Kristal, billur ya da kesme cam, kimyadaki katı haldeki bir elementin veya bileşiğin, molekül, atom veya iyon yığınlarının (paketinin) kesin geometrik bir yapı göstermesidir.
Proton, atom çekirdeğinde bulunan artı yüklü atomaltı parçacıktır. Elektronlardan farklı olarak atomun ağırlığında hesaba katılacak düzeyde kütleye sahiptirler. Şimdiye kadar Protonların İki yukarı bir aşağı kuarktan oluştuğu kabul edilse de yeni yapılan bilimsel çalışmalarda araştırmacılar protonun kütlesinin yüzde 9'unun kuarkların ağırlığından, yüzde 32'sinin protonun içindeki kuarkların hızlı hareketlerinin meydana getirdiği enerjiden, yüzde 36'sının protonun kütlesiz parçacıkları olan ve kuarkları bir arada tutmaya yardımcı olan gluonların enerjilerinden, geriye kalan yüzde 23'lük bölümünse kuarkların ve gluonların protonun içinde karmaşık şekillerde etkileşimlerde bulunduklarında meydana gelen kuantum etkimelerden oluştuğunu buldular. Evrendeki bütün protonlar 1,6 x 10−19 değerinde pozitif yüke sahiptirler. Bu, atomlardaki çeşitli protonların birbirlerini itmelerini sağlar. Ama aradaki çekim, itmeden 100 kez daha güçlü olduğu için protonlar birbirlerinden ayrılmazlar. Protonun kütlesi elektronunkinden 1836 kat fazladır. Buna karşın, bilinmeyen bir nedenden ötürü elektronun yükü protonunkiyle aynıdır: 1,6 x 10−19 C. Atom içinde her biri (+1) pozitif elektrik yükü taşıyan taneciğe proton denir. Bu yüke yük birimi denir. Protonun yüklü elektronun yüküne eşit fakat ters işaretlidir.Bir protonun yoğunluğu yaklaşık olarak 4 x 1017 Kg/m³ 'tür. (2,5 x 1016 Lb/Ft3)
Katı, maddenin atomları arasındaki boşluğun en az olduğu halidir. "Katı" olarak adlandırılan bu haldeki maddelerin kütlesi, hacmi ve şekli belirlidir. Bir dış etkiye maruz kalmadıkça değişmez. Sıvıların aksine katılar akışkan değildir. Fiziksel yollarla, diğer üç hal olan sıvı, gaz ve plazmaya dönüştürülebilirler. Altın demir gibi madenler katı maddelere örnektir. Ayrıca katı maddeler atomlarının en yavaş hareket edebildiği haldir. Doğa'da amorf veya kristal yapıda bulunurlar. Amorf katılar maddenin taneciklerinin düzensiz olma durumudur. Kristal katılar ise de maddenin taneciklerinin düzenli olma durumudur. Kristal katılar da aralarında 4'e ayrılır.
İyon ya da yerdeş, bir veya daha çok elektron kazanmış ya da yitirmiş bir atomdan oluşmuş elektrik yüklü parçacıktır. Atomlar kararsız yapılarından kurtulmak ve kararlı hale gelebilmek için elektron alırlar ya da kaybederler. Bunun için de başka bir atomla ya da kökle bağ kurarlar.
Thomson atom modeli, atomun yapısını tanımlayan birkaç bilimsel modelden biridir. Katot ışınlarının doğasını anlamaya çalışan İngiliz fizikçi Joseph John Thomson tarafından, elektronların parçacık olarak tanımlamasından kısa bir süre sonra atomun çekirdeğinin keşfinden önce 1904 yılında ortaya atıldı. Aynı zamanda üzümlü kek modeli olarak da bilinen bu model atomdaki negatif yüklü parçacıkların yerini ve atomların yüksüzlüğünü açıklamaktadır: Modele göre atomda pozitif yüklü bir gövdenin içinde bir kekin içindeki üzümler gibi negatif yüklü elektronlar homojen olarak dağılmıştır.
Plazma, gaz hâldeki maddelerin manyetik kutuplaştırmaya bağlı doğrusal noktalarda oluşan fiziksel ve kimyasal tepkimenin kontrollü etkileşim sürecine verilen genel ad. Daha kolay bir tanımla; atomun elektronlardan arınmış hâlidir.
