• K r e m n i y k a r b i d i (SiC)
  • G a l l i y a r s e n i d i (GaAs)
  • II bob Yarim o’tkazgichli e lektronika elementlarini tayyorlash texnologiyasi va ularni o‘stirish usullari 2 .1 Yarim o’tkazgichli e
  • Zamonaviy elektronika elementlarini tigel yordamida o‘stirish usullari
  • Zamonaviy elektronika elementlarini t igelsiz o‘stirish usullari
  • Pe’zoelektrik yarim o‘tkazgichli monok ristallar o‘stirish jarayonida kirishmalarning taqsimlanishi
  • Zamonaviy elektronika elementlari plenkalarini eritmalardan o‘stirish usullari
  • 2.2 Yarim o‘tkazgichli kristallarning optik va elektrik xususiyatlari
  • Abdulla qodiriy nomidagi jizzax davlat pedagogika instituti




    Download 1.68 Mb.
    bet4/5
    Sana30.12.2019
    Hajmi1.68 Mb.
    #6519
    1   2   3   4   5

    13-rasm. Olmos tipidagi kristall tuzilishi

    Yuqoridagi rasmlarda germaniy kubik tuzilishining yassi tasviri aks ettirilgan. Rasmdan ko‘rinib turibdiki, olmos tipidagi tuzilishda har bir ko‘rilayotgan atom (germaniy yoki kremniy) to‘rtta shunga o‘xshagan atom bilan o‘ralgan. Ushbu atomlar orasidagi masofa bir xil bo‘lib, har bir atom qo‘shni atom bilan kovalent bog‘lanish hosil qilinadi.



    G e r m a n i y (Ge) — Mendeleev davriy sistemasining to‘rtinchi guruhiga kiruvchi element hisoblanadi. Uni olishda xom ashyo vazifasini tarkibida germaniy bo‘lgan rux va sulfid rudalari, shu bilan birgalikda ko‘mir tuzlari o‘taydi.

    Murakkab ximiyaviy jarayon hisobiga germaniy quymasi olinadi, lekin uning tarkibida aralashmalar va u monokristall material bo‘lganligi bois, undan yarim o‘tkazgichli priborlar tayyorlashda foydalanib bo‘lmaydi. Dastlab ushbu quyma aralashmalardan zonaviy eritish usuli bilan tozalanadi. Tozalangan yarim o‘tkazgichli materialda, ya’ni germaniyda aralashmalar 10-9% (massasi bo‘yicha), kremniyda esa 10-11% (massasi bo‘yicha) dan ortmasligi lozim.

    Monokristalli germaniy olish uchun dastlab u vakuumda yoki inert gazli atmosfera sharoitida eritiladi. So‘ngra p- va n-tipidagi elektr o‘tkazuvchanlikka ega bo‘lgan germaniy olish uchun tozalangan germaniy quymasiga donor yoki akseptorli aralashma qo‘shiladi. Eritmadan ma’lum bir tezliklarda kerakli diametrlarda yaxlit silindr ko‘rinishida monokristalli germaniy so‘rib olinadi. Germaniy och kumushsimon rangda bo‘lib, zichligi 5320 kg/m3 va erish harorati 937,2°C ga teng. Tozalangan legirlanmagan germaniy quyidagi elektr xarakteristikalariga ega (20°C harorat sharoitida): solishtirma elektr qarshiligi ρ = 60÷68 Om·sm; ε = 16,3. p-tipidagi elektr o‘tkazuvchanlikka ega bo‘lgan legirlangan germaniy navlarida ρ=0,003÷45 Om·sm; n-tipidagi elektr o‘tkazuvchanlikka ega bo‘lgan legirlangan germaniy navlarida esa ρ=0,4÷7 Om·sm (legirlash darajasiga ko‘ra) ni tashkil etadi. Germaniyning barcha navlari yuqori jihatdan qattiq va mo‘rt xususiyatga ega.

    Germaniydan diod, fotoelement va boshqa yarim o‘tkazgichli priborlar tayyorlashda foydalaniladi.



    K r e m n i y (Si) – ham Mendeleev davriy sistemasining to‘rtinchi guruhiga kiruvchi element hisoblanadi. Kremniy tabiatda kremnezem (SiO2) ko‘rinishida keng tarqalgan bo‘lib, kremnezem kremniyning texnik navlari olishda xom ashyo vazifasini o‘taydi. Kremniy quymalari zonaviy eritish usuli yordamida tozalangandan so‘ng, legirlovchi aralashmalarning qancha miqdorda qo‘shilganligiga bog‘liq ravishda p- yoki n-tipdagi elektr o‘tkazuvchanlikka ega bo‘lgan monokristalli kremniy olinadi.

    Polirovka qilingan (oynaday silliqlangan) kremniy po‘lat rangi ko‘rinishida bo‘ladi. Kremniy ham xuddi germaniy kabi mo‘rt material hisoblanadi. Tozalangan legirlanmagan kremniyning asosiy xarakteristikalari quyidagicha (20ºC harorat sharoitida): zichligi 2328 kg/m3; erish harorati 1420°C; ρ=(2÷3)·105Om·sm; ε=11,7. p-tipidagi elektr o‘tkazuvchanlikka ega bo‘lgan legirilangan kremniy navida ρ=0,01÷200 Om·sm; n-tipidagi kremniyda esa ρ=0,014÷50 Om·sm ga teng.

