|
4-жадвал
Ахборот тизимлари техник воситаларнинг моддий базаси сифатида термодинамик нотурғун соҳасида ўстирилган кўп компонентли қаттиқ эритмалардан фойдаланиш имкониятлари [35; 48-54-бб.]
Тизимлар | Термодинамик нотурғунлик зонасидаги тақиқланган зона кенглиги, эВ (Х,мкм) | Тўлқин узунлиги Х,мкм | Тадбиқ қилиш соҳаси | InAlGaPAs / GaAs | 1,7-2,15 (0,58-0,73) | 0,58-0,64 | Визуал назорат учун ахборотни кўрсатиш ва сигнализация тизимларини яратиш | AlGalnAsP / InP | 1,3-1,5 (0,83-0,95) | 0,92-0,98 | Антистокс луминафорларни дамлаш | AlInPSbAs / InP | 1,26-1,28 (0,69-0,98) | AlGalnSbP / InP | 1,3-1,94 (0,63-0,95) | AlGaSbPAs/ GaSb | 1,0-1,7 (0,72-1,24) | 1,06 | Юқори қувватли неодимий шиша лазерларининг имитаторлари | GalnSbAsP / InP | 0,75-1,2 (1,03-1,65) | 1,0-1,4 | Толали светодиодларда "шаффофлик ойнаси", толага нурланишнинг фазавий тезлигининг минимал дисперсияси | AlInPSbAs/InAs | 0,5-1,6 (0,78-2,48) | AlGalnAsP / InP | 0,82-0,91 (1,36-1,51) | 1,37-1,4 | Оптик толалар учун хом ашё | AlGalnPSb /GaSb | 0,6-1,53 (0,81-2,07) | 1,6 яқин | Толали светодиодларда, узоқ масофали алоқа тизимларида мутлақ минимал ютилиши | AlGalnAsSb/GaSb |
| 2,4-2,5 | Фторли ойнадаги инфрақизил тўлқин ўтказувчуларининг максимал оптик шаффофлиги |
Юқорида таъкидлаб ўтилганидек, таркиб модуляцияси бўлган қаттиқ қоришмаларга асосланган қурилмалар деградация жараёнларига кам учрайди. Ушбу ишда биз AlGаInАsP ва AlGаInАsSb гетеротузилмаларининг эпитаксияси пайтида таркибни модуляция қилиш жараёнини ўргандик. Ушбу гетеротузилмалар инфрақизил оптоэлектроник технологиялар учун материаллар сифатида қизиқиш уйғотмоқда. InхАlyGа1-х-ySzSb1-z/GaSb бешламчи қаттиқ қоришмалар кам йўқотишли (Х = 2,4-2,5 мкм) фторли шиша асосидаги инфрақизил тўлқинлар линияларини элемент базасини шакллантириш учун, АlхGаyIn1-х-ySzP1-z/InP қатламлари ИҚ диапазонидаги (А= 1.37-1.41 мкм) инжексион нурлатгичлар сифатида ишлатилиши мумкин.
5-жадвал
Ҳар хил ўсиш ҳароратида InхАlyGа1-х-yPзSb1-z қаттиқ қоришманинг парчаланиши натижасида ўз-ўзидан ҳосил бўлган дислокацисиз модуляцияланган тузилмалар параметрлари:
d - қатламли икки фазали тузилманинг даври;
Lx - қопланган эпитаксиал қатламнинг қалинлиги [36; 367-370 бб.]