PVD kaplama teknikleri arasında en basit olanıdır. Kaplanacak malzeme, herhangi bir şekilde ısı etkisi ile buharlaştırılır ve buharlaşan atomlar, substrat(kaplanan malzeme) üzerinde giderek yoğuşurlar. İşlem 10-5 – 10-6 ton basınçlı vakum ortamında yapılır. Kaplanan malzemeyi buharlaştırmak için çeşitli teknikler vardır bu teknikler; a) Buharlaştırılacak malzemenin, doğrudan konduğu potaya direnç olarak bağlanması, b) İndüksiyon ocağı ile ısıtma, c) Bir elektron tabancası ile elektron ışını bombardımanı, d) Elektrik arkı oluşturulması, e) Lazer ışını uygulanarak ısıtma ile, buharlaştırma işlemi yapılabilir. Bu tekniklerde, doğrudan direnç, indüksiyon, elektron tabancası ile ışın bombardımanı ve vakum ark en önemlileridir. Buharlaştırıcı potaları refrakter metallerden(Mo,W, Ta), oksitlerden(Al2O3,SiO2,M2O, ThO) veya grafitten yapılır. 1700 C’nin üzerindeki sıcaklıklarda, su soğutmalı bakır potalarda kullanılabilir.
İnce film kaplamalarda, buhar kaynağı olarak, genellikle saçtırma yöntemi kullanılmaktadır. Diğer yöntemlere göre birçok avantaj sunan bu yöntemde, katı malzeme pozitif iyonlarla bombardıman edilerek, atomlar yüzeyden kopartılır. Kaplanacak olan malzeme, hızlandırılmış iyonlar gibi enerjik parçacıklarla bombardıman edilirse, saçılan atomlar substrat (alttaş) yüzeyinde film tabakası oluştururlar.
İyon kaplama, vakum kaplama işlemlerinin bir versiyonudur. İyon kaplama, substrat yüzeyinin periyodik bombardımanı ile, atomik boyuttaki partiküllerin yüzeyde biriktirilmesi ile gerçekleştirilir. Vakum iyon kaplama, reaktif iyon kaplama, kimyasal iyon kaplama gibi çeşitli teknikleri bulunur.
Manyetik olarak desteklenmiş düşük voltajlı deşarj sistemi ile 250 eV-2000 eV arasındaki enerjilerde iyon koparılmasını sağlayarak vakum çemberi içinde hareket etmesini sağlar. Koparılmanın ardından iyonlar, vakum sisteminde, çok delikli, eleğe benzer bir ekran üzerinden substrat üzerinde etkili olurlar. Ticari olarak kullanılan iyon tabancası sistemleri, 2000 eV enerjide 1 mA/cm2 akım yoğunluğunda ve 10 inch çapında argon iyon demeti sağlayacak kapasitede sistemlerdir. İyon tabancası sisteminin en büyük avantajı, katmanlama parametrelerinden bağımsız olarak iyon bombardımanı parametrelerinin kontrol edilebilmesidir. Diğer bir iyon bombardımanı tekniği olan gaz deşarjlı saçtırma işlemleri için bu bir dezavantajdır.
Elektron demeti ile fiziksel buhar biriktirme işlemi, anottaki hedef malzemenin, çok yüksek vakum altında, tungsten bir flaman ile elektron bombardımanına tutulması ile gerçekleştirilir. Elektron demeti, hedefteki atomların yüzeyden koparak gaz fazına geçmesini sağlar. Buharlaştırılan bu atomlar, vakum çemberi içindeki her noktaya yapışarak ince bir film oluşmasını sağlarlar.
Titanyum nitrür, substratın yüzey özelliklerini iyileştirmek için genellikle titanyum alaşımları, çelik, karbür ve alüminyum bileşenler üzerinde fiziksel buhar biriktirme (PVD) kaplaması olarak kullanılan son derece sert bir seramik malzemedir.
Kimyasal buhar biriktirme. Von Guerkie, sürtünme ile kıvılcım üreten kükürt topunu, eğlence amaçlı yapması bu prosesin başlangıcı sayılır. Birbirlerine sürterek kıvılcım çıkarmakta ve hidrojensülfat oluşturulmaktaydı. 1798'de Henry, hidrokarbon gazı içerisinde, kıvılcım yaratarak karbon biriktirme yapmayı başardı.
