Oliy va o’rta maxsus ta’lim vazirligi z. M. Bobur nomidagi andijon davlat universiteti magistratura bo’limi Fizika kafedrasi

Element	20°C dagi issiqlik parametrlari				Erish
Bug‘lanish (qaynash)
Issiqlik sig‘imi s, J/(g•°C)		Issiql o‘tkazuv- chanlik λ, Vt/(sm•°C		Erish temperatu- rasi Ter, °C		Sol.erish issiqligi ΔHer, Dj/g		Bug‘lanish temperatura Tbug‘., °C		Solishtirma bug‘l.issiq ΔHbug‘., KJ/g
Alyuminiy	Al		0.90		2,18		660		400		~2500		10,8
Volfram	W		0,13		1,8		3420		320		~5700		4,0
Germaniy	Ge		0,32		0,60		958		510		~2850		4.7
Jelezo	Fe		0,448		0.75		1539		250		3200		6,27
Oltin	Au		0.13		3,13		1046		63		2947		1.77
Kremniy	Si		0.71		0,83		1415		1770		3250		12,7
Mis	Cu		0,385		4,0		1084		204		2540		4.75
Molibden	Mo		0,223		1,52		2620		375		4600		5,8
Nikel	Ni		0.43		0,92		1455		300		2900		6.3
Kumush	Ag		0,235		4,20		961,9		105		2170		2,47
Titan	Ti		0,52		0,23		1668		320		3330		8,6
Grafit	S		0,69		-1,5		3500		~		~3900		~
Xrom	Cr		0,45		0,67		1890		400		2680		6,7

Fazaviy o‘tishlar: erish, bug‘lanish, ablyatsiya. Material sirtiga lazer nurining ta’siri turli ketma-ket bosqichlarda kechadi: faza o‘zgarmagan xolda qizish, erish, (suyuq fazaning sochilishi) bug‘lanish, bug‘lanishning ionlashishi va plazma hosil bo‘lishi (8-rasm).



2.6-rasm. Material sirtiga lazer nuri ta’sirining turli bosqichlari: qizish, erish, bug‘lanish va suyuq fazaning sochilishi
Agar lazer nuri bilan ishlov berish kimyoviy faol modda muhitida amalga oshirilsa, termokimyoviy jarayonlar muhim bo‘lib qoladi: oksidlanish, nitrid va karbidlarning shakllanishi va boshqalar. Lazer yordamida kesish chog‘ida kislorod oqimi yuboriladi, oksidlangan qatlamning lazer nurini yanada ko‘proq yutishi tufayli kesish jarayoni yanada tezlashadi.

Normal temperaturada SO₂-lazeri (10,6 mkm) sirtga normal tushganda barcha metallar 80 % nurni qaytaradi. Erish temperaturasiga yaqinlashganda lazer nurini yutish qobiliyati kuchayadi, lekin qaytarish koeffitsientining tushish burchagiga bog‘liqligi saqlanadi. Ayrim metallarda erish temperaturasiga yetish juda qiyin. Metallarni eritish uchun lazer nurining energiyasi 2•10⁴ Vt/sm² dan (uglerodli va korroziyaga chidamli po‘lat uchun) to 2•10⁶ Vt/sm² gacha (volfram uchun) o‘zgaradi.

Ayrim paytlarda lazer nuri ta’sirida materialning buzilishi ablyatsiya jarayoni deb ataladi. Ablyatsiya termini o‘z ichiga qattiq fazadan gaz fazasiga o‘tish (sublimatsiya) jarayonini ham oladi. So‘ngi vaqtlardagi tadqiqotlar ko‘rsatishicha qisqa (10^-9-10^-14 sekund)impulsli va katta energiyali (≥10¹⁰ Vt/sm2) lazer nuri ta’sirida modda buzilishining yangi mexanizmi amal qiladi. Molekulalar orasidagi bog‘lanishlar odatdagidek qizish hisobiga emas, balki yuqori energiyali xolatdan bevosita o‘tish hisobiga uzilishi mumkin. Bunday xolatlar lazer nuri yordamida olingan kovaklar sirtining sifati va kovak shakli bilan tasdiqlangan. Lekin bunday texnologiya iqtisodiy jihatidan o‘ta qimmat bo‘lgani uchun faqatgina maxsus maqsadlardagina qo‘llaniladi.
2.3. Sof yarimo`tkazgichlarda lazer nurini hosil qilish

Yarimo`tkazgichli modda kremniy yoki germaniy atomining tashqi elektron qobig’ida to`rtta valent elektronga ega. Ushbu moddalarning fazaviy kristall panjarasi o`zaro valent elektronlar orqali bog’langan atomlardan tashkil topgan, atomlarning bunday bog’lanishi kovalaent bog’lanish deb ataladi. Yarimo`tkazgichni sof aralashmasiz elektr o`tkazuvchanligi yoki invers bandlik hosil bo`lishi 2.7-rasmda keltirilgan energetik struktura orqali tushuntirish qulay.