    Kremniy germaniyga nisbatan ko‘proq ishlatiladi, chunki undan tayyorlangan yarim o‘tkazgichli priborlarning ishchi harorat chegarasi 130-200°C ga teng bo‘lsa, germaniy asosida tayyorlanganlariniki esa bor yo‘g‘i 80—100°C ni tashkil etadi. Yarim o‘tkazgichli integral sxemalarning asosini tayyorlashda kremniy keng qo‘llaniladi.

    S e l e n (Se) — Mendeleev davriy sistemasining oltinchi guruhiga kiruvchi element hisoblanadi. Selenni olishda xom-ashyo vazifasini misni elektrolitik yo‘l bilan tozalash paytida qoladigan qoldiqlar bajaradi. Qattiq selen amorf yoki kristall tuzilishga ega bo‘ladi. Qora amorf selen xona haroratigacha tezlik bilan sovutilgan tozalangan selen eritmasidan olinadi. U ρ=1013 Om·smga teng solishtirma qarshilikka ega bo‘lgan dielektrik hisoblanadi.

    Eritilgan amorf selenni erish harorati (220°C)dan xona xaroratigacha sekinlik bilan sovutish orkali kulrang kristall tuzilishli selen olinadi. Kristall selen n-tipidagi polikristal tuzilishdagi aralashmali yarim o‘tkazgich hisoblanadi. Atom tuzilishi - olti burchakli prizmaning burchaklarida joylashgan atomlardan iborat bulib, bu prizmalar kristallning elementar katagi (yacheykasi) hisobladi. 20°C harorat sharoitida selenning asosiy xarakteristikalari quyidagiga teng: zichligi 4800 kg/m3; ρ=(0,8÷5) ·105 Om·sm; ε= 6,3. Selenli to‘g‘rilagich, fotoelement va fotorezistorlar tayyorlashda selendan foydalaniladi.



    K r e m n i y k a r b i d i (SiC) – tok kuchi va kuchlanish o‘rtasida chiziqli bo‘lmagan bog‘liqlik yaqqol kuzatiladigan polikristall tuzilishli mo‘rt material hisoblanadi. Kremniy karbidi kremniy va uglerodning ximiyaviy qo‘shilishi hisobiga hosil bo‘ladi.

    Kremniy karbidini olishda xom ashyo vazifasini toza kvartsli qum va toshli ko‘mir o‘taydi. U yoki bu tipdagi aralashmali elektr o‘tkazuvchanlikka ega bo‘lish uchun, asosiy tarkibga aralashmalar, jumladan — fosfor, surma, vismut yoki kalsiy, magniy, alyuminiy va boshqalar qo‘shiladi. Karbidni hosil qilish reaksiyasi 2000°C da amalga oshiriladi.

    Fosfor, surma yoki vismut bilan legirlangan kremniy karbidi to‘q yashil rangda bo‘ladi va p – tipdagi elektr o‘tkazuvchanlikka, kalsiy, alyuminiy yoki bor bilan legirlanganda esa to‘q binafsha rangda bo‘lib, n– tipdagi elektr o‘tkazuvchanlikka ega bo‘ladi. Kremniy karbidining asosiy xarakteristikalari quyidagicha buladi. (20°C havo sharoitida): zichligi 3200 kg/m3; ρ=104÷107 Om·sm; ε=6,5÷7,5. Uning solishtirma qarshiligi tarkibiga kuchli darajada bog‘liq. Kremniy karbidi aralashmali yarim o‘tkazgich hisoblanadi, lekin 1400°C haroratda unda xususiy elektr o‘tkazuvchanlik namoyon bo‘ladi. Erish harorati 2600°C ga teng. Kremniy karbidning toza navlaridan —50 dan to + 80°C harorat intervallarida ishlay oladigan, chiziqli bo‘lmagan simmetrik volt-amper xarakteristikasiga ega bo‘lgan varistorlar ishlab chiqarishda keng foydalaniladi. Varistorlar avtomatik tarzda to‘g‘rilaydigan (regulirovka qiladigan) qurilmalarda ishlatiladi.

    Polikristall kremniy karbididan inert gazda haydash yo‘li bilan ximiyaviy jihatdan tozaligi bilan ajralib turuvchi monokristalli kremniy karbidi olinadi. Undan 500°C gacha bo‘lgan haroratlarda ham ishlay oladigan diod va tranzistorlar, shu bilan birgalikda svetodiodlar ishlab chiqarishda keng foydalaniladi.



    G a l l i y a r s e n i d i (GaAs) – margimush va galliyni qo‘shilishidan hosil bo‘ladi va monokristalli yarim o‘tkazgich hisoblanadi. Yuqori darajada elektron va teshiklarning xarakatchan bo‘lishi galliy arsenidining xarakterli xususiyati hisoblanadi. Uning bu xususiyatidan katta chastota va yuqori haroratlarda ishlay oladigan galliy arsenidi asosida tayyorlangan priborlarni yaratish imkonini beradi. n-p-o‘tish uchun ishchi harorat 300—400°C gacha ruxsat berilgan, ya’ni bu germaniy va kremniy asosida tayyorlangan yarim utkazgichlarnikidan yuqori qiymatlarda bo‘ladi. Shu bilan birgalikda galliy arsenididan yarim o‘tkazgichli mikrosxemalarning asosini tayyorlash maqsadida ham foydalaniladi.