Van de Graaff jeneratörü hareket eden bir kayış yardımıyla içi boş bir kürede yüksek gerilim biriktirmeye yarayan bir elektrostatik jeneratördür. 1929 yılında Amerikalı fizikçi Robert Jemison Van de Graaff tarafından icat edilen bu jeneratörde potansiyel farkı 5 megavolta kadar çıkabilir. Bu araç bir üreteç ve ona paralel bağlı bir kondansatör ile çok büyük bir elektriksel direnç olarak da düşünülebilir.
Statik elektrik, bir maddenin içerisindeki ya da yüzeyindeki elektrik yüklerinin oransızlığı olarak tanımlanmaktadır. Yük, elektrik akımı ya da elektriksel deşarj tarafından uzağa hareket etmeye başlayacağı zamana kadar aynen kalır. Statik elektrik, elektrik telleri ya da diğer iletkenler boyunca akan ve enerji aktaran elektrik akımının tam aksi olarak adlandırılmaktadır.
İyon yerleştirmesi bir materyal mühendisliği süreci olup, bir materyalin iyonlarının bir elektrik alan içerisinde ivmelendirilip bir katı içerisine gömülmesi işlemidir. Bu süreç bir katının fiziksel, kimyasal veya elektriksel özelliklerini değiştirmek için kullanılır. İyon yerleştirmesi materyal bilim araştırmalarının, yarı iletken cihaz fabrikasyonu ve metal bitirme gibi değişik uygulamalarında kullanılır. İyonlar, hedefin elementel kompozisyonundan sonra, eğer iyonlar hedeften olan kompozisyondan farklıysa, hedefin içerisinde durur ve orada kalırlar. Ayrıca enerjilerini ve momentumlarını hedef objenin elektronlarına ve atomik çekirdeğine aktararak birçok fiziksel ve kimyasal değişikliğe de sebep olabilirler. Bu, art arda olan enerjitik çarpışmalarda hedefin kristal yapı içerisindeki yapısı hasar görebilir veya yok olabilir, bu da yapısal değişikliğe sebep olur. İyonların hedef atomlara yakın kütleleri olduğu için hedef atomlara, elektron ışınlarının yaptığından daha fazla miktarda bir dışa vuruş yaparlar. Eğer iyon enerjisi coulomb bariyerini aşmaya yeterli miktarda yüksekse, o zaman burada küçük miktarda bir nükleer değiştirilme bile olabilir.
Kristal yapıların atom veya molekül dizilimlerinde görülen çeşitli kusurlar vardır. Bu kusurlar noktasal, çizgisel, düzlemsel ve hacimsel olmak üzere dört ana başlığa ayrılmaktadır. Bu kusurların biçimi, boyutu, miktarı ve yeri maddenin özelliklerini direkt olarak etkilemektedir.
Korona deşarjı; yüksek gerilimli bir iletkenin, etrafını saran hava gibi akışkanların iyonlaşmasıyla oluşan elektriksel bir deşarjdır. Havanın elektriksel bir kırılım geçirip iletkenleşmesi ve yükün iletkenden akışkana sızmasını sağlar. Korona deşarjı, iletkenin etrafındaki elektrik alanın, havanın dielektrik dayanımını aştığı yerlerde oluşur. Genellikle nemli ve sisli havalarda görülen bu deşarj işlemi radyal olarak dışarıya mor renkli ışık halkaları emite eder. Kendiliğinden meydana gelen korona deşarjı doğal olarak eğer elektrik alanı şiddetinin limiti sonsuza gitmiyorsa yüksek voltajlı sistemlerde açığa çıkar. Genellikle yüksek voltaj taşıyan iletkenlerin havaya bitişik sivri noktalarında, mavimsi bir parıltı olarak görülür ve bir gaz deşarj lambasıyla aynı özellikte ışık yayar.
Radyasyon hasarı, iyonlaştırıcı radyasyonun fiziksel nesneler üzerindeki etkisidir. Radyobiyoloji, iyonlaştırıcı radyasyonun ve radyasyonun insan sağlığına etkileri de dahil olmak üzere canlılar üzerindeki etkisini araştıran bilim dalıdır.
İyon kaynağı, atomik ve moleküler iyonlar oluşturan bir cihazdır. İyon kaynakları, kütle spektrometreleri, optik emisyon spektrometreleri, parçacık hızlandırıcılar, iyon implante ediciler ve iyon motorları için iyon oluşturmak üzere kullanılır.
