Fizikaning hozirgi zamon ta’limidagi o’rni

УПРАВЛЕНИЕ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫМИ ПАРАМЕТРАМИ КРЕМНИЯ НА ОСНОЕ 
ФОРМИРОВАНИЯ В ЕГО ОБЪЕМЕ БИНАРНЫХ КЛАСТЕРОВ ЭЛЕМЕНТОВ III И V 
ГРУПП
М.К. Бахадирханов, Х.М. Илиев, С.Б. Исамов, С.В. Ковешников, Х.Ф. Зикриллаев, Н. 
Норкулов, Б.О. Исаков
Ташкентский государственный технический университет,
Кремний является одним из основных материалов современной электроники и 
фотоэнергетики. Однако дальнейшее развитие микроэлектроники, оптоэлектроники, фотоники, 
а также фотоэнергетики показывает, что ограниченные функциональные возможности этого 
полупроводникового материала приводят к существенному ограничению его применения в 
современных новых направлениях электроники, в том числе фотоэнергетике и 
оптоэлектронике. Это в основном связано с фундаментальными параметрами кремния, т.е. 
маленьким значением подвижности электронов, которая ограничивает использование этого 
материала при разработке и создании быстродействующих микроэлектронных приборов и, 
наконец, непрямозонная зонная структура кремния, которая не позволяет создать на его основе 
светоизлучающие приборы.
Существующие современные технологические методы выращивания и легирования 
кремния не позволяют решить эти проблемы. Успешное решение дало бы существенный 
толчок развитию всех отраслей современной электроники и фотоэнергетики, и являлось бы 
новым научным направлением в области полупроводникового материаловедения, а также 
открыло бы уникальные возможности по созданию принципиально новых электронных 
приборов и высокоэффективных фотоэлементов.

---

“Fizikaning hozirgi zamon ta’limidagi o’rni”. Samarqand 2019-yil 13-14 dekabr.
 
311 
В работе предлагаются физические основы нового технологического подхода к 
управлению фундаментальными параметрами кремния. Суть этого подхода заключается в 
формировании бинарных элементарных ячеек полупроводниковых соединений в решетке 
кремния. 
Элементы третьей и пятой группы в кремнии в основном находятся в узлах решетки, 
образуя твердые растворы замещения. Максимальная растворимость этих примесей в кремнии 
составляет 10
20
– 10
21
см
-3
.
В условиях последовательного легирования кремния элементами третьей и пятой группы 
с последующей дополнительной термообработкой при определенных термодинамических 
условиях можно сформировать в решетке кремния бинарные кластеры с участием этих 
примесных атомов.
При этом атомы третьей и пятой групп будут находиться рядом и занимать два соседних 
узельных положения в решетке (образуя электронейтральные молекулы А
III-
В
V+
). В результате 
этого формируются новые ячейки типа (Si
2
A
III-
B
V+
), которые могут образовывать более 
сложные ассоциаты, в том числе нанокристаллы А
III
В
V
.
Размер, 
структура, 
а 
также 
концентрация 
появляющихся 
нанокристаллов 
полупроводниковых соединений А
III
В
V
в основном определяются термодинамическими 
условиями легирования и отжига.
Установлено, что для формирования элементарных ячеек и их ассоциаций необходимо 
после 
диффузионного 
легирования 
провести 
дополнительный термоотжиг при более низких 
температурах.
На рисунке – I область кремния, обогащенная 
нанокристаллами A
III
B
V
(0,7 – 1 мкм). II область с 
ассоциатами ячеек A
III
B
V
(0,7 – 3 мкм). III область 
содержащая отдельные молекулы A
III
B
V
(1 – 5 мкм). 
Новые ячейки А
III
В
V
в отличии от кристаллической 
решетки кремния имеют ионно-ковалентную связь, 
поэтому 
необходимая 
энергия 
освобождения 
электронов из данных ячеек будет существенно 
отличаться от ширины запрещенной зоны кремния. Она 
в зависимости от структуры и состава ячеек может быть больше или меньше, чем ширина 
запрещенной зоны кремния.
У нанокристаллов ширина запрещенной зоны будет близка к E
g
соединения А
III
В
V
. При 
достаточно высоком уровне легирования каждая из ячеек, их ассоциаций и нанокристаллов 
будут вносить существенный вклад в поглощение в видимой, УФ и ИК областях спектра, т.е. 
получается новый полупроводниковый материал на основе кремния.
Нанокристаллы А
III
В
V
в кристаллической решетке кремния, должны обладать зонной 
структурой соответствующего полупроводникового соединения А
III
В
V
, т.е. образуется 
локальной область с прямозонной структурой. Это означает, что в кристаллической решетке 
кремния появляется локальная область с высокой излучательной способностью.
Таким образом, выбирая оптимальные пары атомов элементов III и V групп, а также 
определяя оптимальные условия легирования и формирования бинарных элементарных ячеек 
с участием элементов III и V групп, можно управлять основными фундаментальными 
параметрами кремния, т.е. на основе кремния можно создать новый материал с необходимыми 
фундаментальными параметрами, который может обладать уникальными электрофизическими, 
фотоэлектрическими, оптическими и магнитными свойствами и другими функциональными 
возможностями, которыми не обладает не только кремний, но и сами полупроводниковые 
соединения А
III
В
V
.

---