    20°C haroratda galliy arsenidining asosiy xarakteristikalari quyidagiga teng: zichligi 5400 kg/m3; ρ=104÷109 Om·sm; ε=11,2. Erish harorati 1237°C.

    Namlik va radiatsion nurlanishlar ko‘rinishidagi tashqi ta’sirlar kuchli darajada yarim o‘tkazgichli elementlarni xarakteristikalarini pasaytiradi, shuning uchun tashqi ta’sirdan himoyalanish maqsadida ularni germetik (metall, keramik yoki plastmassali) korpuslarga joylashtiriladi.

    II bob Yarim o’tkazgichli elektronika elementlarini tayyorlash texnologiyasi va ularni o‘stirish usullari

    2.1 Yarim o’tkazgichli elektronika elementlarini olish texnologiyasi

    Zamonaviy elektronika elementlarini olish texnologiyasini tanlash ularga quyilgan talablarga bog‘lik bo‘lib, bular jumlasiga asosan materialning tozaligi kiradi. Misol uchun, yarim o‘tkazgichli materialning teskari yo‘nalishdagi qo‘yiladigan kuchlanish materialning solishtirma qarshiligiga bog‘lik bo‘lib, ρ~0,1 Om sm bo‘lgan Ge (Si) da Utesq 1,0-1,5V bo‘lgan pe’zoelektrik material olish mumkin. Bunday Ge (Si) materialida 100 ta kirishma atomiga 1,5 103 Ge (Si) atomi to‘g‘ri kelsa, kirishmalar sonini 100 marta kamaytirilsa (ρq50 Om sm) Utesq 500 V ga teng bo‘lgan material olish mumkin. SHuning uchun yarim o‘tkazgichli materiallar asosida ishlatiladigan texnik asboblarda moddalar tozaligi nuqtai nazaridan materiallar uch toifaga bo‘linadi. A – toifaga oddiy klassik kimyoviy tahlil yo‘li bilan aniqlanishi mumkin bo‘lgan A1 – 99,9% tozalikka ega bo‘lgan va A11-99,99% tozalikka ega bo‘lgan materiallar kiradi. V – toifa V3 va V6 larga bo‘linadi. Bunday moddalar alohida toza va o‘ta toza deyiladi (10-3-10-6% aniqlikda kirishmalar). Keyingi eng toza toifa bo‘lib S7-S10 ga mansub bo‘lib tozalik darajasi 10-7-10-10% dir.

    Zamonaviy elektronika elementlari o‘stirish usulini tanlash ularning fizik va kimyoviy xususiyatlarini o‘rganishga bog‘likdir. Agar moddaning erish harorati yuqori, kimyoviy aktiv va bug‘ bosimi katta bo‘lsa, bunday moddalar kristallini o‘stirish juda qiyin. Ularni bug‘ fazasi yoki eritmalaridan kichik o‘sish tezliklarida o‘stirish maqsadga muvofiq bo‘ladi. O‘stirish jarayoni haroratini juda aniq o‘lchashga, moddalar taqsimotini nazorat qilishga, gaz holatidagi komponentlar bosimini doimiy miqdorda saqlashga va qurilmaning mexanik qismlari ishini aniq nazorat qilishga tug‘ri keladi.

    Zamonaviy elektronika elementlarini tigel yordamida o‘stirish usullari

    O‘stirish usullari ko‘p bo‘lib ulardan asosiylari jumlasiga quyidagilar kiradi.



    1. Toza moddalardan va legirlangan kirishmali o‘ta to‘yingan eritmalardan o‘stirish.

    2. Eritmalardan o‘stirish.

    3. Bug‘ fazasidan o‘stirish.

    Stexiometrik tarkibdagi suyuq fazadan kristallarni o‘stirish usullari 2 ga bo‘linadi. Elektronika elementlarida qo‘llaniladigan yarim o‘tkazgichlarni tigel yordamida o‘stirish usullari va tigelsiz usullar. Bu usul bir necha ko‘rinishga bo‘linadi. Jumladan, yo‘naltirilgan kristallizatsiya usuli, «gorizontal» va «vertikal» Bridjmen usuli, sohali eritish usuli va CHoxralskiy usuli.

    Bu usullarning asosini issiqlikni yo‘naltirilgan holda uzatish tashkil qiladi. Bunga misol tariqasida 1.1-rasmda CHoxralskiy usuli keltirilgan.



    Vertikal pechlar uchun xarakterli narsa “kristallizatsiya” frontini kuzatish mumkin emasligidir. YAna bir kamchilik o‘sayotgan kristallning tigel devorlari bilan doimiy kontaktda bo‘lib turishidir. O‘lchamlari kerakligicha katta monokristallar olish uchun, butun texnologik jarayon davomida kristallanish chegarasi qavariq shaklli bo‘lishi kerak.



