Oʼrtа mаxsus tаъlim vаzirligi zаhiriddin muhаmmаd bobur nomidаgi

1.3 §. А³B⁵ ва А²B⁶ яримўтказгичлари асосида эпитаксиал қатламлар ва гетеротузилмаларнинг электрофизик ва фотоэлектрик хоссалари
Яримўтказгичли нанотузилмаларни олиш соҳасидаги катта сифат ўзгариши гетероэпитаксиал яримўтказгич тизимларида яримўтказгичли нанотузилмаларни ўз-ўзини ташкил этиш эффекти билан боғлиқдир. Яримўтказгичли нанотузилмаларнинг даврий тартибланган тузилмаларида ва эпитаксиал плёнкалар юзасида яримўтказгичли нанотузилмаларни ўз-ўзидан пайдо бўлиши қаттиқ жисмлар физикасида ва яримўтказгичлар технологиясида кенг кўламли ҳодисаларни қамраб олади [21; 343–365 бб.]. Ушбу [20; 85-95 бб.] ишда суюқ фазали эпитаксия усулида пенал туридаги кассетада Si_1-хGе_х қаттиқ қоришма қатламларининг қалай эритма- қотишмасининг Si_1-хGе_х-GaAs гетеротузилманинг чегараланган ҳажмидан ўстириш келтирилган. Таглик сифатида n-турли, 10^-2-10² Ом.см қаршиликка эга бўлган, (111) кристалографик йўналишга эга бўлган кремний танланган. Тайёрланган р-Si-n-(Si₂)_1-х(GaAs)_х тузилмаларининг ёруғлик сезгирлиги 0,427 - 1,1 мкм спектрал диапазонни қамраб олади, бу Si-тагликда ва (Si₂)_1-х(GaAs)_х плёнкада мувозанатсиз заряд ташувчилар ҳосил бўлиши билан изоҳланади [20; 25-32 бб.].
(Ge₂)_х(GaAs)_1-х қаттиқ қоришмаларнинг фотолюминесенция спектрларини ўрганиш Gе миқдорининг ошиши билан ярим кенглиги 200 мэВ бўлган, баъзан унда унчалик интенсив бўлмаган чизиқлар пайдо бўладиган кенг нурланиш диапазони, кенглиги 50-70 мэВ гача бўлган тор диапазонга айланиб қолишини кўрсатди [5; 29-37 бб.]. Асосий нурланиш диапазони максимумини қаттиқ қоришма таркибига боғлиқлиги [5; 29-37-бб.] шуни кўрсатадики, оптик ўлчашларда нурланиш энергиясининг максимуми, фақат 50% га яқин таркиблар учун аниқланган, тақиқланган зона кенглиги билан мос тушади.
Кўп компонентли Si-Si_1-хGе_х-(Ge₂)_1-y(GaAs)_y тузилмаларининг ўсиши 700 - 1050°C ҳарорат оралиғидаги қалай эритма- қотишмасидан, тагликлар орасидаги тирқиш h = 0,5мм, совутиш тезлиги 0,6 - 1,0 град./мин бўлган ҳолда амалга оширилди [20; 85-95 бб.]. (Ge₂)_1-х(GaAs)_х эпитаксиал қатлами сиртининг ва синдирилган эпитаксиал қатлам юзасини расмларини таҳлил қилиш шуни кўрсатдики, уларда макроскопик нуқсонлар ва металл қўшимчалар йўқ ва компонентлар плёнка юзасида бир текис тақсимланган. [20; 85-95 бб.] ишда, (Ge₂)_1-х(GaAs)_х эпитаксиал қатламларнинг фотолюминесенция спектри ўрганилди. 77°К да, GaAs тақиқланган зонасига мос келадиган нурланиш оралиқларида кузатилади ва максимал нурланиши 1,18 эв тўғри келувчи узун тўлқин узунликдаги нурланиш диапазони пайдо бўлади. Шунингдек, n/Si-p/Ge-p/GaAs, n/Si-p/Si_1-хGе_х-p/GaAs, n/Ge-p/GaAs тузилмаларининг электрофизик ва фотоэлектрик хоссаларини таққослаш таҳлили ўтказилди ва улар ичида n/Si-p/Si_1-хGе_х-p/GaAs тузилма энг яхши электрофизик хусусиятларига эга эканлиги кўрсатилди.