2.7-rasm.Yarim o`tkazgichning energetik strukturasi
H arorat mutloq nolda yarimo`tkazgichdagi barcha elektronlar yadro bilan bog’langan bo`lib, ular valent sohada joylashgan bo`ladi. Va bu holda yarimo`tkazgich dielektrikdan farq qilmaydi. Harorat orta boshlagan sari valent sohasida bog’langan elektronlar energiyasi ortib, ular yadro bilan bog’lanishni uzib, o`tkazuvchanik sohasiga o`ta boshlaydi. Shunday qilib, o`tkazuvchanik sohasida erkin elektron tok tashuvchilar, valent sohada kovak tok tashuvchilar paydo bo`ladi. Bir vaqtning o`zida sof yarim o`tkazgichli moddada elektronli va kovakli o`tkazuvchanlik paydo bo`ladi. Issiqlik ta’sirida ushbu elektronlar va kovaklar tartibsiz harakatda bo`ladilar hamda uchrashib rekombinatsiyalashadi. Bu jarayon 13-rasmda o`tkazuvchanlik sohasidan valent sohaga yo`nalgan punkitli chiziq bilan ko`rsatilgan. Sof yarim o`tkazgichlarni erkin elektronlari va kovaklarni issiqlik ta’siridan, tashqi katta energiyali elektronlar radioaktiv nurlanish yoki fotonlar oqimi bilan hosil qilish mumkin. Ushbu usulning sxematik chizmasi 14-rasmda keltirilgan.


2.8-rasm. Elektronlar oqimi bilan sof yarimo`tkazgich kogarent nurlanish olishning sxematik chizmasi

Plastinkalarning olti tomonindan ikki qarama-qarshi tomoni 14-rasmda ko`rsatilgandek silliqlangan va ular optik ko`zgu vazifasini bajaradilar, qolgan tomonlari g’adir-budur qilib ishlov berilgan. Energiyasi 50 va 100 keV elektronlar oqimi yassi plastina ichiga kirib boradi va undagi bog’langan elektronlar bilan to`qnashib, ularni uzib, valent sohadan o`tkazuvchanlik sohasiga o`tkazadilar. Bu elektronlar o`tkazuvchanlik sohasining tubida to`planishadi. Valent sohada bog’lanishdan uzilgan elektronlar o`rnida esa kovaklar paydo bo`ladi va ular valent sohaning yuqori qismida to`planadi. Bu holatda o`tkazuvchanlik sohasidagi erkin elektronlar soni termodinamik muvozanat holatidagi yarim o`tkazgichning o`tkazuvchanlik sohasidagi erkin elektronlar sonidan ko`p bo`ladi va o`z navbatida valent sohasidagi kovaklar soni termodinamik muvozanat holatidagi yarim o`tkazgichning valent sohasidagi erkin kovaklar sonidan ortiq bo`ladi. Sof yarimo`tkazgichning ushbu holatga invers bandlik holati deyiladi.

Sof yarimo`tkazgichning hajmining biror nuqtasida zarralarning issiqlik ta’siridan tartibsiz harakat natijasida erkin elektronlar va kovaklar uchrashib, rekombinatsiya natijasida nurlanish beradi. Bu nurlanish barcha yo`nalishlarda tarqaladi va sirti ko`zgu bo`lgan tomonlardan ko`proq aks etadi. Bu nurlanish invers bandlik hosil bo`lgan yarimo`tkazgichdan o`tishi natijasida elektronlar va kovaklar bilan ta’sirlashib, ularni majburlab rekombinatsiyalashtirishi natijasida parametrlari bo`yicha, o`ziga aynan o`xshagan hamda tarqalish yo`nalishi bilan mos tushgan majburiy nurlanishlar hosil qiladi. Ushbu yo`nalishida tarqalayotgan nurlanishlar yarimo`tkazgichning ko`zguli sirtlarida ko`p martalab aks etib, yarimo`tkazgichdan ko`p marta o`tishi natijasida elektronlar va kovaklarni majburiy rekombinatsiyalarini tashkil etadi va majburiy nurlanishlar miqdori ortib boradi. Bu jarayonda bir qism nurlanish yarimo`tkazgichning ko`zguli sirt tomonlaridan chiqib turadi. Albatta bu jarayon uzluksiz davom etishi uchun yarimo`tkazgich plastinaga tashqaridan uzluksiz ravishda elektronlar kiritilib turishi kerak. Tajribalarni ko`rsatishicha bu usuldagi damlash jarayonida yarimo`tkazgich plastina tez qizib ketadi va shuning uchun u majburiy ravishda sovutilib turilishi zarur. [19]