Т,к
|
Икки фазали қаттиқ қоришманинг таркиби
|
L-L=0,1 мкм
|
L-l= 1 мкм
|
(X1, У1, Z1 )
|
(Х2, У2 , Z2 )
|
dom, НМ
|
dom , НМ
|
750
|
ОД; 0,06; 0,12
|
ОД; 0,10; 0,92
|
25,0
|
50,0
|
750
|
ОД; 0,21; 0,07
|
ОД; 0,30; 0,95
|
32,0
|
65,0
|
750
|
0,2; 0,02; 0,10
|
0,2; 0,16; 0,96
|
31,5
|
64,3
|
750
|
0,2; 0,09; 0,08
|
0,2; 0,25; 0,98
|
38,0
|
68,0
|
790
|
ОД; 0,07; 0,18
|
ОД; 0,14; 0,96
|
26,0
|
54,0
|
790
|
0,2; 0,02; 0,10
|
0,2; 0,20; 0,92
|
27,6
|
62,1
| Спинодал парчаланиш соҳаларида суюқ фазали эпитакция шароитида чўктирилган бешламчи қаттиқ қоришмалардаги ҳосил бўлган мувозанатли икки фазали тизимнинг параметрлари аниқланди. Қаттиқ қоришмалар таркибини турлича ўзгартириш икки фазали тизимларнинг турли хил макроскопик даврларини олишни таъминлайди. 0,0<х <0,07, 0,25 хGаyN1-х-ySzP1-z/InP гетеротузилмаси учун бундай даврлар катталиги 150- 270 нм қийматларга эга. Бу эса сон қиматидан тўрт таркибли тизимлар даврига мос келади. Бироқ, бешламчи қаттиқ қоришмаларда фазаларни когерент мослигига эришиш учун таркиблар хилма-хиллиги кенгроқ. Шунинг учун, уларга асосланган қурилмаларнинг спектрал соҳаси кенгаяди. АlхGаyIr1-х-yPzSb1-z тизимлар учун қатламли тузилманинг оптимал даврларини ҳисоблаш натижалари 4-жадвалда келтирилган. Кўриниб турибдики, икки фазали тизимларнинг макроскопик даврларини хилма-хиллиги мавжуд. Даврлар 25-68 нм қийматларга эга. Олинган тузилмаларни ўрганишимиз эпитаксиал қатламларнинг тузилмавий хоссаларини яхшиланганлигини кўрсатди. Умуман олганда, мутлақ турғун қаттиқ қоришмаларга нисбатан термодинамик нотурғун соҳадаги таркибларда эпитаксиал қатламлар чуқурлигида дислокация зичлигининг кескин пасайиши кузатилади. Экспериментал боғлиқликларни таққослаш шуни кўрсатдики, ўхшаш технологик ўсиш параметрларида таркиб модуляцияси бўлган қатламдаги дислокация зичлиги бир жинсли қатламга нисбатан икки баравар пастдир. Тадқиқот жараёнида фотолюминисенсия нурланиш спектри ва унинг интенсивлиги ўлчанди. Фотолюминисенсия (ФЛ) спектрлари ёрдамида бешламчи қаттиқ қоришмалар олинган қатламларнинг тақиқланган зона кенглиги экспериментал тарзда аниқланди. Тадқиқотлар 77 ва 300 К ҳароратларда ўтказилди. GaSb асосидаги бешламчи қаттиқ қоришмаларнинг нурланиш интенсивлиги шу асосдаги тўртламчи қаттиқ қоришмаларга нисбатан анча юқори эканлиги аниқланди. Шунинг учун InАlGaAsSb/GaSb бешламчи қаттиқ қоришмалар нурланиш рекомбинацияга асосланган юқори самарали қурилмаларни, масалан, юқори самарали ёруғлик диодларни яратиш учун афзалроқдир. АlGаInАsP эпитаксиал қатламларининг индий фосфид таглигидаги фотолюминисенсия спектрлари ҳам четки чизиқлар интенсивлигини юқорилиги билан ажралиб туради. 300 К да чизиқнинг кенглиги 65 меВ бўлган Х=1.392 мкм тўлқин узунлигида жуда четки чизиқларни интенсив нурланиши мавжуд. 77 К да фотолюминисенсия максимуми, 2е=1,364 мкм қисқа тўлқин узунликлар томонга силжийди. ФЛ эгри чизиқлари максимумлари энергиясининг чизиқли ўзгариши 77 дан 300 К гача бўлган ҳарорат оралиғида қайд этилди. Олинган қатламларнинг муҳим хусусияти бир жинсли бўлмаган эпитаксиал қатламларга хос бўлган фотолюминисенсия чизиқларини кенгайтириш тенденциясининг йўқлигидир. Умуман олганда, AlGаInАsP бешламчи қаттиқ қоришмаларида таркибни модуляция қилиш нурланиш интенсивлигини пасайтирмайди. Бундан ташқари, эпитаксиал қатламларда таркибни модуляция қилиш дислокацияларнинг кўпайиши ва тарқалишини олдини олади. AlGаInАsP бешламчи қаттиқ қоришмаларида силжиш ва дислокациянинг кўчиши билан кучаядиган нурланишсиз рекомбинация содир бўлиши қийинлашади деб ҳисобланади. Бу уларга асосланган қурилмаларнинг чидамлилиги ва ишончлилигини оширади.
II БОБ. ВИСМУТ ҲОСИЛ ҚИЛУВЧИ НАНООБЪЕКТЛИ ГЕТЕРОТУЗИЛМАСИНИНГ ЭЛЕКТРОФИЗИК ВА ФОТОЭЛЕТРИК ХОССАЛАРИ
Фотосезгир тузилмаларнинг тайёрлаш технологияларидаги муҳим вазифалардан бири яримўтказгили материалларда изовалент киришмалар билан боғлиқ бўлган ҳодисаларни тадқиқотлари ҳисобланади. Бу йўналишда яримўтказгичли тузилмаларда киришма марказлари зарядининг фото- ва ток модуляцияси таъсиридан келиб чиқадиган эффектлардан фойдаланишга имкон бериб, чизиқли ва сублинеар ток характеристикаларига олиб келади. Яримўтказгичли тузилмаларда изовалент киришмаларнинг мавжудлиги уларнинг электрофизик характеристикаларининг бир қатор ҳусусиятларини ўзгаришига олиб келади, бу эса микро - ва оптоелектроникада бундай тузилмалардан фойдаланиш имконияти билан боғлиқ ҳолда амалий қизиқиш уйғотади [79; 63-92 бб.].