[22; 2012–2021 бб.] ишда GaAs/Gе гетеротузилмалари асосида германий фотоэлементларини металлорганик бирикмалардан газ фазали эпитаксия (МОБГФЭ) усули билан олиш ва рух диффузияси баён этилади, [23; 1-9 бб.] ишда эса Ge - тагликда кенг зонали эпетаксиал GaAs қатламини олиш келтирилган. Юпқа пардаларни ўстириш қорғошин эритма - қотишмадан суюқ фазали эпитаксия (СФЭ) усулида 650 - 700°C ҳарорат оралиғидаги амалга оширилган. Эпитаксиал қатлам қалинлиги бўйича кимёвий таркибий қисмларнинг тақсимланиши ўрганилди.
[24; 71-88 бб.; 25; 1-6 бб.], да (Ge2)_1-х(ZnSe)_х қаттиқ қоришмаларнинг баъзи электрик, фотоэлектрик ва фотолюминесенция хоссалари ўрганилган. Олинган (Ge₂)_1-х(ZnSe)_х эпитаксиал қатламларнинг баъзи электрофизик хоссалари Ван-дер Пау усули билан 77-300°К ҳарорат оралиғида ўрганилган.
(Ge₂)_1-х(ZnSe)_х эпитаксиал қатламларнинг ўтказувчанлик тури термозонд билан ва Холл доимийсини ишораси билан аниқланди. Ўсиш шароити қараб, ҳосил бўлган қатламлар p ёки n ўтказувчанликка эга эканлиги аниқланди. Легирланмаган қатламлар асосан ковак туридаги ўтказувчанликдан иборат бўлди. Эритма - қотишмадан унга алюминий қўшилиб ўстирилган эпитаксиал қатламлар электрон ўтказувчанлик турига эга бўлди.
(Ge₂)_х(GaAs)_1-х қаттиқ қоришмаларнинг фотолюминесенция спектрларини ўрганиш Gе миқдорининг ошиши билан ярим кенглиги 200 мэВ бўлган, баъзан унда унчалик интенсив бўлмаган чизиқлар пайдо бўладиган кенг нурланиш диапазони, кенглиги 50-70 мэВ гача бўлган тор диапазонга айланиб қолишини кўрсатди [24; 29-37 бб.]. Асосий нурланиш диапазони максимумини қаттиқ қоришма таркибига боғлиқлиги [24; 29-37-бб.] шуни кўрсатадики, оптик ўлчашларда нурланиш энергиясининг максимуми, фақат 50% га яқин таркиблар учун аниқланган, тақиқланган зона кенглиги билан мос тушади.
Бундан ташқари, [24; 71-88 бб.; 20; 91-93 бб.] иш муаллифлари томонидан ҳар хил шароитда ўсган (Ge₂)_1-х(ZnSe)_х қатламлар учун заряд ташувчиси концентрациясининг ҳароратга боғлиқлиги ўрганилди ва заряд ташувчиси концентрациясининг ҳароратга боғлиқлиги бир неча аниқ кўринадиган экспоненсиал қисмлардан иборат эканлиги кўрсатилди. Юқоридаги экспонент қисмларнинг логарифларини оғиш бурчаги орқали аниқланган ток ташувчиларнинг активация энергиялари 0,19 эВ, 0,07 эВ, 0,029 эВ қийматларига эга бўлди. Ушбу ишларда муаллифлар қалай эритма- қотишмасидан чекланган ҳажмида турли хил технологик шароитларда ўстирилган p-(Ge₂)_1-х(ZnSe)_х эпитаксиал қатламларидаги ковакларнинг Холл ҳаракатчанлигининг ҳароратга боғлиқлигини ўрганиш натижаларини олдилар, булар юқорида келтирилган натижаларни тасдиқлайди. Бундан ташқари, заряд ташувчиларни қаттиқ қоришмаларда сочилиш механизмини ўрганиш унинг тузилмавий мукаммаллиги тўғрисида қўшимча маълумот беради. Заряд ташувчиларнинг Холл ҳаракатчанлиги кучланганлиги 5∙10³ эрст. бўлган магнит майдонда, 77-300°К ҳарорат оралиғида, ярим изоляцияловчи GaAs тагликларида (АГП 10⁶-10⁸ Ом∙см) ўстирилган қатламларда ўлчанди.
