupini naredili pomembne korake pri laboratorijskih poskusnih izvedbah. Skupina, ki deluje pod vodstvom Davida J. Winelanda v National Institute of Standards (NIST), je zgradila XOR (exclusive OR) vrata z uporabo ionov, ujetih v pasti. Druga skupina pod vodstvom Jeffa H. Kimbleja iz Cal Techa uporablja optično kavitacijo v past ujetega atoma za izvedbo kvantnih faznih vrat (Quantum Phase Gate QPG). Izhod QPG vrat spremeni 18 VAKUUMIST 16/4(1996) ISSN 0351-9716 fazni kot polarizacije vhodnega laserskega žarka. Taka logična vrata lahko izvajajo več različnih logičnih funkcij. Konstrukcija osnovnih gradbenih elementov ni lahka naloga. Vrata N IST so izvedena v vakuumskem sistemu s štirimi elektrodami (slika 1). Čeprav je skupina NIST zgradila logična vrata, ki izvajajo logično funkcijo, kot klasična elektronska vrata, je treba posebej poudariti, da kvantna logika ne deluje nujno tako. Kot je bilo že prej omenjeno, kvantno računanje uporablja neke vrste paralelno računanje zaradi verjetnostne narave vedenja delcev in tudi vrata NIST izkazujejo take lastnosti. "Prostor stanj sistema kvantnega računanja je bistveno večji kot pri klasičnem digitalnem računalniku, zato ker kvantni sistem lahko realizira eksponentno mnogo stanj naenkrat," je dejal Kimble. Zaradi tega se kvantni biti imenujejo qu-biti, da jih tako razlikujemo od klasičnih bitov. "3-bitni register shrani v enem trenutku le eno število, medtem ko 3 qu-bitni vseh osem možnih števil naenkrat, vse dokler jih ne odčitamo," pravi Chris Monroe, ki je ravno tako član skupine NIST. Kvantni paralelizem teoretično omogoča izvajanje zahtevnih operacij precej hitreje. Faktoriranje velikih števil navadno zahteva od računalnika ogromno število operacij, ki naraščajo eksponentno z velikostjo števila, ki se faktorira. Kvantni računalnik se loti naloge tako, da izračuna potence manjših števil z različnimi potencami naenkrat. Kvantni računalnik ne izvaja nujno digitalnega računanja. Richard Feynman predlaga, da kvantne računalnike uporabljamo za simulacijo kvantnomehan-skih sistemov, torej kot analogne računalnike. To idejo uporablja Seth Lloyd, ki deluje na MIT. Želi simulirati časovni razvoj 40 delcev, ki sestavljajo snov v jedru KOMPEZMACgSKE ODPRTINE (OKNA) 2A LASEW5KI2AREK ELEKTRODE / ' ANTENA ■ NOTRANJI PREVODNIK ZUNANJI PREVODNIK l..... KROŽNA elektroda KOMPENZACIJSKA ELEKTRODA Slika 1. Vrata XOR, ki jih je zgradila skupina NIST. Berilijev atom je ujet v magnetnem polju. Dva ultravijolična laserska žarka kontrolirata stanje atoma - njegovo nihanje in spin. Ti dve lastnosti sta uporabljeni za izdelavo 2 - bitnega registra, ki deluje kot vrata XOR. Trenutno stanje atoma je merjeno s tretjim laserjem. Če atom kot odgovor na vzbujanje fluorescira, potem je to logično stanje 0. Če ne, potem je to stanje 1. eksplodirajoče zvezde. Izvedba takih izračunov s klasičnim digitalnim računalnikom zahteva delo z matrikami reda 240 x 240 kar dovolj natančno opiše bistvene kvantne lastnosti delcev. Uporabiti bi morali 1024 digitalnih operacij za izračun rezultata. TFLOPS (Tera FLoating Point Operations per Second) računalniški sistem bi porabil za to delo trilijon sekund ali 31 709 let. Z uporabo laserjev za kontrolo oziroma programiranje delovanja 40 ionov v ionski pasti bi kvantni računalnik porabil le sto kvantnih interakcij. Tak kvantni analogni računalnik bi izkoriščal kvantne lastnosti uporabljenih delcev (spin) za izračun kvantnih efektov simulacije. Čeprav kvantno računanje mnogo obeta, je še vedno veliko problemov in vprašanj, na katere zaenkrat še ni odgovora. Izjemen problem je, kako obdržati koherenten kvantni sistem. Kvantni računalniki morajo delovati pod dvema pogojema, ki sta zelo težko dosegljiva. Qu-biti morajo zelo močno interagirati med seboj, če želimo doseči postopek računanja. V interakciji ne sme sodelovati okolica opazovanih ionov (ohišje, elektrode). Obe zahtevi sta izredno težko dosegljivi, še posebej, če računanje poteka dlje časa. Termično nihanje okvira, ki je mehanska osnova sistema, lahko povzroči izgubo koherence sistema. Počasno in neizogibno spreminjanje delovne točke analogne opreme povzroča računske napake, ki jih digitalni računalniki ne poznajo. Monroe priznava, da se še nihče ni resno lotil omenjenega problema. Celo navadna vrata XOR izgubijo koherenco po 10 do 20 interakcijah, verjetno zaradi nestabilnosti vzbujevalnega laserja. Bennet in ostali so raziskovali potencialne možnosti za popravljanje napak kvantnega računanja. Peter Shor je odkril obetajoč princip za popravljanje napak v kvantnem pomnilniku. Dokazal je, da uporaba devetih qu-bitov samodejno popravlja napake. Sistem je sicer zelo neefektiven, a deluje. Kaže, da bo potreben miselni preskok za rešitev omenjenega problema. Čeprav opis in ideja sistema delujeta medlo, ne pozabimo, da je ideja kvantnega računanja še v svojih prvih korakih. Stanje je podobno kot takrat, ko so leta 1947 v Bellovih laboratorijih prvič izdelali transistor. Raziskovalci poskušajo preizkusiti nekaj desetletij staro teorijo v praksi. Vpeljava analogije klasičnih elektronskih vezij verjetno ni optimalna strategija. Kvantna fizika je bogato in neraziskano področje, kjer je razkorak med teoretičnimi dognanji in tehnološko izvedljivo rešitvijo izredno velik. 3 Diskusija Morda diskusija na tem mestu niti ni smiselna, saj bralec lahko poseže po originalu in si tam ogleda tudi druge smeri razvoja računalniških tehnologij. Osnovni namen pričujočega povzetka članka je bil nakazati smeri razvoja, ki so pomembne s strani vakuumske tehnologije. Ko bo prišel čas tehnološke zrelosti kvantnih računalnikov (če bo do tega tudi v resnici prišlo), bo to nedvomno izjemna priložnost za ponoven razcvet vakuumskih tehnologij. 