2.1 §. n-GaAs-р-(GaAs)1-x-y(Ge2)x(ZnSe)y гетеротузилмаларда ток ўтиш механизмлари.
А3Б5 турдаги кенг соҳали яримўтказгичли бирикмалар ўзининг нурланиш спектрининг ўрта ва узоқ инфрақизил (ИҚ) соҳасида ишловчи оптоэлектрон асбоблар яратиш учун энг истиқболли материаллар ҳисобланади. InSb, InAs, GaSb, GaAs ва улар асосидаги қаттиқ қоришмалари тузилмаларини олиш, уларни ноёб ҳусусиятларини тадқиқ қилиш, шунингдек, улар асосида турли оптоэлектрон қурилмаларни таёрлаш бўйича жадал суратларда илмий тадқиқот ишлар амалга оширилмоқда [80; 63-82 бб.; 81; 59-62 бб.; 82; 2542-2546 бб.; 83; 41-45 бб.; 84; 630-634 бб.]. Бундай материаллар орасида GaAs ва унинг мураккаб таркибли қаттиқ қоришмлари, хусусан (GaAs)1-x-y(Ge2)x(ZnSe)y эпитаксиал қатламлари ўзида алоҳида қизиқиш уёғотмоқда, чунки бундай тузилмаларда электрон ва ковакларнинг ҳаракатчанлиги юқори бўлиб [85; 59-65 бб.; 12; 295-322 бб.; 86; 206-208 бб.; 87; 2018-224 бб.], улар асосида юқори тезликдаги оптоэлектрон қурилмаларни ишлаб чиқариш мумкин. Бундан ташқари, (GaAs)1-x-y(Ge2)x(ZnSe)y кўринишидаги қаттиқ қоришмларда х ва у қийматларининг кенг ўзгариши туфайли улар асосида турли тузилмалар фаолиятининг спектрал диапазонини 1.1 эВ дан 2.65 эВ гача кенгайтириш мумкин [86; 206-208 бб.]. Бироқ, GaAs бирикмалари ва улар асосида олинган қаттиқ қоришмалардан тайёрланган тузилмалардан кенг фойдаланиш, уларга асосланган бундай материаллар ва тузилмаларнинг электрофизик хусусиятларини тадқиқ қилишда ҳали ҳам ўз ечимини кутаётган муаммолар мавжуд.
Ушбу параграфнинг мақсади инжекцион камбағалланиш кузатиладиган n-GaAs-р-(GaAs)1-x-y(Ge2)x(ZnSe)y гетеротузилмасининг электрофизик хоссаларини тадқиқ қилиш ҳисобланади. Бу ҳодиса p-i-n ёки p-n-n+-тузилмаларида ёки соҳалар диаграммасига ўхшаш бўлган бошқа тузилмаларда, хусусан, металл-яримўтказгич-металл тузилмаларда тегишли металл контактлари билан-токнинг олдинга йўналишида, яъни инжекция деб номланувчи p-n-бирикмасидан ва n-n+-бирикманинг атрофида тўпланишидан содир бўлади.
Бизнинг тадқиқот учун, (GaAs)1-x-y(Ge2)x(ZnSe)y турдаги қаттиқ қоришмалари вертикал жойлаштирилган кварц реакторли технологик қурилмада ўстирилди. Қатламларнинг ўсиши палладийда тозаланган водород муҳитида мажбурий совутиш тизимида қалайли аралашма эритмасида амалга оширилди. Мажбурий совитиш тезлигининг оптимал қиймати 1-1,5 град/мин. GaAs)1-x-y(Ge2)x(ZnSe)y қаттиқ қоришмларнинг кристалланиши 730-590 С ҳарорат оралиғида ϑ = 0,15 мкм/мин ўсиш тезлигида амалга оширилди. Ўстирилган эпитаксиал қатламларнинг солиштирма қаршилиги 0,3 Омсм ва заряд ташувчилар концентрацияси 5,8·1017 см-3 га тенг ҳамда р-тур ўтказувчанликка эга бўлиб, қалинлиги 20 мкмни ташкил қилди.