2-bobning qisqacha xulosasi

1. 
   Sof, ya’ni kirishma atomlari sathlari bo’lmagan yarim o’tkazgichlarda o’tkazuvchanlik sohasida optik yoki injeksiya usulida elektronlar bilan inversiyali to’ldirilganlik hosil qilib, bu holatda majburiy nurlanish hosil qilish imkoniyatlari ko’rsatildi.
   
2. 
   Yarimo’tkazgichlar taqiqlangan sohasida bir yoki ikki energetik sathlar hosil qilib, bunday tizimlarda lazer nurlari hosil qilish sharoitlari mavjudligini va ularni samaradorliklari aniqlandi, p-n o’tishli, geteroo’tishli lazerlarni alohida xususiyatlari o’rganilib, ularni xarakteristikalariga qiyosiy baho berildi.
   
3. 
   Kvant chqurliklar asosidagi tayyorlangan lazerlarni hosil qilngan nur chastotasini boshqarish, optik nurlanishda befoyda so’nishlarni kamligi, invers zichlashish hosil qilishga nisbatan kamroq yorug’lik energiyasi sarflanishi kabi afzalliklari ko’rsatildi.
   

4. 
   Yarimo’tkazgichli lazerlarda inversiyali to’ldirilganlikni kattaligi, undagi elektronlar va pastki energetic sathlarda bo’sh joylarni soniga nisbatini qiymati, rezonatorlarni turiga qarab lazer nurini samaradorligini boshqarish imkoniyatlari ta’riflari keltirlidi.
   

III-BOB. LAZER NURI YORDAMIDA YARIMO‘TKAZGICHLAR SIRTIGA ISHLOV BERISH
3.1. Lazer nurida toblangan kremniy sirtining morfologiyasini va elektr o`tkazuvchanligini o`rganish

Ma’lumki, lazer nuri ta’sirida yarimo‘tkazgichning kristall strukturasida turli o‘zgarishlar bo‘lishi mumkin. Bu o‘z navbatida materialning elektrofizik va optik xususiyatlarini o‘zgarishiga olib keladi. Hozirgi vaqtda lazer nurida toblash texnologiyasi yordamida quyosh fotoenergetikasi uchun perspektiv bo‘lgan yupqa qatlamli polikristal kremniy qatlamlari olinadi [5]. Shuningdek, bunday texnologiya yupqa qatlamlar tranzistorlar, suyuq kristalli displeylar va sensorlar yaratishda, rekristallashgan amorf va nanokristal kremniy qatlamlarini olishda qo‘llanladi [6-8].

1A ishda lazerda toblash tajribasini o‘tkazish uchun 1,2-1,3 mkm qalinlikdagi birjinsli va shisha taglikdagi 5 ta nanokraistall namunalar qo‘llanildi. Bunday nanokristal qatlamlar kremniy nanokristallaridan iborat suspenziyani sentrafuga yordamida olingan. Zarrachalarning o‘rtacha o‘lchami 20 nm ni tashkil qiladi. Na’munalar to‘lqin uzunligi 532 nm bo‘lgan Nd:YAG lazeri (LIMO 100-532/1064) yordamida davomiyligi 55 ns va chastotasi 10 KGs impulslari bilan ta’sirlantirilgan. Lazer nurining dastasi 10 mkm kenglik va 60 mm uzunlikka ega edi. Lazer nuri ta’siri vaqtida namuna joylangan taglik 5 mm/s tezlik bilan ko‘chirilgan va natijada nur quvvati 34-86 Vt ni tashkil etgan (qadam 13 Vt) [8-11].

Sirt morfologiyasini o‘rganish uchun rastrlangan elektron mikroskopiya (REM) usulidan, yoxud Nova Nanolab 600 mikroskopidan foydalanildi. Namunaning elektrofizik parametrlari Xoll EYuKni o‘lchaydigan Ecopia HMS-3000 qurilmasi yordamida o‘lchandi.

