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

3.4. Si, Ge va SiGe kristallari yuzalarida lazer nurlanishida nano va mikrokonuslarni hosil bo`lish mexanizmlari

Ushbu paragrafda Si, Ge va Si kabi elementar yarimo'tkazgichlar va ularning qattiq qorishmasi SiGe bilan lazer nurlanishining o'zaro ta'sir mexanizmlarini o'rganilgan. Ushbu izlanishlar natijasida yarimo'tkazgich yuzasida nanokonus va mikrokonuslar hosil bo'lish mexanizmlari aniqlandi. Konusning o'lchamini va shaklini lazer yordamida boshqarish imkoniyatlari o’rganildi. Nanokonuslarning paydo bo'lishining asosiy sababi bu mexanik deformatsiyadir. Kuchli yutilgan lazer nurlanishidan kelib chiqadigan harorat gradyentidan kelib chiqadigan atomlarning qayta taqsimlanishiga bog'liq kuchlanishlar. Bizning tekshiruvimizga ko'ra yarimo'tkazgichlarda nanokonus hosil bo'lish mexanizmi ikki bosqich bilan tavsiflanadi.

Birinchi bosqich elementar yarimo'tkazgichlar uchun p-n o’tish birikmasi yoki SiGe qattiq qorishmasi uchun Ge/Si geteroo’tishlarining shakllanishi bilan tavsiflanadi. Ichki nuqsonlarini yaratish va qayta taqsimlash elementar yarimo'tkazgichlar va Ge atomlarining konsentratsiyasi, haroratning gradienti sohasidagi SiGe qattiq eritmasining nurlangan yuzasida, kuchli yutilgan lazer nurlanishidan kelib chiqadigan harorat o’zgarishi tufayli sodir bo'ladi.

Ikkinchi bosqich mexanik deformatsiya tufayli nanokonuslarning paydo bo'lishi bilan tavsiflanadi siqilgan Ge qatlamining Si ustidagi deformatsiyasi. Bundan tashqari, kvant cheklash effekti tufayli elementar yarimo'tkazgichlarda 1D darajali tasma oralig'ining yangi tuzilishi shakllandi. Mikrokonuslarning hosil bo'lishi uchun Ni / Si strukturasi ishlatilgan. Mikrokonuslarni shakllantirish mexanizmi ikki bosqich bilan ham tavsiflanadi. Birinchi bosqich - bu lazer nurlari bilan nurlanishdan keyin Ni plyonkasining erishi va sirt taranglik kuchi tufayli Ni orollari hosil bo'lishi. Ikkinchi qadam - bu Ni ning erishi va undan keyingi mikrokonuslar o'sishi bilan ta'sirining namoyon bo'lishi.

Bundan tashqari, so'nggi tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, lazer nurlanishi materialning erishiga olib kelmaydigan lazer intensivligi bilan konusga o'xshash nanotuzilmalarni [1] shakllantirishiga olib keladi. Si monokristalini lazer yordamida yuqori intensivlikdagi nurlanish orqali, quyosh elementlari uchun ishlatilishi mumkin bo'lgan mikrokuslarning paydo bo'lishiga olib keladi [2]. Lazer nurlanishining yarimo'tkazgich bilan o'zaro ta'sirini tushunishning yetishmasligi lazer texnologiyasini mikroelektronikada qo'llashni cheklaydi. Demak, ushbu paragrafning maqsadi elementar yarimo'tkazgichlar (Si, Ge) yuzasida nanokonuslarni va mikrokonuslarni hosil bo'lishining yangi imkoniyatlarini va ularning lazer nurlari bilan qattiq eritmasini ko'rsatish va konuslarni hosil bo'lish mexanizmini ishlab chiqishdan iborat.

Namunalarni nurlantirish uchun Nd:YAG lazerining turli intensivligi, impuls davomiyligi va to'lqin uzunliklari ishlatilgan (impulsning takrorlanish tezligi 12,5 Hz, P = 1,0 MVt quvvat va to'lqin uzunligi λ = 1,064 nm). Lazer nurlari dog'ining diametri 3 mm bo'lgan va namunalarni nurlantirish uchun bir nuqtali va-ko'p nuqta usuli qo'llanilgan. Nanokonus hosil bo'lishining barcha tajribalari 1 atm bosim ostida, T = 20 ° C va 60% namlik bosimida o'tkazildi.

Si-Ge namunalari yuzasida hosil bo'lgan nanokonuslar bilan nurlanmagan va nurlangan namunalar uchun tok kuchini kuchlanishga bog’liqligi Volt-ampaer xarakteristikalari (VAX) o'lchandi. VAX ni o'lchovlari to'g'ridan-to'g'ri Ge nurlangan yuzasida 99% qalay va 1% antimon qotishma kontaktlarini qarama-qarshi tomonidagi qalay kontaktlari bilan omik kontakt olish orqali amalga oshirildi. VAX ni o'lchash xona haroratida va atmosfera bosimida o'tkazildi. Mikrokonuslarni hosil qilish uchun (111) orientatsiyali kremniy monokristallariga o’tkazilgan qalinligi d = 30 nm bo'lgan katalizatordan tashkil topgan tuzilmalardan foydalanilgan. Ni/Si tuzilmasini hosil qilish uchun quyidagi parametrlarga ega impulsli Nd:YAG lazeridan foydalanilgan: to'lqin uzunligi d = 1,064 nm, impuls davomiyligi τ = 150 ms, impulsning chastotasi 12,5 Hz, quvvati P = 1,0 MVt, lazer intensivligi I = 4 MVt / sm².

Mikrokonuslarning hosil bo'lishining eng yuqori intensivligi 3,15 MVt/sm² ni tashkil qiladi. Namunalar lazer nurlari yordamida skanerlash rejimida 20 mkm qadam bilan ishlov berildi. Mikrokonuslarni shakllantirish bo'yicha barcha tajribalar xona haroratida T = 20 ° C, 1 atm bosimda, va 60% namlik bosimida o'tkazildi. Mikrokonuslarning sirt tuzilishi bilan sirtdan olingan aks ettirish bo'yicha tadqiqotlar Avantes AvaSpec-2048 spektrometri (Avantes Inc., Apeldoorn, Niderlandiya) bilan 200 dan 1100 nm gacha bo'lgan spektrometr [AvaBench- asosida 2048 pikselli CCD detektori va o'lchamlari 1,4 nm] bo'lgan 75 nosimmetrik Czerny-Tyorner qurilmasi (Avantes Inc., Apeldoorn, Niderlandiya). Elektron mikroskopni (SEM) integral energetik dispersiv rentgen spektrometri (SEM-EDX) Hitachi S-900 (Hitachi America, Ltd., Brisben, Kaliforniya, AQSh) bilan skanerlash orqali namunalarning sirt morfologiyasi va kimyoviy tahlili aniqlangan. Fotolyuminsensiya o'lchovlari Fluorolog-3 uskunalari yordamida Hamamatsu R928 foto detektori va cho’g’lanma lampa nurlanish (450 Vt) orqali amalga oshirildi (Hamamatsu Photonics GmbH, Herrsching, Germaniya).