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

2.3. Кремний ва арсенид галлий монокристалларининг юзасида атомларнинг жойлашиши

Кристалларнинг юза тузилиши жуда кўп йиллардан бери ўрганилиб келинмоқда. Уларнинг ичида кейинги 20 йилда ўтказилган экспериментлар алоҳида аҳамиятга эга; чунки бу экспериментлар асосан ўта юқори вакуум (10^-8–10^-10Па) шароитида кристалларни синдириш ҳамда уларни ҳарорат ва бошқа усуллар билан тозалаш орқали амалга оширилган. Шунга қарамасдан ҳозирги пайтгача ҳам энг кўп текширилган кремний ва арсенид галлий юзаларининг тузилиши ҳақида жуда ишонарли маълумотлар етарли эмас. Микроэлектроникада асосан Si ва GaAs кристаллари ишлатилган ва ишлатилиб келинмоқда. Бугунги кунда 1 см³ га 1000 дан ортиқ р-n, n-р, р-n-р ўтишлар жойлаштирилган катта (ҳажмий) интеграл схемалар ишлаб турибди. 1 см³ да миллиондан ортиқ ўтишларни жойлаштириш имконини берадиган ўта катта интеграл схемалар яратиш устида иш олиб борилмоқда. Шунинг учун ҳам Si ва GaAs лар юзаси ҳар томонлама ўрганилган ва ўрганиш давом эттирилмоқда.

1. Si монокристалларининг юзаси.
Si нинг (100), (111), (110) кристаллографик йўналишларга мос келган юзалари жуда кўп ўрганилган. Улар асосан юқори вакуумда синдириб ўрганилган (кремний (111) йўналиши бўйича осон синади). Синдирилган заҳоти азот ҳароратигача (10К гача) совитилган кристалларнинг юзаси 21 ячейкага эга эканлиги аниқланган. Бу кристаллни 500К гача қиздирилганда, унинг юзаси (77) ячейкага ўтади. Агар қиздиришни давом эттирсак, тахминан 1170К да (11) ячейка ҳосил бўлиши аниқланган. Si юзасига озгина миқдорда 0,1 моноқатлам) Те ёки Сl атомларини ўтказиб, юза барқарорлаштирилса ҳам, 11 ячейка ҳосил бўлганлиги аниқланган. Шунинг учун ҳам юқори ҳароратда Si юзасида 11 ячейканинг ҳосил бўлиши четки атомларнинг юзага чиқиб ўта барқарорлашиши туфайли рўй беради, деб фараз қилиш мумкин. Умуман 11 ячейка ҳосил бўлганда ҳам юзадаги атомлар релаксацияланган (маълум бир тартибда силжиган) бўлади. Бу силжиш катталиги энг яхши шароитда 0,12-0,16Е эканлиги аниқланган. 2.5-расмда Si (111) монокристалининг идеал юзаси, биринчи қатлами релаксацияланган, биринчи ва иккинчи қатламлари релаксацияланган ҳоллар учун тўғри келадиган шакллар келтирилган.
А
рсенид галлийнинг кристалл ва электрон тузилиши кремний ва германийдан фарқли равишда икки хил атомлардан: арсенид ва галлий атомларидан ташкил топган. Бу атомлар орасидаги боғланиш фақатгина ковалент эмас, қисман ионли ҳамдир. Юқори вакуумда синдирилган арсенид галлийнинг юза қисмида атомлар жойлашиши жуда кўп холларда ҳажмники билан бир хил бўлади, яъни 11 тузилишни беради. Арсенид галлий (111) ва (100)нинг ён сиртлари юзалари бир хил атомлардан: ёки Ga дан ёки As дан иборат бўлади.
2.5 – расм. Si (111) юзаси (1х1) ячейкасининг геометрик кўриниши: а – идеал сирт; б – биринчи қатлам релаксацияланган; в – биринчи ва иккинчи қатлам релаксацияланган;
Демак, бу йўналишлар учун юзанинг биринчи қатламида галлий, иккинчи қатламида маргимуш, учинчи қатламида яна галлий жойлашган бўлади. Арсенид галлийнинг (110) йўналишига мос келувчи сиртида ҳар бир қатламнинг ўзида галлий ва маргимуш атомлари галма-гал алмашиниб келади. CaAs(100) кристалига тепа томондан қараганда атомларнинг жойланиши 2.6-расмдаги кўринишга эга бўлади.
2
.6 – расм. GaAs (110) ён сиртининг тепасидан кўриниши
Биз биламизки, элементар ячейка ҳажмий кристаллар учун параллелепипед кўринишга эга бўлса, сирт учун тўрт бурчак шаклга эга бўлади. Расмда бу элементар ячейка штрих чизиқ билан кўрсатилган. Ҳар бир ячейкада ҳаммаси бўлиб иккитадан атом жойлашган: битта Ga ва битта As (элементар ячейка турган маргимушнинг ҳар биттаси 0,25 га тенг).
GaAs (110) кристали юза қисмидаги учта қатламда атомларнинг жойлашиши идеал ва реал хол учун 2.7-расмда кўрсатилган. Реал ҳолда, масалан Ga атомлари ўз қаторидан маълум бир масофа силжиган бўлади. Бу боғланишлар қисман ионли бўлганлиги учун учун ҳам кўп ҳолларда жуда кучли бўлади. Шунинг учун кристалл панжаранинг кучли реконструкцияси рўй бермайди. Аммо озроқ бўлса ҳам релаксация ва реконструкциянинг мавжудлиги, GaAs юза қисми электрон тузилишининг "ҳажмий" электрон тузилишидан фарқ қилишига олиб келади.





2.7 – расм. GaAs (100) юзасидаги 3 та қатламда атомларнинг жойлашиш схемаси