    Rasm 2.1 . Kristallarni CHoxralskiy usuli bilan o‘stirish qurilmasi.

    1 – vakuum yoki inert gaz muhit; 2 – kristallni tortuvchi sterjen; 3- dastlabki o‘stirishni belgilovchi kristall; 4 – o‘sib borayotgan kristall; 5 –platinadan qilingan tigel; 6 – yuqori chastotali induktor; 7 – induksion tok ta’sirida qizdiriluvchi grafit; 8 –silikat kremniy(germaniy) kristalli; 9 – kristallizatsiya fronti; 10 –silikat kremniy (germaniy).

    Buning uchun tigel devorlarining harorati suyuq faza haroratidan doimiy yuqori bo‘lishi kerak. Natijada tigel devorlarida parazit kristallanish markazlari hosil bo‘lishining oldi olinadi.



    Sohali o‘stirish (2.2-rasmga qarang). Bu usulning CHoxralskiy usulidan farqi shundaki, bu usulda ikkita pech ishlatiladi, biri harorati Ter., ikkinchisi harakatchan konstruksiyali qisqa zonali harorati T>Ter. Bu usulda erigan modda platinali tigl devorlari bilan kamroq kontaktda bo‘lgani uchun o‘stirilayotgan kristall kamroq ifloslanadi. Eriyotgan va erigan soha qalinligini va uning siljish tezligini o‘zgartirish imkoniyati mavjud. SHuning uchun bu usul pe’zoelektrik yarim o‘tkazgichli materiallarni yaxshiroq tozalash imkoniyatini beradi.



    Rasm 2.2. Elektronika elementlarida ishlatiladigan monokristallarni eritmalardan o‘stirishning tigelsiz usullari.

    a – Varneyl usuli; b – vertikal sohali eritish; v – «tomchidan» tortish usuli; g – «ko‘lmakdan» tortish usuli. 1,5 – shtoklar, 2-kristall manb (namuna), 3-erigan kristall, 4-o‘sayotgan kristall, v1 va v11- shtoklarning aylanish tezliklari.

    CHoxralskiy usuli. Bu usul asosan sanoat ko‘lamida yarim o‘tkazgichli silikat Ge va silikat (Si) ishlab chiqarishda ishlatiladi. 2.1- Rasmda CHoxralskiy usulining prinsipial sxemasi berilgan. YUqoridagi usuldan uning farqlaridan biri bu tigelsiz usul bo‘lib o‘stirilayotgan monokristall o‘lchamini nazorat qilish mumkin, hamda o‘sish sur’atini nazorat qilish imkoniyati mavjud.

    Zamonaviy elektronika elementlarini tigelsiz o‘stirish usullari

    Tigelga yaroqli materiallarning cheklanganligi tufayli bu usullarni qo‘llash ham nisbatan cheklangan. Tigelga yaroqli asosiy materiallardan biri platinadir. Silikat germaniyli (Ge) va silikat kremniyli (Si) monokristallarini o‘stirishda ishlatiladigan platinali tigellarda eritma odatda kislorod bilan to‘yintiriladi. Misol, silikat germaniy (Ge) va silikat kremniy (Si) monokristallini o‘stirish jarayonida kremniyga konsentratsiyasi 105 sm-3 germaniyga konsentratsiyasi 107sm-3 kremniyga qadar kislorod kirishmalari kirishi mumkin. Pe’zoelektrik yarim o‘tkazgichli monokristallarni o‘stirish jarayonida esa platinali tigel bo‘lgani uchun faqat kislorod atomlari kirishi mumkin. Pe’zoelektrik yarim o‘tkazgichli materiallarni tigelsiz o‘stirish usullarini Varneyl usuli misolida ko‘rishimiz mumkin (2.2-rasm). Pe’zoelektrik yarim o‘tkazgichli selenli monokristalli yaxlit silindr shaklidagi silenli kremniy (Si) va silenli germaniyning (Ge) tekislik yщnalishlari Miller indekslari orqali berilgan namunasi shtokka mahkamlanadi. YUqoridagi shtokka mahkamlangan kichkina tirqishli idishda maydalangan holdagi o‘stirilayotgan pe’zoelektrik yarim o‘tkazgichli eritma material kukuni solinadi. SHtoklarni o‘zgarmas tezlikda aylantirish yoki bir biriga nisbatan yaqin masofaga ko‘chirish mumkin. Silikat kremniyning va silikat germaniyning tor (chegaralangan) qismida issiqlik manbai yordamida erigan soha hosil qilinadi. Erigan soha sirt taranglik kuchlari ta’sirida ushlab turiladi. YA’ni erigan soha og‘irligi sirt taranglik kuchlari ta’siridan kam bo‘lgan holda ushlab turiladi. O‘stirilayotgan pe’zoelektrik yarim o‘tkazgichli kristall diametri sohaning kritik uzunligi va material xossalariga, ya’ni (G/d)1/2ga bog‘lik bo‘ladi (G – suyuqlik-qattiq jism orasidagi sirt tarangligi, d – erigan moddaning solishtirma og‘irligi). Issiqlik manbai sifatida yuqori chastotali induktiv qizitish, elektron-nurli yoki radiatsion usullar qo‘llanilishi mumkin.