4 Literatura /1/ T.Thompson, When Silicon Hits its Limits. Whatzs Next 7 Byte. Vol.21. N°4 (1996) 45-54 19 ISSN 0351-9716 VAKUUMIST 17/3 (1997} ZGODOVINA RAZISKOVANJA LUMINISCENTNIH SNOVI (I del) Stanislav Južnič* History of development of luminiscent materials (Part I) ABSTRACT The development of the research of the luminiscent materials Is described from inventions to their use in Braunžs cathode ray tube Attention is put on the researches and writing about luminiscence in Austria, specially in its Slovene part. First part of the article ends with Stokes' law in the middle of last century. POVZETEK Obravnavamo raziskovanje luminiscentnih snovi od odkritij do uporabe v Braunovi elektronki. Več pozornosti posvečamo raziskavam in pisanju o luminiscenci v tedanji Avstriji in še posebej v njenem slovenskem delu. Prvi del razprave sega do objave Stokesovega zakona sredi preteklega stoletja. 1 UVOD "Fosforje imenujemo telesa, katerih medla svetloba je kot svetloba Lune in pogosto še šibkejša. Ne pustijo močnejšega vtisa v očesu, v katerem se zberejo, niti ne povzročajo zaznavne toplote, niti občutno ne povišajo temperature okoliških teles." Tako je luminiforje in element fosfor s skupnim imenom "fosfor" opisal dolgoletni ljubljanski profesor fizike Ambschel pred dvesto leti (1792, 279, 280). Danes opišemo luminiscenco z razliko med visoko energijo absorbiranih in nižjo energijo oddanih fotonov. Razlika med definicijama je plod stoletij raziskav, odkritij in tudi napak, ki so omogočile mnogotere uporabe luminifor-jev, brez katerih si ni mogoče zamisliti sodobnega računalniškega in televizijskega sveta. 2. RAZISKOVANJE LUMINISCENCE PRED ODKRITJEM ULTRAVIJOLIČNE SVETLOBE Svetlikanje snovi v temi je privabljalo pozornost že v antiki. Bioluminiscenco gob in rib je poznal že Aristotel (384 do 322 pr.n.š), Plinius (23 ali 24 do 79) pa je opisal tudi fosforescenco kamnin (Wilde, 1843, 384-385). Prvi opis fluorescence Španski zdravnik Monardes je prvi objavil opis fluorescence mehiškega drevesa "lignum nephriticum", njegove raztopine v vodi in kamnino "lapis nephriticum", ki so jo v različnih oblikah poznali že v antični Indiji, posebno pogosta pa je bila v Mehiki, "Novi Španiji". V isti knjigi je objavil tudi prvi opis tobaka, ki so ga Špancem pokazali Indijanci (Monardes, 1574, 50-52, 21). Posthumno nizozemsko izdajo Monardesove knjige so vezali z njegovim drugim medicinskim delom, tiskanim * Stanislav Južnič je profesor fizike in računalništva na srednji šoli v Kočevju. Leta 1980 je diplomiral iz tehnične fizike na Fakulteti za naravoslovje in tehnologijo, magistriral pa leta 1984 iz zgodovine fizike na Filozofski fakulteti v Ljubljani. 20 leta 1582, in s petimi deli drugih sodobnikov. Leta 1626 je bila knjiga last dunajskega zdravnika Conradusa VVidderja, pozneje pa je prešla k ljubljanskim avguštincem in okoli leta 1800 v licejsko knjižnico v Ljubljani. Prvi umetni luminifor: "bolonjski kamen" Čevljar Vincenzio Cascariolo (tudi Casciriolo, Cas-ciarolo) je v Bologni pri alkimističnih poskusih med leti 1692-1604 dobil prvi umetni luminifor. Mešal je zmleti barit z Monte Paderna pri Bologni in oglje v prahu. Ponoči je opazil, da ohlajena zmes oddaja vijolično-modro svetlobo. Galileo Galilei (1564-1642) je na univerzi v Padovi med prvimi izvedel za novost. Kose "bolonjskega kamna", imenovanega tudi "lapis solaris", je dal zdravniku jezuitu Lagalli iz Collegio Romano, ki je prvi objavil odkritje. Lagalla je v zadrževanju svetlobe v luminiforju videl dokaz, da svetloba nima teže. saj se teža kamna med luminiscenco ne spreminja. S tem je nasprotoval trditvam Galileja, kritiziral pa je tudi Galilejev opis opazovanja Lune skozi teleskop (Mladenovič. 1985, 177). Profesor filozofije na univerzi v Bologni Licetius je leta 1640 opisal "pietra lucifera di Bologna". Menil je, da od Sonca neosvetljena stran Lune sveti z medlo svetlobo zaradi fosforescence, podobno kot "bolonjski kamen". Kritiziral je tudi pravilen Galilejev opis te pepelnate svetlobe, odboja sončne svetlobe od Zemlje, ki ga je objavil že Leonardo da Vinci (1542-1519) Liceti je bil eden napomembnejših mislecev svoje dobe. Med drugim si je dopisoval tudi s Francozom Pierrom Gassendijem (1592-1655) o atomih. Zato Galilei ni mogel spregledati njegovih kritik, kot je sprva nameraval. Pomladi 1640 mu je nekdanji učenec princ Leopoldo Medici (1617-1675) pisal iz Firenc v Arcetri, naj odgovori na "lahkomiselne Licetiusove argumente". Galilei je v "Lettera al Principe Leopoldo di Toscana" Licetiusovo veliko znanje označil kot golo zbiranje nepovezanih dejstev, analogijo med Luno in "bolonjskim kamnom" pa je zavrnil kot neutemeljeno. Princ Leopoldo je pozneje. 19.6.1657, predsedoval prvi fizikalni "Academia del Cimento" (Kuznecov, 1964, 134, 274-276). Licetijevo idejo o fosforescenci neosvetljenih nebesnih teles je Puluj stoletja pozneje uporabil pri opisu Venere (1889, 308). Kircher je 6 let za Licetiusom dopolnil njegov opis "bolonjskega kamna" z lastnimi opazovanji luminiscence živali, rib in kamnov. Opazil je, da "iz kamna izhajajoča svetloba ni stalna, saj ugaša s časom kot magnet. Sila najpreprostejših ognjenih par namreč zaduši izločanje ... Svetloba je znotraj sence vkovana in tako shranjena v svetlečem se telesu. V nasprotju s prevladujočim mnenjem šolanih filozofov menim, da svetlobo sestavljajo delci. (Bolonjski) kamen vleče svetlobo nase kot nafta ogenj in (kot) magnet železo. Svetloba ima v takšnem kamnu lastnosti neba in ognja ter sveti v temi tako kot sama Luna. Nekaterim kamnom svetloba vžge atomske delce, ki jo skušajo vedno pregnati na tak ali drugačen način." (Kircher, 1646,27). VAKUUMIST 16/4(1996) ISSN 0351-9716 C A P V T VIII. De Photifrao Lapidum. Dt LdfitU Pbmgpit,feu Phoffboro minerali. N«i«um non in peidcttiinagM BooomcalifofGJcqooddim,quod cem rauone przpautura, iucique erpofitum, wmiti imbibit Iratcnaciter earnlibimcofpomjvtfilocotcnebrofoM ibecadr- Jiroraptumriponatur, conceotam luccm confenmamque-norL. ecunc viuoi carbones non tone intucntium idmimtone diSun. dir. E< quamuis infignii illr Foitonius Liccim in Tuo de Li-ihrofphorolibello, torn in foloagroBononienfi icperiridicat, ego ramen buiui quoque mina* apuMMO wUi imp«»«« parrel admi- llai babeat, in poliinem tenuiflimuin redaAus, ouorumalbumine.veletiamaqua comtnuas, j qUibufd«m «lumoleolinira «sata »slflim