|
3.11-rasm. Si monokristalida hosil bo’lgan nanokonuslarning sxematik tasviri. Nanotarmoqlar diametrining energiyaga bog’liqlik diagrammasi.
3.12-rasm. Germaniyning nurlanishdan oldingi va keying volt-amper xarakteristikasi.
(YAG lazeridan foydalanilgan: to'lqin uzunligi d = 1,064 nm, impuls davomiyligi τ = 150 ms, impulsning takrorlanish tezligi 12,5 Hz, kuch P = 1,0 MVt, lazer intensivligi I=4 MVt / sm2)
Natijalar va munozaralar nanokonuslarni kvant effekti (KE) yarimo'tkazgichlarda eng ko'p o'rganilgan hodisalardan biridir. Yarimo'tkazgichlarda KE ning mavjudligi, ayniqsa, kvant nuqtalarida materialning fizik xususiyatlarining o’zgarishida hal qiluvchi omil bo’lib hizmat qiladi. Adabiyotlar tahlili noyob hususiyatlarga ega bo'lgan yangi kvant tizimi, kvant konuslar [3] kuzatildi. Ma'lumki, agar nanotuzilmada konusning radiusi Borning eksiton radiusiga teng yoki undan kam bo'lsa, kvant cheklash effekti sodir bo'ladi. Nanokonusning diametri uning balandligi d(z) ga bog'liq; shuning uchun nanokonus - bu tasniflangan tasma oralig'i tuzilishi. Taglikdan konusning uchigacha asta-sekin o'sib boruvchi tarmoqli oralig'i bo'lgan nanokonusning sxematik tasviri 1.a rasmda ko'rsatilgan. Tasvirlangan nanokonuslarning diametrining funktsiyasi sifatida Si ning ta’qiqlangan soha kengligi hisoblanadi [4].
Ushbu kvant strukturasining shakli bizga elementar yarimo'tkazgichlarda tasniflangan tarmoqli bo'shliqni olishga imkon beradi. Yarimo'tkazgichning fizik xususiyatlari nanokonusning egrilik burchagiga kuchli darajada bog’langan. Shunday qilib, agar burchak 60 ° ga teng bo'lsa, u holda nanokonus kvant nuqta - 0D tizimidir; agar burchak 180° ga intilsa, u holda nanokonus kvant o’rasini hosil qiladi - 2D tizim; va agar burchak 0° ga intilsa, u holda nanokonus sim - 1D tizimiga qilinadi. Eng qiziqarli holat shundaki, burchak 60 ° dan 0 ° gacha bo'lsa, u holda yarimo'tkazgichning tarmoqli oralig'i nanokonusning yuqori qismiga qarab asta-sekin o'sib boradi va bu tasniflangan tasma oralig'ining tuzilishiga olib keladi.
Optoelektronika qurilmalarida tasniflangan tarmoqli oralig'i tuzilishini keng qo'llash imkoniyati ko'rsatilgan. Masalan, ikkala xususiyatga ega bo'lgan fotodetektor konusning tepasida "ochiq oyna" bo'lgan yoki yorug'lik tarqalish yo'nalishiga qarab selektiv spektral sezgirlikka ega bolometrik tipda va z-kordinatasiga bog'liq holda chiqarilgan to'lqin uzunligini asta-sekin o'zgartiradigan yorug'lik manbai bo'lishi mumkin.
3.13-rasm. Yarimo’tkazgich sirtining atom kuchi mikroskopi tasviri. 3D tasvirda Ge sirtiga 7.0 MW/sm2 intensivlikdagi Nd:YAG lazeri yordamida nurlantirilgan.
3.14-rasm. Lazer nurlanishi ta’sirida yarimo’tkazgichlarda nanokonuslarning hosil bo’lish mexanizmi.
Lazer nurlanishida yarimo'tkazgichlarda nanokonuslar paydo bo'lish mexanizmini tushunish fizika va nanotexnologiya uchun juda muhim vazifadir. Hozirda Si [8], Ge [7] va CdZnTe [13] va SiGe [9] qattiq qorishmalari kabi elementar yarimo'tkazgichlar yuzasida Nd:YAG lazer nurlanishi ta’sirida nanokonuslarni hosil qilish imkoniyatini keltirilgan. Roman spektrlaridagi PL spektrlarining "ko'k siljishi" va fono LO chizig'ining "qizil siljishi" hodisalari nanokonlarda eksiton va fonon kvantni cheklash effekti bilan izohlanadi [7].
