Ў з б е к и с т о н р е с п у б л и к а с и Олий ва Ўрта махсус таълим вазирлиги Абу Райҳон Беруний номидаги

Ў з б е к и с т о н Р е с п у б л и к а с и
Олий ва Ўрта махсус таълим вазирлиги


Абу Райҳон Беруний номидаги
Тошкент Давлат Техника Университети
Умирзақов Б.Е., Каримов И.А.


ЭПИТАКСИАЛ ҚАТЛАМЛАР ВА ГЕТЕРОТИЗИМЛАР

Ўқув қўлланма

Тошкент 2008

Эпитаксиал қатламлар ва гетеротизимлар: Ўқув қўлланма. Умирзақов Б.Е., Каримов И.А. – Тошкент, ТошДТУ, 2008.- 112б.

Ушбу ўқув қўлланма “Электрон техника компонентлари ва материаллари физикаси ва технологияси” мутахассислиги бўйича таҳсил олаётган магистрлар учун мўлжалланган. Қаттиқ жисмлар физикаси, юпқа қатламлар физикаси ва физикавий электроника соҳалари бўйича ишлайдиган ўқитувчилар, аспирантлар ва илмий ходимлар учун ҳам ушбу ўқув қўлланма фойдалидир.

Абу Райҳон Беруний номидаги Тошкент давлат техника университети илмий - услубий кенгаши қарорига мувофиқ чоп этилди.

Тақризчилар: .Н. Н о р қ у л о в - ЎзМУ «Физикавий
электроника» кафедраси мудири, доцент;
Б. Э г а м б е р д и е в - ТошДТУ
«Физикавий электроника ва микроэлект-
рон асбоблар» кафедрасининг профессори
© Тошкент давлат техника университети 2008