redigitur, qui, fl j»ft pnituoiiilcuiaiontm.lucM/ioncooccpirriiitoao buiuimodicaktMoo upt tendaeft idonec opearum cflc&um confeqiuni, qucco ct8eprcfcei)tiact)ll»i»m_; mimmflimi roriigrMartfcrenm.qutilsifupetfieiem fudare vidrrur. k ni.quh bui «wime vutuslucisconiepliua, fine alwiut rei perrmfcone relidrt, Y^oir feint. Mac igitur ritionc prarparaUU Upis, fcrinin quibufdim, (uk areulii ad id prar paramimponilur: li icaquc fulfuratum J nus fpjcndoicM Amlaiofletidera » it mi. defideres, lapidem cum thee* ¿olis dimno fplendori, vd fi Sol nonfuigear, diON £'<1. ' nrluci .autctijracrtfpufculam.nccnonfinoau.ignirilido&cibufqui »(CMflj ex pones «rft< tmüggta. t"Tlrii Xufljjj«. ísimburj, í, M inrrjl Sie. III. Epiftola, contri Spimum Vini Gne Acido. iv. De ihofphoro Mirabili; tfifrn Itudjttnbf n Knnbft^lulfu; fampt rintm Diftur. '.ti 11 Niira v. ii!:Cltipji0/ K? Hclfrgang Htjnftrrt ?5lule / <:»' " Slika 2.b: Naslovnica Kucklovih razprav o kemiji iz leta 1721 z razpravo o fosforju v IV. delu. Tudi to delo je prišlo na ljubljanski licej iz Freyerjeve knjižnice viri clarissimi i a c o b i BECCARIAE COMMENTARII DVO, D E PHOSPHORIS NATVRALIBVS ET ARTIFICIAL18VS, E X actis bononiensib vs E X C E R P T I CRJEC1I, TYPIS HAEREDVM WIDMANSTAD1I, ANNO DOMINI, I 7 « •• Slika 3: Naslovnica Beccarijeve knjige z dvema razpravama o "fosforjih" Jezuit Gottlieb Leopold Biwald (1731-1805), vplivni zagovornik Boškovičeve teorije, ki je v šestdesetih letih predaval tudi na ljubljanskem liceju, je ob svojih izpitnih tezah v Gradcu leta 1768 ponatisnil tudi Beccarijevi razpravi o "fosforjih". Knjiga je bila leta 1798 popisana v knjižnici Jožefa Klasanca Erberga (1771-1843) v Dolu, leta 1803 pa jo je Franz Wilde (1753-1828) popisal v licejski knjižnici v Ljubljani. 22 VAKUUMIST 16/4(1996) ISSN 0351-9716 ral v telesu pri razdalji od materialnih točk, v kateri prevladuje privlak. Zaradi notranjega toplotnega gibanja naj bi se isti delec izseval z manjšo hitrostjo nihanja (frekvenco) na razdalji, pri kateri prevladuje odbojna sila. Zakasnitev pri fosforescenci pa je pojasnjeval podobno kot drugi sodobniki: "Po blodnjah vzdolž mnogoštevilnih in raznolikih stez znotraj nepro-zornih teles svetloba vsaj deloma pride do površinskih delcev in nato odleti. Od tod vsekakor izhaja tista svetloba mnogoštevilnih nam dostopnih fosforescent-nih teles, ki se je s Sonca skrila v temo in sveti nekaj sekund. Število sekund nam omogoča ugibanje glede dolžine poti med tolikerimi gibanji sem in tja znotraj teles..." (Boškovič, Num.491). Odmevi raziskovanja luminiscence v Ljubljani Med-51-eksperimentalnimi napravami za pouk fizike-in-matematike v Ljubljani, predloženimi 17.9.1755, je bil verjetno tudi "bolonjski kamen", čeprav je namesto običajnega "lapis" uporabljen izraz "vitra Bononiensia". V Kersnikovem popisu iz leta 1811 pa najdemo tako barit kot fosfor (Južnič, 1994, 27). Med najstarejšimi v Ljubljani objavljenimi zapisi o lu-miniscenci so licejske izpitne teze o toploti in svetlobi profesorja fizike Schoettla iz leta 1772. Teze so temeljile na Nevvtonovem nauku v priredbi Holandca Hermana Boerhaava (1668-1738), profesorja medicine, botanike in kemije v Leydenu od leta 1708. Luminiscenco je zadevala 26. teza, kjer je Schoettl spraševal študente: "Kakšna je razlika med žarenjem, J:TENTAMEN PHYSICUM IGNE, BT LUCE q u o d IN AULA ACADEMICA. ARCHTDUCALIS societatis jestí collegu lauaci, A N N O M. DCC. LXXII. /> y , XX PK^SLBCTIONinus R. P. GREGORII SCHOTTL k Soc. JESU PhyC Prof. Pub. & Ord. IVIIITI* PcrdoCt D. ANDR. BRATASCHEVITZ, ex Comit. Gorit. PerdoA D. MATTH^EUS LOCKER, Carn. Prenskov. Perdoét. D." GEORGIUS SUPPAN , Carn. Rathmonft. PerdoA D. ANDR. SUPPANZÍG, ex Comit. Gorit. PHVSICI AUDITORES. Limn EGERIAN1S. Slika 4: Naslovnica in 26. izpitna teza pri Schoettlu leta 1772 vročino in svetlobo? Kaj je pyrophorus? Kaj in kateri so fosforji? Katere so značilnosti umetnih in naravnih fosforjev? Ali je svetloba fosforja sama svetloba Sonca, ali se resnična svetloba (luminiforja) skriva znotraj telesa in jo vzbudi sončni sij, ali naposled (absorbirana) svetloba v (luminiforju) povzroči gibanje svetlobe ?" Po Schoettlu je fizikalno katedro na liceju v Ljubljani prevzel Ambschel, pomemben zagovornik Boškoviče-ve fizike. V njegovih izpitnih tezah ni vprašanj o luminis-cenci, opisal pa jo je v pregledu fizike, ki ga je po ukinitvi ljubljanskega liceja objavil kot profesor fizike in mehanike na dunajski univezi. Ambschel je razlikoval "fosforje", ki svetijo le v stiku z zrakom, in druge, "ki se ne vežejo ob stiku z zrakom, svetijo tudi v praznem prostoru, tako da morajo dobivati svetlobo od Sonca, ali pa svetijo zaradi povišanja temperature. Bolonjski fosfor sveti na zraku in v praznem prostoru..." (str.284). Luminiscenco je opazoval skozi prizmo v zatemnjeni sobi z odprtino za vpadno svetlobo. Opisal je kratkotrajno elektroluminiscenco ob praznenju v zraku (285) in v vakuumu barometerske cevi (290-292). Glede fos-forescence diamantov bi "se pri nadaljnjih poskusih splačalo podrobneje poznati sestavne dele diamanta in sile, ki jih združujejo" (285, 290). 3 RAZISKOVANJA LUMINISCENCE V NEMČIJI PO ODKRITJU ULTRAVIJOLIČNE SVETLOBE V teoriji barv je Goethe leta 1810 opisal barve pri fluorescenci "lignum nephriticum". Na koncu dela je priobčil poskuse, s katerimi se je od leta 1806 ukvarjal njegov varovanec Seebeck iz Jene, danes bolj znan po odkritju termoelektričnosti iz leta 1821. Seebeck je s "posebnim veseljem" potrdil Zanottijevo domnevo, da vsaka vrsta "bolonjskega kamna" oddaja svetlobo značilne barve ne glede na barvo vzbujane svetlobe (Seebeck, 1810, 710). Po Seebecku imata modra in vijolična barva "vzbur-jevalno silo", saj povzročata fosforescenco enako lahko in močno kot bela svetloba. Rdeča in rumena svetloba pa imata, nasprotno, "silo depresije", saj naj bi luminiscenčna snov, ki bi sicer svetila še nekaj minut, izgubila svojo svetlobo po nekaj sekundah obsevanja. To je bilo eno prvih poročil o stimulirani emisiji. Seebeck je, podobno kot Goethe, naspotoval Nevvtonovi