Si nanokonuslaring spektridagi PL diapazonining assimetriyasi 1D darajali oralig'i tuzilishi shakllanishi bilan izohlanadi [8]. SiGe qattiq qorishmasi uchun nanokonuslarni hosil qilishning ikki bosqichli mexanizmi taklif qilingan [9]. Nanokonuslarning paydo bo'lishining birinchi bosqichi - bu termogradient effekt (TGE) deb nomlangan harorat gradient sohasidagi nuqtaviy nuqsonlarini (kirishmalik atomlari va ichki nuqsonlar - bo'shliqlar va interstitsiallar) hosil qilish va qayta taqsimlash [15]. TGE natijasida nurlangan yuzada yangi faza hosil bo'ladi, masalan, SiGe qattiq eritmasi yuzasida Ge fazasi [9], bu esa qaytadan taqsimlangan Raman spektrlarida yangi LO chizig'ining paydo bo'lishi bilan tasdiqlangan.
Ikkinchi bosqich yuqori qatlamning mexanik plastik deformatsiyasi bilan ifodalanadi, bu yuqori qatlamni lazer yordamida singdirish natijasida nanokonuslarning paydo bo'lishiga olib keladi. Ushbu bosqich kvant nuqtalarining Stranski-Krastanov (SK) o'sish rejimiga o'xshaydi. Jarayonlarning asosiy farqi - bu strukturaning bir hil bo'lmagan qizishi hisoblanadi. SK rejimida bir hil harorat sohasidagi isitish sodir bo'ladi, ammo lazer yordamida qizdirilganda lazer nurlanishining ko'p qismi yuqori qatlam tomonidan so'riladi. Shu sababli, SiGe qattiq eritmasida ko'rsatilgandek, nanokonuslar parametrlarini lazer intensivligi, to'lqin uzunligi va impulslar soni bo'yicha boshqarish mumkin [9]. Birinchi bosqich nanokonlarning o'sishi, ayniqsa sof ichki elementar yarimo'tkazgichlar (Ge, Si) va birikmalarda (GaAs, CdTe) o'sish jarayonida yuz beradigan fizik jarayonlarni tushunish qiyinroq kechadi. SK o'sishi rejimida ham, nanokonusli lazer bilan o'sish texnologiyasida ham asosiy qadam mexanik ravishda suzilgan qatlamlarning hosil bo'lishi hozir aniq. Elementar yarimo'tkazgichlar, masalan, Si va Ge kristallari uchun mexanik kuchlanish allaqachon p-n o’tishni hosil bo'lishi tufayli mavjud bo'lib, bu kirishma darajasi va atomlardagi aralashmalarning samarali diametriga bog'liq. Bundan tashqari, kuchli yutilgan lazer yordamida p-Si [16-18] va p-Ge [19] da p-n birikmasini hosil qilish imkoniyati ko'rsatilgan. Biz sof elementar yarimo'tkazgichda nanokonuslarni hosil bo'lishining quyidagi mexanizmini taklif qilamiz: birinchi bosqichda harorat gradyani maydonida ichki nuqta nuqsonlari paydo bo'lishi va qayta taqsimlanishi sodir bo'ladi.
Nuqsonlarning qayta taqsimlash inertl atomlar nurlangan sirt tomon siljiganligi sababli sodir bo'ladi, ammo vakansiyalar teskari yo'nalishda - termogradient ta'siriga ko'ra yarimo'tkazgichning asosiy qismida siljiydi. Ge kristalidagi interstitsiallar n-tipli va vakansiyalar p-tipli ekanligi ma'lum bo'lganligi sababli [20], p-n o’tish hosil bo'ladi. Nd: YAG lazerining intensivligida nurlanishidan keyingi tok kuchining kuchlanishga bog’liqligi keltirilgan.
Do'stlaringiz bilan baham: |