I. ЭПИТАКСИАЛ ҚАТЛАМЛАРНИ ЎСТИРИШ УСУЛЛАРИ ТЎҒРИСИДА УМУМИЙ МАЪЛУМОТЛАР


1.1. Электрон асбобларнинг ривожланишида юпқа қатламларнинг аҳамияти
Бундан 40-50 йил муқаддам электрониканинг ҳамма соҳаларида (радиотехника, телевидение, радиоалоқа, электрон асбобсозлик) асосан ҳар хил турдаги радиолампаларнинг ишлатилишида қуйидаги камчиликлар мавжуд эди:
--уларнинг ўлчамлари нисбатан жуда катта;
--уларни ишлатиш учун кўп қўшимча манбалар ва элементлар керак (масалан,катодни қиздирувчи манба);
--шовқини жуда катта, демак, паст қувватли сигналлар билан ишлаш қийин;
--сигналларни ростлаш учун қўлланиладиган кўп турдаги пассив элементларнинг (қаршилик, конденсатор, дросселü, трансформатор) ўлчамлари ҳам катта.
Ўтган асрнинг 70-йилларидан бошлаб юқорида айтилган соҳаларда асосан ярим ўтказгичли асбоблар ишлатила бошланди. Бу соҳа ривожланиб актив элементлар ҳосил қилишда қалинлиги 100-200 мкм дан ошмайдиган плёнкалардан фойдаланиш мумкинлиги аниқланди. Бунга асосланган электроникани эса микроэлектроника деб атала бошланди.
Ҳозирги пайтда наноэлектроника ривожланмоқда, яъни қалинликлари ўнлаб нанометр (1нм=10^-9м) бўлган плёнкаларни ишлатиш устида ишлар олиб борилмоқда. Бундай плёнкалар устма-уст, қатлам-қатлам қилиб жойлаштирилиб актив ва пассив элементлар ҳосил қилишда ишлатилиши мумкин. Фан ва техника ривожланиб, уч ўлчамли тизимлар ҳосил қилинмоқда. Бундай тизимларда 1 см³ ҳажмда юз минглаб-миллионлаб юпқа плёнкаларга асосланган элементларни жойлаштириш мумкин. Улар асосида ҳосил қилинган интеграл схемалар катта ва ўта катта интеграл микросхемалар деб аталади.
Демак, керакли мақсадларда ишлатилиши мумкин бўлган юпқа қатлам-ларни ҳосил қилиш, уларнинг таркибини, кристалл ва электрон тузилишини, физик ва кимёвий хусусиятларини ўрганиш фаннинг аҳамиятини белгиласа, олинган юпқа плёнкаларнинг асбоб сифатида ишлатилиши унинг халқ хўжалигида ва техникада қўлланилишини акс эттиради.
Юпқа қатлам ҳосил қилиш усуллари жуда кўп ва ҳар хил юпқа ва ўта юпқа плёнкалар олишда асосан вакуумда буғлантириш, ионли едириш усуллари қўлланилади. Бу усулларнинг асосида битта принцип ётади: керакли жисмнинг (асос) юзасига ҳосил қилиниши керак бўлган плёнка материалларининг атомлари ўтказилади, кейин бу системага ҳарорат, лазер нурлари, электронлар ёки ионлар билан ишлов бериш орқали керакли плёнка ҳосил қилинади. Умуман плёнка ҳосил қилишнинг истиқболли усулларини шартли равишда қуйидаги турларга бўлишимиз мумкин: молекуляр нурли, қаттиқ фазали, реактив, ионлар имплантацияси, ион-плазмали ва бошқа усуллар. Бутун эпитаксиал пленкалар ҳосил қилиш алоҳида ўрин тутади.
Ушбу бўлимда асосан вакуумда буғлантиришга асосланган усулларнинг айримлари билан танишиб ўтамиз. Умуман олганда юпқа плёнкаларни вакуумда ўтказиш жараёни учта жараённи ўз ичига олади: манбадаги моддани қаттиқ ёки суюқ фазадан газ (буғ) ҳолига айлантириш; модда буғларини буғлантиргичдан асос (намуна) юзасига олиб келиш; асос юзасига келиб тушган модда буғларини конденсациялаш (қаттиқ фазага айлантириш). Бундан кўринадики, вакуумда буғланиш назарияси модда буғларининг мувозанатини аниқлаб берадиган фазовий ўтишлар термодинамикаси ва ўтаётган жараёнларнинг физикавий микроскопик моделини тушунтира оладиган газларнинг кинетик назарияларини ўз ичига олар экан.
Бу қисмда асосан юзаларда плёнкалар ҳосил бўлиш жараёнларигина ўрганилади.
Юпқа плёнкалар олиш учун фойдаланиладиган қурилмада қуйидаги шартлар бажарилиши керак:
1. Плёнка ҳосил қилиш жараёни имкон қадар юқори вакуумда амалга оширилиши керак.
2. Бундай қурилмада камида иккита тизим мавжуд бўлиши керак:
--асос тизими. Уни қиздириш, тозалаш, силжитиш ва керакли бурчакка буриш имкони бўлиши керак;
--буғлантирувчи система. У плёнка ҳосил қилиш учун керакли бўлган материалнинг атомлари (молекулалари) манбаи бўлиб хизмат қилади.
---ҳозирги замон қурилмаларида айтилганлардан ташқари ҳосил қилинаётган плёнканинг қалинлигини, таркибини, кристалл тузилишлари-ни, ҳамда айрим хусусиятларини ўрганиш учун керак бўладиган тизимлар кўзда тутилади.
Плёнкали материалларнинг электроника соҳасида ишлатилишида энг асосий ўринни эпитаксиал плёнкалар эгаллайди. Бундай плёнкалар катта ва ўта катта интеграл схемалар ишлаб чиқаришда, лазер асбобларини яратишда, юқори ва ўта юқори частотали резонаторлар, қуёш элементлари олишда, умуман энг замонавий ва энг ноёб микроэлектрон асбоблар ишлаб чиқаришда алоҳида ролü ўйнайди. У келажак электроникаси, яъни наноэлектрониканинг ҳам асосини ташкил этиши табиий.