ugotovitvi, daje bela svetloba sestavljena iz spektralnih barv (Nielsen, 1991, 143, 144-145). Heinrich je opazoval fosforescenco skozi majhno odprtino v temni sobi, podobno kot Beccaria in Ambschel. Luminiforje je razdelil v pet vrst, pri katerih fosforescenco vzbuja: 1. sončna svetloba 2. izgorevanje 3. nastane sama po sebi pri rastlinah in živalih 4. tlak, rezanje ali trenje 5. kemijska reakcija Ker najbolj fosforescirajo ravno negorljive snovi, se je Heinrichu zdel neprimeren opis fosforescence kot počasnega gorenja. Res so pozneje s počasnim gorenjem opisali le svetlikanje elementa fosforja, ne pa 23 ttf. In qoo difcrimen C t inter corj»i ardtna , allium , 4 lucidom? «»id pyTophorul ? quid, & quotaplex phoJphoruj ? qui pr«cipoi pholphari artificial« it miariles ? in lox photphororum fit ipfa lux folia, an yno lux inter coram uiterftitia delitefctw. it illapfn xtdiorrm foUriom excitan ta, an dtnique lux motn inteilino geoerata ? ISSN 0351-9716 VAKUUMIST 17/3 (1997} pravih luminiforjev. Kljub temu naj bi se pri fosfores-cenci izsevala svetloba in vezal kisik, pri absorpciji svetlobe pa naj bi se kisik sprostil. Zaradi spremembe barve ob fosforescenci je Heinrich zavračal razlago z večkratnim odbojem svetlobe v snovi. Heinrich je fosforescenco po segrevanju razlagal kot razkroj snovi, ki sprosti Newtonove materialne delce svetlobe. Po drugi strani pa je opisal nihanje etra po analogiji z nihanjem mrežnice očesa ob absorpciji fizioloških barv. Zaradi tega nasprotja pariški Institut leta 1809 ni prisodil nagrade Heinrichovemu raziskovanju fosforescence, temveč manj odmevnim De-saignesovim raziskavam (Wilde, 1843, 386, 406-407). Deset let pozneje pa so pariški akademiki že morali nagraditi Fresnelovo valovno teorijo svetlobe, ki se je v Stokesovem delu uveljavila tudi kot boljša teorija lu-miniscence. Po Heinrichu vsaka barva absorbirane svetlobe ne povzroči fosforescence, denimo pri diamantu. Poskuse z diamanti je nadaljeval Riess, ki je leta 1845 potrdil domnevo Angleža Wilsona (1775), Ritterja (1805) in Seebecka (1806), da modra svetloba večje lomnosti (frekvence) povzroča veliko več fosforescence od rdečega dela sončne svetlobe (Riess, 1845, 335). Pozneje je Riess ostro polemiziral o naravi svetlobe v katodni elektronki z Edmundom Reitlingerjem (1830-1882) z dunajske politehnike, ki je nadaljeval Plücker-jevo in Hittorfovo delo. 4. SKLEP Lekarnar in fizik z akademije v Münchnu Johann Wilhelm Ritter (1776-1810) je leta 1801 opisal ultravijolično svetlobo. Pol stoletja raziskav je pokazalo, da gre za svetlobo višjih frekvenc od vidne. Stokes je potem lahko zapisal, da luminiscenca "daje fizikom oči za opazovanje nevidne svetlobe", ki jih bomo opisali v drugem delu razprave. LITERATURA Anton Ambschel (1751 Györ do 1821 Bratislava), profesor fizike na liceju v Ljubljani med leti 1773-1785, zadnja leta tudi rektor, Anfangsgründe der allgemeinen auf Erscheinungen und Versuche gebauten Naturlehre, IV. knjiga, Wien, 1792 Kristoph Adolf Baldulini (1632-1682), sodnik iz Grossenhayna na Saškem, Aurum superius et inferius aurae superioris et inferi-oris hermeticum, et phosphorus hermeticus sive magnes luminaris, [Francoforti et Lipsae, 1675 Erazem Bartholin (1625-1698), Experimenta crystalli islandici dis-diaclastici quibus mira et insólita refractio detegitur, Havn. 1669 Giovanni Batista Beccaria (1716-1781), profesor fizike na univerzi v Torinu, Comentarii duo, de phosphoris naturalibus et artifi-cialibus, ex actis Bononiensibus excerpti, Graecii, 1768 Ruder Josip Boškovič (1711-1787), hrvaški jezuit, profesor na Colle-gio Romano, Theoria philosophiae naturalis, Venetis, 1763 Reprint: Zagreb, 1974 Johann Wolfgang von Goethe (1749-1832), Zur Farbenlehre Tübingen, 1810. V drugem delu knjige Geschichte der Farbenlehre je Thomas Johann Seebeck (1770-1831), član akademije v Berlinu od leta 1818, objavil na str.703-724 Wirkungen farbiger Beleuchtung Placidus Heinrich (1758-1825), benediktinec, profesor eksperimentalne fizike na liceju v Regensburgu, Die Phosphorescenz der Körper usw., 5 abhandlungen Nürnberg, 1811-1820 Stanislav Južnič, Zgodovina vakuumske tehnike (III. del). Vakuumist, 14/1 (1994)27-31 Johann Kunckel von Löwenstern (1630-1703), farmacevt in dvorni alkimist v Dresdenu, Oeffentlische Zuschrift von der Phosphor mirabili, Leipzig, 1678, ponatis v: V. Curiose Chymische Trac-tätlein, Franckfurth in Leipzig, 1721. Na knjigi v NUKu ročno vpisan Freyerjev exlibris brez datuma. Collegium Physico-chemicum experimentale, oder Laboratorium chymicum, Hamburg und Leipzig, 1716, posthumno. 3 izdaja, Hamburg, 1738 Athanasii Kircher (1601-1680), jezuit, profesor matematike, fizike in orientalskih jezikov na Collegio Romano, Ars magna lucis et umbrae. Romae, 1646. Na knjigi v NUKu ročno vpisan jezuitski exlibris na naslovnici z letnico 1697 Tita Kovač-Artemis, Kemiki skozi stoletja. MK, Ljubljana. 1984 Boris Grigorjevič Kuznecov, Galilei, Nauka. Moskva, 1964 Giulio Cesaro Lagalla (tudi La Galla. 1571 Neapelj do 1624 Rim), De Pheanomenis in Orbe Lunae, novi telescopii usu a Galilaeo nunciterum suscitatis, phisica disputatio. Item de luce et lumine altera disp. Venetia. 1612 Fortunius Licetus (1577 Rapallodo 1657 Padova), Utheophosphorus sive de lapide Bononiens, lucem inse conceptam ab ambi-ente claro mox in tenebris mire conservante liber, Utini, 1640 De Lunae subobscura luce prope conjunctiones et in deliquiia observationes, ib.1640 Milorad Mladenovič, Razvoj fizike. Optika. Gradevinska knjiga, Beograd, 1985 Nicolau Monardis (1493-1570), hispanensi medico. De simplicicus medicamentis ex occidentali India delatis, quorum in medicina usus est. Antverpiae. 