    Nostexiometrik eritmalardan pe’zoelektrik yarim o‘tkazgichli kristallarni o‘stirish. Bu usul nisbatan universal usul bo‘lib, uning yordamida har qanday erish haroratiga ega bo‘lgan, hamda bug‘lar bosimi katta bo‘lgan pe’zoelektrik yarim o‘tkazgichli birikmalarini ham o‘stirishda qo‘llash mumkin. Bu usulda o‘stirish jarayonida eritmalar tayorlashda erituvchi neytral moddadan (o‘stirilayotgan material tarkibiga kirmagan moddadan) yoki birikma tarkibiga kiruvchi moddalardan ham foydalanish mumkin. Rasm 2.3 ga qarang.

    Yo‘naltirilgan kristallanish usuli bilan o‘stirishning asosiy afzalliklari. 1. Bu usul bilan o‘stirish nisbatan past haroratlarda olib boriladi. 2. Bug‘ bosimi katta bo‘lgan birikmalarni 1.punktni hisobga olgan holda o‘stirish mumkinligi. 3. YUqoridagi usullarga nisbatan o‘stirish qurilmalarining konstruksiyasi nisbatan soddalashadi.



    Rasm 2.3. AV birikma asosidagi kristallni eritmadan yo‘naltirilgan pe’zoelektrik yarim o‘tkazgichli monokristallarni kristallanish usuli bilan o‘stirish.

    Suyuq fazali epitaksiya usuli. Bu usul yuqoridagi usuldan prinsipial farq qilmaydi. Bu usul bilan asosan ko‘p fazali yarim o‘tkazgichli pe’zoelektrik monokristall plenkalari olinadi. Usulni qo‘llashning dastlabki qurilmalaridan biri 2.4-rasmda ko‘rsatilgan.


    Rasm 2.4. Eritmalardan epitaksial qatlamlar o‘stirish qurilmasi.

    Bu usul bilan silikat germaniy, silikat kremniy va boshqa A3 V4 birikmalar va ularning qattiq eritmalari asosidagi nurlanuvchi boshqa pe’zoelektrik yarim o‘tkazgichli monokristallar olingan.



    Pe’zoelektrik yarim o‘tkazgichli monokristallar o‘stirish jarayonida kirishmalarning taqsimlanishi

    Pe’zoelektrik yarim o‘tkazgichli monokristallarni o‘stirish jarayonida erituvchi moddani tanlash muhim ahamiyatga ega. Erituvchi modda sifatida pe’zoelektrik yarim o‘tkazgichli materialning o‘zi ishlatilsa, u holda kerakli material olish uchun: asosiy materialni uni ifloslantiruvchi kirishmalardan tozalash va pe’zoelektrik yarim o‘tkazgichli monokristall o‘stirish jarayonida kristall panjaraga ma’lum konsentratsiyaga ega bo‘lgan bir yoki ikkita kirishmani kiritish kerak bo‘ladi (Si) yoki (Ge).

    Agar pe’zoelektrik yarim o‘tkazgichli material olishda erituvchi sifatida boshqa material olinsa, avval uni shu materialda eritib keyin kristallizatsiya jarayoni o‘tkaziladi. Bu holda bor bo‘lgan har xil kirishmalar eritmada va o‘sayotgan kristallda qayta taqsimlanadi.

    Qattiq jismda har qanday kirishmaning eruvchanligi, qattiq jismning tarkibi va uning qaysi fazalar, qattiq jism, suyuqlik, gaz holati bilan muvozanatda bo‘lishi va umuman sistema ozod energiyasining minimal holi bilan aniqlanadi. Ozod energiya sistema holatiga bog‘liq bo‘lgani uchun harorat o‘zgarishi muvozanatni buzadi va mavjud fazalar tarkibi ham o‘zgaradi.

    Agar erituvchi moddaning o‘zi bo‘lsa, bu holda o‘stirish jarayoni bir o‘zgarmas haroratda boradi va qattiq jism tarkibi kirishmalar konsentratsiyasiga va tabiatiga bog‘lik bo‘ladi. Erituvchi boshqa moddadan bo‘lsa, u holda asosiy moddaning kristallizatsiya jarayoni har xil haroratda bo‘lgani uchun uning tarkibi haroratga bog‘lik bo‘ladi va unga mutanosib o‘zgaradi. Kirishmalarning taqsimlanish jarayoni pe’zoelektrik yarim o‘tkazgichlarning kristallanish jarayonida aniqlovchi xususiyatlardan bo‘lib, ideal eritmalar nazariyasiga asosan SHredenger tenglamasi bilan aniqlanadi.

    K q ℓn (Nak/Nac) q∆MAR(1/T – 1/Toa) (1)

    bu erda: Nak va Nac – kirishmalarning qattiq va suyuq holatdagi konsentratsiyalari, keyinchalik ular Ckr. va Cc. bilan belgilangan. ∆MA – sof kirishmaning yashirin erish issiqligi, Toa – sof kirishmaning erish harorati, T – eritmaning erish harorati.