3.1-rasm. Kremniy qatlami sirtining REM tasviri.
3.1-rasmda kremniy qatlamlari sirtining morfologik REM tasvirlari lazer nurining quvvatiga bog‘liq ravishda keltirilgan. Dastlabki kremniy nanokristallari 20 nm o‘lchamli zarrachalardan tashkil topgan edi (3.1-a rasm).

Lazer nuri ta’sirida zarrachalarning o‘lchami 400 nm gacha kengaygan. 3.1-b rasmdan ko‘rinib turibdiki, lazer nurining quvvati 34 Vt bo‘lganda kremniy qatlamining sirti deyarli o‘zgarmagan. Nurning quvvati 100 Vt gacha oshirilganda nanokristall zarrachalar o‘lchami anchagina kengaygan, lekin o‘zgarishlarsiz anglomeratlar saqlanib qolgan (3.1-v rasm). Nur quvvatining ortishi bilan nanozarrachalar o‘lchamining kengayishi saqlangan xolda, nur quvvati 60 Vt ga yetganda aniq tasvirdagi kremniy birikmalari to‘r shaklida butun qatlam sirtini qoplay boshlaydi.

Nur quvvati 73 Vt ga yetganda (3.1-d rasm) kremniy to‘r strukturasi ustidan nisbatan ancha katta sferik strukturalar shakllanadi. Bunday strukturalar o‘lchami 400 mkm chamasida bo‘ladi. Lazer nuri quvvatining keyingi ortishi bunday strukturaning keyingi o‘sishiga olib kelmaydi (3.1-e rasm). Lekin, nur quvvati 86 Vt dan yuqori bo‘lganda sirtning morfologiyasi anchagina yomonlasha boshlaydi. Buning sababi kremniy taglik materiali bilan ablyatsiyalana boshlaydi. Shunday qilib, 60-73 Vt oraliqdagi lazer nuri quvvati yuqori sifatli kremniy qatlamini olish uchun optimal ekan.


3.2-rasm. Kremniy qatlami elektr o‘tkazuvchanligining lazer nuri quvvatiga bog‘liqligi.
3.2-rasmda kremniy qatlami elektr o‘tkazuvchanligining lazer nuri quvvatiga bog‘liqligi keltirilgan. Lazer nuri quvvatini 60-70 Vt gacha oshirilganda kremniy qatlami elektr o‘tkazuvchanligining ortib borishi kuzatiladi. Bu asosan kremniyning to‘r strukturasi shakllanishi bilan bog‘liq. Lazer nurining racta ortishi elektr o‘tkazuvchanligining kamayishiga olib keladi. Lazer nuri quvvatining 73dan 86 Vt gacha ortib borishida elektr o‘kazuvchanligining pasayib borishi katta sferik strukturlarning shakllanishi va ablyatsiya jarayoni boshlanishi oqibatida sirt sifatining yomonlashishi bilan bog‘liqdir [10, 12-15]. Shunday qilib, kuzatilgan elektr o‘tkazuvchanlikning kamayishi lazer nuri ta’sirida kremniy qatlami sirtidagi morfologik o‘zgarishlar bilan bog‘liq ekan.

Kremniy qatlami elektr o‘tkazuvchanligining ractal o‘lchamlari ortib borishi bilan kattalashishi asosan kristallchalar orasidagi chegara yuzasining kamayishi bilan bog‘langan deb hisoblash mumkin. Chunki kristallchalar orasidagi chegara yuzada katta zichlikdagi defektlar va turli kirishmalar qatlam o‘stirilish jarayonida paydo bo‘lishi natijasida ractalu potensiallar mavjud. Undan tashqari, lazer nuri ta’sirida yupqa qatlam toblanadi va kristallchalararo chegara yuza orqali zaryad ko‘chish jarayoni ham o‘zgaradi [10-12].

Shunday qilib, eksperimental tarzda lazer nurining ta’sirida yupqa kremniy qatlami elektr o‘tkazuvchanligining o‘zgarishi o‘rganildi. Lazer nuri quvvatining 60-70 Vt diapazonda o‘zgarishi orqali yupqa kremniy qatlamining elektrofizik parametrlarini anchagina yaxshilash mumkin ekan. Lazer nuri yordamida toblash texnologiyasini yupqa kremniy qatlamli asboblar yaratishda qo‘llash mumkin ekan.