1574 Keld Nielsen, Another kind of light: The work ofT.J Seebeck and his collaboration with Goethe. Part I, HSPS. 20 (1989) 107-178 Johann Puluj (1845-1918), Strahlende Elektrodenmaterie. Wien. Ber 81 (1880) 864-923. Prevod v Physical memoirs. London, 1889 Peter Theodor Riess (1805-1883), profesor in akademik v Berlinu. Zur Phosphorescence des Diamants. Ann. Phys. 64 (1845) 334-335 Gregor Schoettl (1732 Steyr do 1777), profesor fizike na liceju v Ljubljani med 22.10.1768 in 9.10.1773. Tentamen Physicum de igne, et luce quod in aula academica arhiducalis societatis jesu collegii, Labaci, 1772. Emil Wilde (1793-1859), profesor matematike in fizike na berlinski gimnaziji, Geschichte der Optik vom Ursprünge dieser Wissenschaft bis auf die gegenwärtige Zeit. Berlin, Rücker & Püchler, 1843, II del Francesco Marie Zanotti (1692-1777), profesor logike, filozofije in fizike na univerzi in predsednik akademije v bolonji, De Bononiensi scientiarum academia commentarii, Bononiae, 1731 24 VAKUUMIST 16/4(1996) ISSN 0351-9716 In memoriam Dr. Borut B. Lavrenčič (1942-1996) Poslovili smo se od dr. Borutži B. Lavrenčiča. Mnogo prezgodaj je odšel, saj smo ga poznali polnega načrtov. Tudi bolezni ni uspelo uničiti njegove življenjske volje, vzela pa nam je Boruta. Rojen je bil 7. avgusta 1942 v Ljubljani. Diplomiral je leta 1965 na Oddelku za fiziko Fakultete za naravoslovje in tehnologijo Univerze v Ljubljani. Kot nadarjen študent je takoj po diplomi odšel na študij k profesorju Uehlingu na University of Washington v Seat-tlu v Združenih državah Amerike. Tu je magistriral kot najboljši študent univerze. Žal se je že tedaj oglasila bolezen in moral je predčasno prekiniti izpopolnjevanje. Vrnil se je v Ljubljano na Institut "Jožef Stefan". Tu so tedaj v Odseku za fiziko trdne snovi potekale raziskave feroelektričnih tekočih kristalov z metodami jederske magnetne resonance. Borut Lavrenčič je prvi začel optične raziskave feroelektričnih kristalov - postavil je optični laboratorij v okviru odseka. Njegove pionirske članke o ramanskem sipanju v feroelektričnih kristalih še danes citirajo kot pomembna dela. S tega področja obsega njegova bibliografija 21 znanstvenih člankov v mednarodnih revijah in 22 objavljenih prispevkov z mednarodnih strokovnih srečanj. Pozneje se je posvetil tudi aplikativnim raziskavam in vodil skupino za aplikacijo feroelektrikov. Rezultat teh raziskav je bil uspešen razvoj javljalnikov požarov in detektorjev za protivlomno zaščito ter prenos te tehnologije v proizvodnjo. V zadnjih letih se je ukvarjal z raziskavami feroelektičnih tankih plasti, ki jih je še pred kratkim objavil tudi v Vakuumistu. Rezultat aplikativnih raziskav je pet patentov in tehničnih izboljšav. Za svoje delo je bil dr. Lavrenčič večkrat nagrajen. Leta 1982 je dobil nagrado sklada Borisa Kidriča za raziskave dinamike faznih prehodov s sipanjem laserske svetlobe in istega leta še nagrado sklada za izum "Pasivna infrardeča alarmna naprava". Leta 1984 je prejel nagrado za izum "Naprava in sistem naprav za protipožarno zaščito industrijskih in od-praševalnih kanalov", leta 1987 pa za izum "Op-foelektrohski javljalnik plamena". Te nagrade je dobil skupaj s sodelavci. Že med podiplomskim študijem v Ameriki si je nabral računalniškega znanja in potem ves čas spremljal razvoj na tem področju. V zadnjih petih letih se je intenzivno vključil v razvoj sodobnih komunikacijskih sistemov. Bil je eden prvih v Sloveniji, ki je spoznal pomembnost komuniciranja z elektronsko pošto in prenašanja podatkov po računalniških omrežjih. Še v Jugoslaviji je pomagal pri ustanovitvi podjetja YU-NAC, ki je uvedlo elektronsko pošto za univerze in inštitute po vsej državi. Širil je znanje o novih možnostih komuniciranja in sodeloval pri tovrstnih seminarjih. Predvsem na Institutu "Jožef Štefan" je pomagal mnogim sodelavcem pri obvladovanju spretnosti pri delu s temi novimi elektronskimi mediji. Med vojno leta 1991 je po elektronski pošti vsakodnevno seznanjal strokovno javnost po vsem svetu o stanju v Sloveniji. Leta 1992 je pomagal pri ustanavljanju akademske in raziskovalne mreže Slovenije ARNES. Ukvarjal se je tudi z varovanjem elektronskih podatkov in s kriptografijo. Prirejal je seminarje in izdajal zbornike s to tematiko. Po osamosvojitvi se je vključil v sindikalno gibanje na Institutu "Jožef Štefan" in na ta način postal znan vsem sodelavcem instituta. Zaradi aktivnosti in zaupanja, ki si ga je pridobil pri sodelavcih, so ga le-ti izvolili za svojega predstavnika v upravnem odboru instituta. Delo, ki ga je začel dr. Lavrenčič, nadaljujejo mladi raziskovalci. Na temeljih, ki jih je on postavil. Dr. Janez Slak 25 ISSN 0351-9716 VAKUUMIST 17/3 (1997} BALZERS AG - v 50 letih od vojaške b tehnologije Druge svetovne vojne je bilo konec. V Nemčiji so vladali malodušje, kaos in obup. Dr. Auwärter je takrat delal v kraju Onstmettingen in je med drugim sodeloval tudi z znanim proizvajalcem harmonik Hohner. Dr. Kari Hohner mu je ob nekem srečanju poročal o pogovoru, ki ga je imel s Liechtensteinskim knezom Franzem Jožefom II. Kneza je skrbela prihodnost njegove dežele, saj je bilo gospodarstvo izrazito kmetijsko usmerjeno. Gospod Hohner je knezu predložil razgovor z dr. Auwärterjem, češ da mu bo ta mladi, nadebudni mož laže svetoval o možnostih razvoja industrije v Liechtensteinu. Do srečanja med knezom in dr. Auwärterjem je pozneje tudi prišlo. Dr. Auwärter poroča v svojih spominih, da ga je knez posebej opozoril na kmečki značaj prebivalstva v Liechtensteinu, ki nikakor ne bi preneslo neke masovne produkcije na tekočih trakovih. Ko sta razmišljala o proizvodnem programu se je dr. Auwärter spomnil svojega starega patenta o rodijevih zrcalih. Takšna zrcala so kemijsko stabilna, odporna so proti razenju in zelo malo sipljejo svetlobo. Nemške tovarne, kjer so proizvajali takšna zrcala, so bile ob koncu vojne popolnoma porušene. Znanje in izkušnje dr. Auwärterja pa so ostale nedotaknjene. Tako sta se s knezom odločila, da bodo tanke plasti osnova nove tovarne. Knez je povabil dr. Auwärterja, da organizira in vodi izgradnjo potrebnih proizvodnih obratov. Glede na nemogoče povojne okoliščine v Nemčiji (sankcije, prepoved gibanja) je bil Liechtenstein vabljiv kraj, kjer niso poznali omejitev, pot v svet je bila odprta, pomembna je bila tudi bližina Švice. Vse to je vplivalo na odločitev dr. Auwärterja, da sprejme izziv. 