    Kirishmaning taqsimlanish koeffitsienti K deb, o‘stirilgan kristalldagi kirishmalar konsentratsiyasining eritmadagi kirishmalarning o‘rtacha olingan konsentrapsiyasi nisbatiga aytiladi.

    K q Ckr/Cc. (2)

    Kirishmaga ega bo‘lgan yarim o‘tkazgichli pe’zoelektrik eritmaning kristallanish jarayoni. Bu jarayon uch xil bo‘ladi:

    1 hol. Agar o‘sayotgan kristall va suyuqlik (eritma) tarkibi bir xil bo‘lsa, taqsimlanish koeffitsienti K q 1 va o‘sayotgan kristallda tarkib bir xil bo‘ladi.

    2-hol. Agar kirishma erituvchining erish haroratini oshirsa (MY: silikat vismut kristalliga kremniy yoki germaniy qo‘shilgan hol), taqsimlanish koeffitsienti K>1 va Ckr.>Cc. Bu hol uchun o‘sayotgan kristall tarkibi o‘sish jarayonida kirishma bilan boyib boradi.





    Rasm 2.5 . Kirishmalarning taqsimlanish koeffitsientini aniqlashga doir.

    3-hol. Agar kirishma erituvchining erish haroratini kamaytirsa (M: silikat vismut kristaliga kremniy (Si) yoki germaniy (Ge) qo‘shilgan hol), taqsimlanish koeffitsienti K<1 va Ckr.c.. O‘sish jarayonida kristallda kirishma miqdori kamayib boradi.

    Odatda kristall o‘stirish uchun erituvchi tanlanadi. Erituvchini tanlashning 2-holi mavjud.

    Erituvchi sifatida kristall tarkibiga kirmagan moddani ishlatish. Bu modda kristallga nisbatan kirishma ham bo‘lishi mumkin MU: Sn-Si, Pb-Si, Bi- Ge, Sn-Ge, In-Ge va hokazo.

    Erituvchi sifatida kristall tarkibiga kiruvchi moddani ishlatish. Bu hol birikmali kristallarga xos. MU: Bi2O3 - GeO2, Bi2O3 - Bi2SiO3 (Bi12GeO20 va Bi12SiO20) hokazo. Bu hol uchun o‘sayotgan kristall tozaligi tanlab olingan komponentlar tozaligiga bog‘lik.

    Eritmadan o‘stirish afzalliklarga ega bo‘lib, u o‘stirish jarayonining nisbatan pastroq haroratda bo‘lishi bilan bog‘lik. Jumladan: a) Tker. bo‘lgani uchun birikmali materiallar o‘stirilganda birikma komponentlarining parsial bosimi kamroq bo‘ladi MU: Bi2O3 - GeO2, Bi2O3 - Bi2SiO3. Kristall o‘stiralayotgan asbob-anjomlarga nisbatan (MU: o‘stirish konteynerlariga nisbatan) qo‘yiladigan shartlar birmuncha yumshaydi.



    Zamonaviy elektronika elementlari plenkalarini eritmalardan o‘stirish usullari

    Zamonaviy elektronika elementlarini plenkalarini eritmadan o‘stirishning ayrim usullarini qisqacha ko‘rib o‘tamiz.

    1)To‘yintirilgan eritmadan yo‘naltirilgan kristallizatsiya usuli. Birikmali yarim o‘tkazgichlar o‘stirish usullaridan biri bo‘lib hisoblanadi. AV birikmali yarim o‘tkazgichli materialni o‘stirish uchun uch sohali pechdan foydalaniladi. Kvarsdan yasalgan (oldindan havosi so‘rilgan) ampulaga uchmaydigan A komponent va tozalangan uchadigan V komponenta kiritilgan. Havosi so‘rilgandan so‘ng, ampula berkitilib uch sohali pechga kiritiladi. Pechning harorati T1 dan eritmada V komponentaning ma’lum bug‘ bosimini hosil qilishi uchun T2 gacha ko‘tariladi. Uchinchi pechning harorati T3 bo‘lib, u ikkinchi pech bilan T2-T3 gradient hosil qiladi. Konteynerni ma’lum tezlikda mexanik siljitish natijasida T2-T3 gradient ta’sirida yo‘naltirilgan kristallanish jarayoni hosil qilinadi.

    2) Gradientli sohali o‘stirish usuli. Bu usul asosan avval sintez qilingan epitaksial qatlamlar olish uchun ishlatiladi. O‘stirish qurilmasi konstruktiv birlashtirilgan ikki qismdan iborat bo‘ladi. O‘stirish uchun taglik vazifasini bajaradigan yarim o‘tkazgich joylashgan sohada bir jinsli harorat olish vazifasini bajaruvchi birinchi pech va yuqorida joylashgan ikkinchi pech vazifasini bajaruvchi isitish lampasi (nur qaytargichi bilan birga)dan iborat. Ikkinchi pechni yoqish natijasida yarim o‘tkazgichli taglik ustida yuqoriroq harorat hosil bo‘ladi, ya’ni avvaliga T1 bo‘lgan bo‘lsa, taglik yuzasida T2 hosil qilinadi va ayirma T2-T1 ga teng bo‘ladi va birinchi usulga oid jarayonlar hosil bo‘ladi.