Бундай гетеротузилмаларнинг сифати – лазер ва светодиодлар каби оптоэлектроник қурилмаларни ишлаб чиқариш учун муҳим масалалардан биридир. Технологик афзалликларидан ташқари, Gе/ZnSe/GaAs гетеротузилмалар сиртларнинг ва C₂^IV-А^IIIB^V интерфейсларининг кўплаб фундаментал жиҳатларини ўрганиш учун модел бўла олувчи тизимдир. Бироқ, бундай интерфейс стехиометрия ва унинг кимёвий реактивлигига нисбатан мураккаб характерга эгадир. [21; 343–365 бб.] ишда ZnSe-GaAs гетеровалент гетеротузилмалари металлорганик бирикмалардан газ фазали эпитаксия усули билан олинган, улар ўзига хос тузилмавий ва электр хоссалари билан ажралиб туради. Муаллифлар ZnSe ҳажмида квант ўралари ва GaAs оролчалари бўлган тузилмаларни ясашга муваффақ бўлдилар. GaAs/ZnSe нинг технологик ўстириш жараёнлари (МОГФЭ) ва гетеротузилмалар ўрганилди. ZnSe-GaAs гетеровалент квант тузилмалари ҳам шу тарзда таёрланган ва оптик усуллар билан тавсифланган [26; 77-85-бб.]. [27; 2250-2256 бб.] ишда бир қатор оддий гетероўтишларнинг хоссалари ўрганилган, улар қуйидаги боғланишларга эга: (1) фақат As-Zn, (2) фақат Sе-Gа, (3) аралашган As-Zn ва Sе-Gа, ҳамда янада мураккаб интерфейс конфигурациялари, шунингдек фазалараро стехиометрия учун турли хил вариантлар. Улар интерфейс энергиясини ўртача хатолиги 3% дан кам бўлган, битта боғга эга жуфтликлар энергияларининг оддий йиғиндиси сифатида ифодалаш мумкинлигини кўрсатдилар. Рентген дифраксияси таҳлили шуни кўрсатдики, GaAs (001) тагликда молекуляр нур эпитаксияси усулида ўстирилган релаксацияланган ZnSe қатламининг кетма-кет куйдирилиши Gа ни ZnSe томонга кўчишига (миграциясига) олиб келади ва ZnSe яқинида As атомлари сезиларли даражада тўпланади. Гетеротузилманинг чегара ҳудудида Gа₂Sе₃ бирикмалари қўшимча маҳсулот сифатида ҳосил бўлади, Zn атомлари эса чегарадан GaAs таглик томон диффузияланади [28; 3569–3572 бб.]. [23; 1-9 бб.] иш муаллифлари кристаллик йўналиши (100) бўлган GaAs тагликда тартибланган наноўлчамли кристалчалар массивига эга бўлган (GaAs)_1−х(ZnSe)_х ўрин алмашувчи қаттиқ қоришмани ўстириш имкониятларини ўрганиб чиқдилар. Ўстирилган эпитаксиал плёнкаларнинг кимёвий таркиби эпитаксиал қатлам қалинлиги орқали рентген микроанализатор ёрдамида аниқланди. Нанокристалларнинг катталиги атом куч микроскопи ёрдамида баҳоланди.