22. feb. 1946 je odpovedal službo v firmi W.C. Heraeus iz Hanaua. Prvi koraki, ki jih je naredil v Liechtensteinu, so bili vse prej kot lahki. Skoraj nemogoče je bilo dobiti izkušene delavce iz Švice; za potovanja tja je potreboval vizo. Veliko upanje za dr. Auwärterja je bila odločitev dveh njegovih dolgoletnih prijateljev in sode- do multinacionalke visoke lavcev iz Leybolda, dr. Otta Winklerja in dr. Alberta Rossa, da se mu pridružita, za kar pa sta potrebovala posebno dovoljenje švicarskih oblasti. Medtem ko si je dr. Winkler pridobil začasno dovoljenje, pa ga dr. Ross ni dobil nikoli. Za najprimernejši kraj postavitve tovarne so izbrali Bal-zers. Julija so registrirali podjetje z imenom "Geräte-bau-Anstalt Balzers". Vodenje podjetja je bilo zaupano dr. Auwärterju, ki je imel 50%-ni delež v tem podjetju, preostalo pa sta imela knez in industrialec Emil Georg Bührle. Z izgradnjo objektov so pričeli meseca oktobra in že v decembru sta bili postavljeni dve vojaški baraki. Konec leta so zaposlili prve delavce. Prve izdelke za naročnike so naredili v letu 1948. Ves ta čas so se financirali s sredstvi, ki jih je zagotavljal solastnik Bal-zersa, podjetnik E.G. Bührle. Le-ta je očitno imel veliko zaupanje v ljudi, ki so vodili ta, relativno tvegan projekt. Finančni partner in pokrovitelj Balzersa je ostal vse do danes. Ker proizvajalci vakuumske opreme iz Nemčije niso bili zmožni izpolniti naročil, so se v Balzersu morali sami lotiti proizvodnje vakuumskih naprav in komponent, ki so kmalu postale najpomembnejši del proizvodnje. Pozneje, leta 1957, so proizvodnjo vakuumske opreme prenesli v švicarsko mestece Trübbach. Prvo veliko naročilo so dobili leta 1958, ko so opremili pospeševal-nik CERN z vakuumskimi črpalnimi postajami. Leta 1969 so kupili tovarno vakuumskih črpalk Arthur Peiffer (Wetzlar, Nemčija), ki je imela dolgo tradicijo v razvoju vakuumskih črpalk. Najpomembnejši rezultat tega nakupa je bila razširitev prodajne ponudbe s turbo-molekularnimi črpalkami. Mlado podjetje so odlikovali mladi ljudje s popolnoma novimi zamislimi. Njihov osnovni cilj je bil razviti postopke za pripravo tankih plasti in zgraditi naprave, potrebne za industrijsko implementacijo teh procesov. Kombinirali so procesno tehniko, hardver in trženje v Slika 1. Prof. Dr. Max. Auwarter Slika 2. Naprava za naparevanje optičnih Slika 3. Naprava CDI 601za proiz-leta 1946 (1908-1995) prekrivanj BA 500 (1954) vod njo zgoščenk (1985) 26 VAKUUMIST 16/4(1996) ISSN 0351-9716 Slika 4. Proizvodnja tankih plasti leta T 949 Slika 4 Serijska proizvodnja difuzijskih črpalk (1962) paketu. Še več: uvedli so nove modele sodelovanja, npr. s tovarno Leitz Wetzlar, kjer je Gerätebau Anstalt Balzers (G.A.B.) vzel v najem prostor znotraj Leitzovih proizvodnih prostorov za optične komponente, jih opremil s svojimi napravami, ki jih je upravljalo osebje G.A.B. Leitzova optika je Sla skozi prostore G.A.B, samo v fazi prekritja s tankimi plastmi. Na tak način so dosegli učinkovito in hitro integracijo, brez odvečnega transporta in inšpekcijskih pregledov. Vakuumske komponente, vakuumski sistemi in tanke plasti so postali trije oporni stebri razvoja podjetja, ki so se idealno dopolnjevali. Potreba po zelo čistih materialih za naparevanje jih je pripeljala do razvoja naprav za vakuumsko metalurgijo, ki so zelo hitro našle pot na svetovno tržišče. Leta 1959 so prodali 150 takšnih naprav. S trženjem materialov za naparevanje so pričeli leta 1960. Leta 1970 so ponudbo razširili s tarčami za naprševalnike. Pri vakuumski metalurgiji so se srečali s problemom merjenja koncentracije plinov v kovinah. V ta namen so razvili instrument "Exhalograph", ki so ga uspešno tržili od leta 1960 do 1975. Intenzivnejši razvoj na področju ultravisokega vakuuma se je pričel leta 1958, ko so razvili za tržišče prvi kvadrupolni masni spektrometer. Leta 1982 pa so izdelali prvi helijev merilnik puščanja. Takšni instrumenti so našli uporabo ne samo v raziskovalnih institucijah, ampak predvsem v industriji hladilnih naprav, žarnic in TV slikovnih elektronk, v proizvodnji polprevodnikov, medicini itd. Prvih štirideset let svojega obstoja so v Balzersu razvijali univerzalno uporabne naprave za nanos tankih plasti. Takšne so bile zdaj že legendarne naprave BA 500, BA 510 in 710 za nanos optičnih prevlek, ki so jih razvili v petdesetih letih. V tistem času so naredili tudi prve naprave za nanos prevodnih plasti na vzorce za elektronsko mikroskopijo. Leta 1968 pa so razvili naprave iz serije BAK, namenjene tako za uporabo v optiki kot tudi v elektroniki. Tem napravam so sledile tiste z oznako LLS 800 (Load Lock System) in pa naprševalniki za različne vrste uporabe. V zadnjem desetletju so Balzersovi strokovnjaki razvijali naprave, ki so bile namenjene za specifično uporabo, kot npr. CDI 600 in CDI 800, ki pomenita mejnik v industrijski proizvodnji zgoščenk (compact disc). Najnovejše naprave iz te serije, CDI 900, CDI "Swivel", SDS 100 in 131, so v osnovi namenjene za proizvodnjo naprav za shranjevanje podatkov Novost je tudi naprava KAI za kemijski nanos plasti, podprt z plazmo, ki je namenjen za izdelavo prikazal-nikov. Na področju tankih plasti je šel razvoj prav tako zelo uspeSno. V prvih dveh desetletjih so v njihovi proizvodnji prevladovala antirefleksna prekritja za leče. Auwar-terjevo odkritje reaktivnega naparevanja iz leta 1952, ki je bilo osnova za pripravo trdih kovinskih oksidov, je imelo velik poslovni pomen in je zagotovilo veliko tehnološko prednost Balzersa v daljšem časovnem obdobju. Tanke plasti v elektroniki so začeli uvajati leta 1967, ko so izdelali postopek za pripravo kromovih mask. Leta 1975 so začeli proizvodnjo presojnih prevodnih plasti (ITO plast) za tekočekristalne prikazal-nike. Visoko avtomatizirana linija za nanašanje ITO plasti so skupaj z Merckom iz Darmstadta postavili na Tajvanu. Novo, veliko in obetavno tržišče so osvojili s trdimi zaščitnimi prevlekami konec sedemdesetih let. Te prevleke so bile rezultat intenzivnih raziskav in velikih investicij. Od leta 1983 je Balzers ustanovil posebne centre v glavnih evropskih državah, v ZDA, na Japonskem in v Indiji. Danes deluje 24 takšnih centrov. Naprave in "know-how" pa so prodali številnim proizvajalcem orodja. Na tem področju si je Balzers zagotovil vodilno mesto na svetu. Konec osemdesetih let, ko je prišlo do zelo močnega povečanja naročil na področju vakuumskih tehnologij, so v Balzersu ustvarili največji prihodek v zgodovini podjetja: 549 miljonov švicarskih frankov. Temu obdobju je sledil razpad vzhodnoevropskih gospodarstev, ki je povzročil recesijo gospodarstva tudi na Zahodu. Nastale razmere so prisilile večna tekmeca Balzers in Leybolo k skupnemu nastopanju na svetovnih trgih. Do združitve je prišlo, ko je leta 1995 Degussa AG prodala delnice Slika 6. Najnovejša verzija naprave za nanos trdih zaščitnih prevlek BAI 1200. 