    Rasm 2.6. Pe’zoelektrik yarim o‘tkazgichli epitaksal plenkalarni binar birikmalarni noizotermik epitaksiya usuli bilan ko‘p qatlamli qilib o‘stirish usuli.

    Noizotermik epitaksiya usuli. Usulning asosiy g‘oyasi ma’lum bir haroratda pe’zoelektrik yarim o‘tkazgichning kristaliga kontaktlar o‘rnatish maqsadida ma’lum erituvchi yordamida eritmasi tayyorlanib olinadi va u tuyintirish holiga olib kelinadi. So‘ngra o‘stirish uchun olingan taglik bilan eritma kontaktga keltiriladi va asta-sekinlik bilan ma’lum tezlikda sovitiladi (2.6-Rasm)

    Natijada eritmadagi pe’zoelektrik yarim o‘tkazgichli material qatlami taglik ustiga uni tuzilmasini takrorlab o‘sadi. Etarli qalinlikka ega qatlam olingandan so‘ng eritma taglik ustidan olib tashlanadi va o‘sish to‘xtatiladi. So‘ngra qurilma uy haroratiga qadar sovitiladi. Bu usul bilan oddiy (Si,Ge) dan boshlab (Bi12GeO20 va Bi12SiO20) birikmali materiallarni olish mumkin.



    2.2 Yarim o‘tkazgichli kristallarning optik va elektrik xususiyatlari.

    Elektronika elementlari asosan yarim o‘tkazgichli materiallar asosida tayyorlanadi. SHuning uchun elektronika elementi optik va fotoelektrik xususiyatlarini bilish yarim o‘tkazgich materiallar tuzilishini ularning metallar va dielektrik materiallardan farqini va yarim o‘tkazgich materiallar uchun bevosita asosiy bo‘lgan xususiyatlarni o‘rganishini taqozo etadi.

    Qattiq jismlar hosil bo‘lishini yarim o‘tkazgich materiallar misolida elektron nazariyasi nuqtai nazaridan ko‘rib o‘tamiz. Qattiq jism hosil bo‘lishi jarayonida, atomlarning bir-biriga nisbatan yaqinlashishi shu darajagacha boradiki, natijada tashqi qobiqdagi elektronlarning umumlashishi hosil bo‘ladi. Atomdagi alohida elektronlarning yakka ayrim orbitalari o‘rniga umumlashgan kollektiv orbitalar hosil bo‘ladi va atomdagi qobiqchalar sohalarga birlashadi hamda ular umuman kristallga tegishli bo‘lib qoladi. Elektronlar harakatining xarakteri mutlaq o‘zgaradi, ma’lum atomda va ma’lum energetik sathda joylashgan elektronlar energiyasini o‘zgartirmasdan shu energetik sathdagi boshqa qo‘shni atomga o‘tish imkoniyatiga ega bo‘ladi va binobarin, elektronlarni kristallda erkin siljishi kuzatiladi.

    Kristallning izolyasiya holatidagi barcha atomlarning ichki qobiqlari elektronlar bilan to‘la bo‘ladi. Faqat eng yuqoridagi ayrim sathlardan iborat valent elektronlari joylashgan sohadagina sathlar to‘laligicha egallanmagan bo‘ladi. Kristallning elektr o‘tkazuvchanligi, optik va boshqa xususiyatlari asosan valent sohasining to‘ldirilish darajasiga va undan yuqoridagi sohagacha bo‘lgan energetik masofa bilan aniqlanadi va unga o‘tkazuvchanlik sohasi deyiladi. Issiqlik va optik qo‘zg‘atilish hisobiga o‘tkazuvchanlik sohasiga valent sohadan elektronlar o‘tishi va elektr tokini o‘tkazishda ishtirok qilishi mumkin. Valent sohasida hosil bo‘lgan bo‘sh o‘rinlarga elektronlarning ko‘chishi, unga qarama-qarshi bo‘lgan musbat zaryadlarning harakatini hosil qiladi va bu zaryadlarga teshiklar deyiladi.



    Dielektriklar deb, valent sohasi to‘ldirilgan va bu sohadan keyingi o‘tkazuvchanlik sohagacha bo‘lgan energetik masofa nisbatan katta bo‘lgan moddalarga aytiladi.

    Metallar esa boshqacha tuzilishga egadir. Ularda valent sohasi qisman to‘ldirilgan bo‘ladi yoki u keyingi soha – o‘tkazuvchanlik sohasi bilan kirishgan bo‘ladi.

    Agar moddaning valent sohasi to‘laligicha egallanmagan bo‘lsayu, ammo o‘tkazuvchanlik sohasigacha bo‘lgan energetik masofa nisbatan kichik (2 eV dan kamroq) bo‘lsa, bunday moddalar yarim o‘tkazgichlar deyiladi. YArim o‘tkazgichlar xususiyatlari xususan elektr o‘tkazuvchanligi tashqi muhitga, ayniqsa xususiyatlari xususan elektr o‘tkazuvchanligi tashqi muhitga, ayniqsa haroratga bog‘liq bo‘ladi. Harorat (T) ning ortishi elektronlar miqdorining valent v ao‘tkazuvchanlik sohasiga o‘tishida tok tashuvchilarning eksponensial ravishda ko‘payishiga va elektr o‘tkazuvchanlikning ()

    (1)

    tenglamaga asosan o‘zgarishiga olib keladi Bu erda k – Bolsman doimiysi, A – moddani xarakterlovchi o‘zgarmas kattalik.