[29; 1452-1459 бб.] ишда текис тўлқинларининг псевдо-потенциалини ҳисоблаш асосида GaAs материалида ҳосил бўлувчи Zn-Sе (r_ZnSе) боғнинг энтальпияси ва ковалент боғланиш узунлиги уни ўраб турган атомлар хоссаларига боғлиқ эканлиги кўрсатилган. Одатий ZnSe да ковалент боғланишнинг қиймати r_Zn-Sе = 2.42Å эканлигини ҳисобга олган ҳолда, GaAs тетраэдрал панжарасида эркин бўлмаган Zn атомини 4 та Sе атомлари ўраб турганида, яъни кластерда Zn-Sе₄ кўринишда бўлганда, ковалент боғланиш узунлиги қиймати r_Zn-Se= 2.44 Å; Zn-Se₃AS кластерида - r_Zn-Se= 2.46 Å; Zn-Se₂As₂ кластерида r_Zn-Se= 2.49 Å; ва Zn-SeАс₃ кластерида r_Zn-Se= 2,51 Å. Худди шундай ҳолат GaAs таркибидаги Sе атомининг киришмалари Zn атомлари билан ўралганида ҳам кузатилади. Катион ва анион тугунлар учун Zn-Se боғланишининг узунлиги қанча катта бўлса, у шунча кўп GaAs атомлари билан ўралган бўлади. [30; 151–161 бб.] мақолада экспериментал маълумотлар асосида (GaAs)_1−х(ZnSe)_х қаттиқ қоришмани тақиқланган зона кенглигини, хона ҳароратида (масалан, GaAsZnSe) ZnSe концентрацияси (х) га боғлиқлиги E_g,GaAsZnSe =1.43 – 0.09х + 1.2х² (эВ) (0 ≤ х ≤ 1) кўрсатилган. ZnSe консентрацияси 0 дан 10% гача (0 ≤ х ≤ 0,1) ўзгарганда E_g,GaAsZnSe ни ўзгариши 0,25% дан ошмайди, яъни деярли ўзгармайди. Бунинг сабаби, GaAs да Zn + Sе ни кластерланиш эҳтимолини пастлигидир.
[24; 65-79 бб.] иш муаллифлари GaAs тагликда суюқ эпитаксия усулида олинган (GaAs)_1−х(ZnSe)_х ўрин алмашувчи қаттиқ қоришма монокристалл плёнкаларини рентгенограммаларини ўргандилар. Ишда панжарани параметрлари а_плён=5.6544 Å ва таглик а_таг = 5.6465 Å қийматлари аниқланган, шунингдек қаттиқ қоришма компонентлари молекулаларининг профил бўйича тақсимланиши ўрганилган. [24; 91-93 бб.; 31; 12-16 бб.] ишларда GaAs–(Ge₂)_1−х(ZnSe)_х, Gе–(Ge₂)_1−х(ZnSe)_х, GaP–(Ge₂)_1−х(ZnSe)_х, Si–(Ge₂)_1−х(ZnSe)_х гетеротузилмаларининг тузилмавий ва морфологик тадқиқотлари келтирилган. Ишда ушбу гетеротузилмаларнинг кристаллари мукаммаллиги суюқ фазали эпитакси учун шароитларни танлашга боғлиқлиги кўрсатилди, ҳамда GaAs (100) ва Gе (111) тагликларда ойнадек силлиқ энг кам кучланишли (Ge₂)_1−х(ZnSe)_х эпитаксиал қатламлар олиниши мумкинлиги баён этилди.
Кўп қатламли эпитаксиал плёнкалари бўлган ҳар хил яримўтказгич материалларини қурилмаларга қўшилиши ҳар бир қатламда оптимал материал хоссаларини танлаш учун қўшимча эркинлик беради. Бироқ, юқори сифатли (яъни III-V, II-VI ва IV яримўтказгичлар) ҳар хил валентли материалларнинг бўлиниш чегаралари мураккаб бўлиши мумкин. Модел тизим сифатида ZnSe/GaAs фойдаланиб, бўлиниш чегаралари хоссаларини ўзгартириш усули сифатида, молекуляр нур эпитаксия орқали гетеровалент бўлиниш чегараларини ўстириш пайтида ултрабинафша (УБ) нурланишидан фойдаланиш имкониятлари ўрганилган. [32; 8516 бб.] иш муаллифлари ултрабинафша нурланиш бўлиниш чегаралари кимёвий боғланиш турини ўзгартиради, бу эса Gа–Sе боғланишини ҳосил бўлишига имкон беради ва пастги GaAs қатламини сусайтиришга ёрдам беради.
Ёруғлик, шунингдек, ZnSe эпоксид қатламдаги нуқсонларни камайтиришга ёрдам беради. Ушбу натижалар шуни кўрсатадики, ўсиш пайтида унча катта бўлмаган УБ билан ёритиш бўлиниш чегаралари ҳар икки томонидаги GaAs ва ZnSe қатламларининг оптик хоссаларини яхшилаш учун ишлатилиши мумкин.