27 ISSN 0351-9716 VAKUUMIST 17/3 (1997} Leybolda koncernu Oerlikon-Buhrle, ki je bil takrat že edini lastnik Balzersa. Z združitvijo je nastalo eno največjih podjetij s področja vakuumske tehnike in tehnologij ter tankih plasti. Balzers in Leybold sestavlja osem poslovnih enot, od katerih sta dve (Materiali, Instrumenti) združeni. Od preostalih šestih so tri Bal-zersove, in sicer: Tankoplastne komponente, Procesni sistemi in Trdne zaščitne prevleke. Ta zapis je nastal iz dveh namenov. Prvič, ob petdesetletnici predstaviti svetovnega velikana na področju vakuumske tehnike in tehnologij. In drugič: podjetje Balzers je šolski primer za vse tiste, ki jih zanima, kako lahko v nekem industrijsko nerazvitem okolju začnemo razvoj najmodernejše tehnologije. Dr. Peter Panjan Institut Jožef Štefan, Jamova 39. 1000 Ljubljana Primer znanstvene industrije za tretje tisočletje Konec septembra 1996 sem se kot gost udeležil slovesnega praznovanja 50-letnice Balzersa, te svetovno znane multinacionaike na področju vakuumskih tehnologij in tankih plasti. Vtem zapisu bom nanizal nekaj misli, ki so bile izrečene na slovesnosti. Mogoče bo kdo od bralcev našel v njih oporo pri iskanju razvojnih perspektiv svojega podjetja. Preko 450 gostom iz vsega sveta so gostitelji po obhodu razvojnih in proizvodnih obratov prikazali, kako so z izjemnim znanjem, s pravimi idejami in ob idealnih "robnih pogojih" (denar, okolje, šolanje) brez vmešavanja politike, naredili takorekoč iz nič uspešno visoko-tehnolosko-znanstveno industrijo. Značilne in za nas aktualne so besede, ki jih je na proslavi izrekel Sef vlade Liechtensteina dr. Mario Frick: "Nas. nekaj politikov je ves čas skrbelo samo to, da smo Balzersu ustvarjali čim boljše pogoje za razvoj, dajali okvir, za lepo sliko pa so poskrbeli sami s svojim znanjem in delavnostjo". Prepričani so, da je za specializirano industrijo, kot je Balzers, nujna organizacija v obliki multinacionaike z razvejeno in uspesno proizvodnjo in prodajo, od Evrope, Amerike, Japonske, do najbolj prodornih azijskih držav. Pretok znanja, kapitala in poslovnosti ne potrebuje več meja. Vzorec za Slovenijo? Morda. Naj ob tem poudarim, da Liechtenstein ni član Evropske zveze, je pa član vseh pomembnejših mednarodnih institucij, kot so: UN. EFTA. UNCTAD, Council of Europe, ECE, EBRD, EEA, IAEA, ICJ, ITU, USCE, EPO, WTO, WIP0 itd. So tudi podpisniki vseh evropskih konvencij, zato so tesno vpeti v vsa evropska dogajanja. Ves čas obstoja tovarne delajo raziskovalci in doktorji znanosti ne samo v razvoju, ampak tudi v vodstvu, proizvodnji, kontroli kvalitete in pri prodaji znanja.Vseh 50 let so tovarno vodili svetovno znani znanstveniki. Dr. Auwárter jo je vodil od ustanovitve do leta 1976. Naslednjih 6 let je bil prvi mož Balzersa dr. Albert Ross. Njega je nasledil dr.Gilbert Zinsmeister (znan teorijski fizik na področju površin in tankih plasti). Od leta 1991 do 1994 je tovarno vodil prav tako uveljavljen znanstvenik dr. Jorg Vogel. Od leta 1994 pa Balzers vodi dr. Horst Heidsteck. Vzdrževanje Balzersove znanstvene industrije na svetovnem nivoju je vseskozi zahtevalo uporabo širokega spektra znanj in predvsem interdisciplinarnost. Le-ta je bila osnova njihovega dela, saj so uspesno združili znanje s področja vakuumske tehnike, fizike, kemije, strojnistva, elektronike, metalurgije in optike. Dr. Auwárter je že pred 50 leti zagovarjal idejo o "Šolanju skozi vse življenje" (lifelong leaming). V tovarni in okolici so zato izšolali preko 1000 specialistov, tehnikov in tudi znanstvenikov. Skrb za zaposlovanje domačinov, njihovo šolanje in uspehi Balzersa so pomemben člen v uspesni industrializaciji Liechtensteina. Geslo "globalna konkurenca" (global competition) je obvezno vgrajeno v delo Balzersovih sodelavcev na vseh nivojih. Zato so ob 50-letnici izbrali geslo za tretje tisočletje: BEST (Business Excellence Strategy). Zavedajo se, da so tehnološke inovacije ob največji podpori znanosti in interdisciplinarno usposobljenih raziskovalcev do delavcev v proizvodnji ključni faktor uspeha njihovih tehnologij. Odličnost pa lahko zagotovijo samo tako, da imajo v svojih rokah vse faze, od surovin do izdelave komponent, sistemov, kontrole po vseh veljavnih standardih pa do takojšnjega servisa. Strategija BEST dopolnjuje dosedanji Total Quality Management Zato kvaliteta naprav in tehnoloških procesov že danes presega standarde DIN/ISO 9000. Večina naprav, ki jih ponujajo na tržišču, ni starejših od 2 do 3 let. Izpopolnitve si ne sledijo letno, ampak kar na nekaj mesecev. Učinkovitost naprav (produktivnost) se mora namreč neprestano večati, cena naprav pa istočasno manjšati. V vsem tem pa je samo znanje, inovacije in Se enkrat znanje. Filozofija, ki ji pri Balzersu sledijo, je: ob tesnem sodelovanju z uporabniki razviti naprave za točno določen namen. V Balzersu že ves čas dajejo kupcem možnost, da sodeluje z idejami in predlogi pri izpopolnjevanju tehnologij. Istočasno pa to nudi največje zadovoljstvo tudi zaposlenim, ki so vpeti v svetovna razvojna dogajanja. Na tak način postaja danes majhna skupnost Balzers z nekaj več kot 2000 delavci del globalne tehnološke strategije in tako pomaga uresničiti osnovno idejo dr. M. Auwárterja izpred 50 let, kako fiziko površin in tankih plasti tehnološko in tudi ekonomsko uresničiti, in to samo s svojim znanjem. Naj za konec omenim se to, da sta na slovesnosti sodelovala tudi slovenska pianista Puhar in Domjanič. Prof. Dr. Boris Navinšek Eden od najnovejših izdelkov Balzersa: naprava za Institut Jožef Štefan, proizvodnjo CD plošč. Za izdelavo ene CD plošče je Jamova 39,1000 Ljubljana potreben čas 1.4 sekunde. 