    Metallarning elektr o‘tkazuvchanligi erkin elektronlar konsentratsiyasi o‘zgarmas bo‘lganligi tufayli elektronlar haraktchanligining haroratga bog‘liqligi bilan aniqlanadi va haroratning ortishi bilan asta-sekin kamayadi…

    YUqoridagi tenglamani logarifmlab quyidagi ifodani hosil qilamiz.



    (2)

    Bu tenglamani yarim logarifmik koordinitalarda grafik ravishda ko‘rsatish mumkin. Hosil bo‘lgan to‘g‘ri chiziq va uning φ burchak tangansi yarim o‘tkazgich materiallarning asosiy parametri bo‘lgan, ta’qiqlangan soha kengligi ni aniqlaydi. Ta’kidlash lozimki, qiya to‘g‘ri chiziq, ya’ni elektr o‘tkazuvchanlik logarifmik ga bog‘liq ravishda o‘zgarishi faqat toza kirishmalardan holi, xususiy o‘tkazuvchanlikka ega bo‘lgan materiallar uchungina shunday ko‘rinishga ega.

    Kirishmaviy yarim o‘tkazgichlarda ning dan bog‘lanishi murakkab bo‘lib, u ikkita qiya to‘g‘ri chiziqdan iborat bo‘lishi mumkin va bir-biri bilan gorizontal qism orqali tutashgan bo‘ladi. Past haroratli sharoitda o‘lchash natijasida olingan tenglamadan hosil qilingan qiya to‘g‘ri chiziq tangensi yordamida kirishmalarning ta’qiqlangan sohada joylashgan energetik sathlari holatini aniqlash mumkin. YUqori haroratli sharoitda olingan hollarda esa yarim o‘tkazgich materiallarning ta’qiqlangan sohasi kattaligini, ya’ni Eg ni aniqlash mumkin.

    Elektronika elementi tayyorlashda yoruglik nurlanishining yarim o‘tkazgich material bilan o‘zaro ta’siri, fotonlar energiyasini materialdagi elektronlarda yutilishi va chiqishi jarayonlari muhim ahamiyatga egadir.



    Kvant mexanikasida elementar zarrachalar, shu jumladan elektronlar ham to‘lqin xossalariga ham ega deb qaraladi. SHuning uchun elementar zarrachalar harakatini o‘rganishda energiya (E) va impuls (R) bilan bir qatorda, ularning to‘lqin uzunliklari takrorlanuvchanligi va to‘lqin vektori , (h – Plank doimiysi) ham ishlatiladi. Bu erda va ga teng. Kristallning sohali tuzilmasini E – K diagrammalar bilan tasvirlash mumkin. Bu erda energiya elektron-voltlarda (eV) to‘lqin vektori K – kristall panjara doimiysi qismlarida ko‘rsatiladi. SHu bilan birga K o‘qda ko‘rsatkichlar yordamida kristall panjaraning yo‘nalishi ko‘rsatiladi. E – K diagrammasi vositasida sohalararo o‘tishlarning yarim o‘tkazgich materialdagi harakteri va jumladan o‘tishning «to‘g‘ri» yoki «to‘g‘rimas» ligini aniqlash mumkin.

    Optik yutilishni o‘lchanishidan aniqlangan Eg ning kattaligi, ko‘pincha yarim o‘tkazgich materialdagi erkin zaryad tashuvchilaring konsentratsiyasiga, haroratga va kirishmalar energetik sathlarining ta’qiqlangan sohada mavjudligiga bog‘liq bo‘ladi. Agar o‘tkazuchanlik sohasi tubidagi va valent soha ustidagi holatlar zaryad tashuvchilar bilan to‘ldirilgan bo‘lsa, u holda krishmali yarim o‘tkazgich materiallar uchun Eg sof xususiy materialga tegishli qiymatidan kattaroq bo‘lishi mumkin. Agar kirishmalar hosil qilgan soha eng yaqin ruxsat etilgan soha chegarasi bilan birlashib ketsa (masalan, ko‘p miqdordagi kirishmalar kiritilgandagi kuzatiladigan holat), u holda Eg kamayadi. Eg ning bunday kamayishi asosiy yutilish chegarasiga ta’sir qiladi.



    YArim o‘tkazgich materialda yutilish koeffitsienti odatda to‘lqin energiyasining masofada e marotaba kamayishi orqali aniqlanadi va u



    dan topiladi. Bu erda N – yarim o‘tkazgich materialda chuqurlikka kirgan fotonlar oqimining zichligi, N0 – material sirtini kesib o‘tuvchi fotonlar oqimining zichligi.



    Download 1.68 Mb.
    1   2   3   4   5




    Download 1.68 Mb.

    Bosh sahifa
    Aloqalar

        Bosh sahifa



    Abdulla qodiriy nomidagi jizzax davlat pedagogika instituti

    Download 1.68 Mb.