GaAs/InAs-GaAs/ZnSe (p-i-n) квант нуқтали гетеротузилмалар асосида [25; 1-6 бб.], оптик принцип ва диффузия назариясига асосан, фотогенерацияланган электронларнинг зичлиги ва қатлам қалинлиги ўртасидаги боғлиқликни тавсифловчи математик модел таклиф этилади. Қуёш элементларининг хоссаларига квант эффекти, нуқтавий қатламининг таъсири ўрганилиб, квант нуқтали қуёш элементларининг ёруғлик энергиясини электрга энергиясига айлантириш самарадорлиги таҳлил қилинди. Тадқиқотлар шуни кўрсатадики, p(GaAs) ва n(ZnSe) ларнинг оптимал қалинлиги мос равишда 1541 нм ва 78 нм ташкил этди. Қатлам қалинлиги i ~ 3000 нм бўлганда қуёш элементларининг қуёш энергиясини айлантириш самарадорлиги битта тўлқин узунлигида 20,1% ни ташкил қилди. Шу билан бирга, квант нуқта ҳажми ва ҳарорати қуёш элементларининг вольтампер характеристикасига таъсир қилади ва кучланиш қиймати квант нуқта ҳажми ва ҳарорати ошиши билан камаяди, шунинг учун қувватни айлантириш самарадорлиги пасаяди.
[33; 43-51 бб.] ишда ўстирилган плёнкали (GaAs)_1-х-у(Ge2)_х(ZnSe)_y қаттиқ қоришмаларининг тузилмавий тадқиқотлари ўтказилди. Эпитаксиал қатламларнинг кимёвий таркиби рентген дифраксияси таҳлили орқали аниқланди. Компонентларнинг сирт устида тақсимланиши бир жинсли эканлиги ва плёнка қалинлиги бўйича Ge₂ ва ZnSe нинг таркиби 0 х0.17, 0у  0.14 чегараларида ўзгариши кўрсатилган, бу эса таглик кристалл панжараси ва плёнка параметрлари ўртасидаги номутаносиблик туфайли пайдо бўлувчи эластик кучланишларни камайтиради. Ўстирилган (GaAs)_1-х-у(Ge₂)_х(ZnSe)_y қаттиқ қоришмасининг эпитаксиал қатламлари сфалерит тузилишга эга эканлиги ва монокристал блоклари ўлчами 52 нм бўлиб, йўналиши таглик йўналишига мос ҳолда (100) бўлиши аниқланди. Жуфтланган Gе₂ молекулалари GaAs молекулаларини матрица панжарасини нуқсонга мойил соҳаларда, бўлиниш фазасини чегараси ва чегара олдида қисман алмаштиради. Кейинчалик, бу жойларда германий ионлари сегрегацияланиб нанокристалчалар ҳосил бўлади. Синк селенид молекулалари (GaAs)_1-х(Ge₂)_х қаттиқ қоришманинг сирт қатламида нанооролчалар ҳосил қилади.
Бундан ташқари, [33; 43-51 бб.] ишда (GaAs)_1-х-у(Ge2)_х(ZnSe)_y қаттиқ қоришмаларнинг атом куч микроскопияси (АКМ) тадқиқотлари натижалари тақдим этилган. (GaAs)_1-х(Ge₂)_х қаттиқ қоришмасидаги ZnSe нанооролчалар латерал ўлчамлари 55-65 нм бўлган доме геометрик шаклга эга эканлиги кўрсатилган ва ZnSe нанооролчалар ушбу шаклларининг кўриниши одатда доме конфигурациядаги эластик кучланишлар релаксацияси билан изоҳланади. Эпитаксиал плёнкаларнинг ўстириш жараёнида етарлича зич ва хоссаларига кўра бир жинсли квант ўлчамли объектлар ансамбли ҳосил қилинди, бу объектлар матрицага нисбатан юқори ўтказувчанликка эгадир. Атом кучи микроскопик текширув натижалари ўрганилаётган қатламли қаттиқ қоришма юзасида нанооролчаларлар ҳосил бўлишига оид рентген тузилмавий таҳлил маълумотларини тасдиқлайди.