28 VAKUUMIST 16/4(1996) ISSN 0351-9716 NASVETI VAKUUMSKI LOVILNIKI IN PASTI Lovilnike in pasti uporabljamo za lovljenje par z namenom, da bi preprečili ali vsaj močno zmanjšali njihov prodor iz enega dela črpalnega sistema v drugi. Pri vakuumskih sistemih z oljnimi difuzijskimi črpalkami so to pare pogonske tekočine, tj. specialnega olja, ki zaradi povratnega toka iz difuzijske črpalke uhaja v smeri proti vakuumski posodi. Da bi torej preprečili onesnaženje le-te, vstavimo nad difuzijsko črpalko lovilnik par, nad njim pa lahko še past. Razlika med njima je, da lovilnik (angl. baffle) vrača kondenzirane pare,tj. kondenzat, pogonske tekočine v črpalko, med tem ko jih past (angl. trap) zadrži. Pri obeh je princip delovanja enak: pare, ki zadenejo njune hladne površine, se na njih kondenzirajo. Konstrukcija teh vakuumskih elementov mora ustrezati vsaj dvema glavnima zahtevama, in sicer: da je njihova zaščitna sposobnost pred onesnaženjem vakuumske posode kar se da velika in da je zmanjšanje črpalne hitrosti čim manjše. Lovilniki in pasti so namreč ovira za pretok oz. črpanje iz vakuumske posode. Dobre konstrukcije naj ne bi zmanjšale črpalne hitrosti, ali bolje, pretoka plina (zraka), za več kot 30 in največ do 50 %. Drugače povedano, njihova specifična prevodnost mora biti med 3 in 4 Is cm2. So pa še druge zahteve, kot npr., da jih lahko čistimo, da jih je možno pregrevati (pri UW sistemih), da imajo minimalno porabo hladilnega sredstva itd. Osnovni tipi vakuumskih lovilnikov in pasti so naslednji: 1) Mehanični lovilniki so hlajeni z vodo, oljne pare povratnega toka se kondenzirajo na hlajenih "rebrih", ki so postavljena tako, da nobena molekula pare ne more prodreti iz difuzijske črpalke v vakuumsko posodo, ne da bi vanje nekajkrat zadela in se na njih kondenzirala. Nekaj zgledov lovilnikov je na sliki 1. Nasvet. Če tak lovilnik npr. pogledamo z vrha ali od spodaj, ni mogoče videti skozenj. Ta nasvet velja za razstavljive lovilnike, in sicer takrat, ko jih po čiščenju ponovno sestavimo. Mehanični lovilnik je tudi ploščni ventil, ki se odpira tako, da se nekoliko dvigne nad svoj sedež (baffle valve) in tudi vsaka krivina ali koleno v vakuumskem vodu od difuzijske črpalke do vakuumske posode. Splošno velja, da so "lovilniki" vse tiste hladne površine, na katere priletijo molekule pare in se tam kondenzirajo. Kondenzacija par pa je seveda najbolj učinkovita na profesionalnih "lovilnikih oz. pasteh. V skupino mehaničnih lovilnikov spada tudi "hladna kapa" (si. 2), ki je navadno montirana nad 1. stopnjo večstopenjske difuzijske črpalke, da preprečuje povratni tok oljnih par. Taka hladna kapa (temp. 10 do 20°C), ki se ne sme dotikati 1. šobe (temp. okoli 200°C), zmanjša povratni tok oljnih par od 10 do 100-krat, vendar pa zmanjša tudi črpalno hitrost difuzijske črpalke (za okoli 10 %). Kapa je lahko nameščena samostojno ali pa je spojena z lovilnikom par, npr. V-tipa. 2) Pasti so navadno hlajene s tekočim dušikom. Na hladnih površinah se pare kondenzirajo, kondenzat pa na njih tudi zmrzne. Uporabljamo jih za znižanje končnega tlaka. V bistvu delujejo v visokovakuumskih in ultra visokovakuumskih sistemih. Pravzaprav delujejo kot sorpcijske črpalke za vodne in druge pare ter nekatere pline, ki imajo zmrzišče nad -196°C. So veliki porabniki hladilne tekočine. Tudi kriočrpalke so v bistvu sorpcijske pasti, hlajene s tekočim helijem, vendar jih navadno uporabljamo kot črpalke in ne kot pasti v prej opisanem smislu____ 3) Adsorpcijske pasti za grobi vakuum, imenovane tudi molekularna sita. Kadar uporabljamo rotacijske črpalke, ki so mazane in tesnjene z oljem, in ne želimo, da le-to pride v druge dele vakuumskega sistema (npr. v vakuumsko posodo ali v turbomolekularno oz. krio črpalko), potem na sesalno stran črpalke vgradimo adsorpcijsko past, ki je posoda, napolnjena z zeolitom (alumosilikati) ali aktivno glinico (AI2O3). Te snovi adsorbirajo povratne oljne pare iz rotacijske črpalke, ki jih je največ takrat, ko črpalka dela blizu končnega tlaka. Te pasti ali molekularna sita zmanjšajo povratni tok oljnih par iz rotacijske črpalke za 99 %. Njihova slaba lastnost pa je, da se sčasoma nasitijo, zato jih moramo regenerirati, tj. pregrevati pri 250°C na zraku. Pozor! Ne regenerirajte jih pod vakuumom, ker boste s tem močno onesnažili olje črpalke, ki ga boste morali takoj zamenjati (nepotrebno delo in stroški!). Če se vam regeneriranje ne ljubi, potem zamenjajte vložek, tj. adsorpcijsko snov (zeolit ali glinico). Sedaj bolj kot zeolite priporočajo uporabo aktivne glinice. ki ima lastnost, da lahko istočasno poleg ogljikovodikov adsorbirajo tudi veliko količino vodne pare iz črpanega zraka. 3) Električne (ionske) pasti so zelo neobičajne, zato jih v tem sestavku ne bomo posebej obravnavali. Delujejo na osnovi polimerizacije ogljikovodikov v plazmi. Za sklep tega sestavka pa še to. Noben lovilnik ali past vam ne bo koristila, če jih boste poskušali preobremeniti. V takem primeru se bodo vedli pasivno oz. bodo "štrajkali" ter bodo spustili vse pare v vakuumsko posodo, kjer se bodo kon-denzirale in tako onesnažile vse, kar je v njej. To se prav rado zgodi pri visokovakuumskih sistemih z oljnimi difuzijskimi črpalkami, če delujejo pri predtlakih, ki so večji od kritičnega oz. mejnega. O tem pa smo že pisali v prejšnjih Nasvetih v Vakuumistu. Dr Jože Gasperič, Institut Jožef Štefan, Jamova 39, 1000 Ljubljana \ J/ v > I 1 1 / Slika 2. Hladna kapa, navadno izdelana iz bakra in ponikljana. postavljena nad 1 šobo oljne difuzijske 29 n 3=» a) b) Slika 1. Preseki vodno hlajenih lovilnikov: a) V-tipa (chevron), b) lupinasti (shell baffle, Leybold) c) astrotorusni (Leybold) c)