Ток ўтказувчи контактлар кумушни вакуумда (~ 10-5 Торр) ўтказиш орқали намунанинг орқа томонида тўлиқ, эпитаксиал қатлам томонига эса юзаси 9 мм2 бўлган тўртбурчак шаклда омик контактлар ҳосил қилинди. (GaAs)1-x-y(Ge2)x(ZnSe)y эпитаксиал пардалари гетеротузилма учун асос материали бўлиб хизмат қилади. n ўтказувчанлик турига эга бўлган GaAs тагликларига қаттиқ қоришмали (GaAs)1-x-y(Ge2)x(ZnSe)y эпитаксиал қатламларининг ўсиш жараёнида RОмnpRОм кўринишидаги диод тузилиш шаклланади.
Инжексион камбағалланиш эффектининг назарий асослари. Маълумки, биполяр яримўтказгичларда электрон ва ковакларни ташиш учун алоҳида тенгламалар одатда кўриб чиқилмайди [88; 1066-1070 бб.], математик алмаштиришлар орқали эса p-n-n+-тузилма базасидаги эркин ташувчиларнинг амбиполяр ўтказмаси деб аталадиган тенглама олинади:
(2.1.1)
Бу ерда Dа бўлган амбиполяр диффузия коэффициенти
, (2.1.2)
га тенг. - ёпишиб туриш фактори, b=µn/µp – мос равишда электрон ва ковак ҳаракатчанликларини нисбати, υa- қуйидаги ифода билан аниқланадиган дрейф амбиполяр тезлиги.
, (2.1.3)
Бу ерда амбиполяр ҳаракатчанлик, базадаги электрик майдон, Nt – ёпишиб туриш марказлари концентрацияси, - кавокларни тутиб қолувчи ёпишиб туриш марказлари миқдори, номувозантий заряд ташувчиларнинг рекомбинация тезлиги, агар у Шокли-Рид статистикасига бўйсунса, асосий бўлмаган заряд ташувчилар яшаш вақти (бизнинг ҳол учун коваклар).
Таъкидлаш жоизки, (2.1.3) ифодадаги биринчи каср Nt, га пропорсионал бўлиб ҳажмий зарядининг омик релаксасиясини, иккинчи каср ( га пропорсионал) - бу заряднинг диэлектрик релаксасиясини ва ниҳоят, учинчи каср чуқур ёпишиш марказлари зарядининг жорий модуляцияси билан боғлиқ (бу алоҳида ҳолатда тешиклар учун ёпишиб туриш марказлари). Агар бу ифода аниқловчи бўлиб, коваклар учун бирикиш марказлари бундай киришмлар вазифасини ўтайдиган ҳол билан чеклансак, у ҳолда амбиполяр силжиш тезлиги учун қуйдаги ифода олинади [88; 1066-1070 бб.]:
(2.1.4)
Бу ерда ва ёпишиб туриш марказлари сатҳи учун Шокли-Риднинг статистик фактори. - Еt ёпишиб туриш марказлари сатҳининг активацион энергияси. Бундай чуқур марказлар модуляциясининг таъсири юқори бўлган шароитида прилипания омили бўлгани учун бўлганида амбиполяр силжиш тезлиги ва амбиполяр диффузия коэффициенти соддалашади ва a ≈ aJDa ва Da ≈ Dp қийматларни қабул қилади. Бу ҳолда (4.1.1) тенглама етарлича содда кўринишни қабул қилади.
(2.1.5)
Бу ерда асосий бўлмаган заряд ташувчиларнинг диффузион йўли, J-ток зичлиги.
(2.1.6)
асосий заряд ташувчилар харакатчанлиги ва Nt - чуқур киришмалар концентрацияси билан боғлиқ бўлган катталик. Бу ҳолатда одатда p-n-n+- тузилмаларда p-n-ўтиш яқинидаги эркин заряд ташувчилар n-n+-ўтиш яқинидагиларга нисбатан катта бўлади ва шунинг учун концентрация градиенти, яъни заряд ташувчиларнинг консентрацияси p-n дан n-n+-ўтишгача камаяди ва амбиполяр диффузия ва дрейф бир томонган йўналиб қолади [88; 1066-1070 бб.].
Лекин турли сабабларга кўра n-n+-ўтиш яқинида p-n-ўтишга нисбатан эркин заряд ташувчиларнинг консентрацияси катта бўлишини тасаввур қилиш мумкин. У ҳолда яъни эркин заряд ташувчиларнинг консентрацияси градиенти p-n дан n-n+ - ўтганида ортади ва натижада амбиполар диффузион ҳамда дрейф ҳаракатлари қарама-қарши йўналишда бўлиб қолади. Бу ҳолатда тузилмага берилаётган кучланиш инжекцион токни ҳосил қилади, база чегарасидаги заряд ташувчилдар концентрацияси ток ортиши билан ортади, бир вақтнинг ўзида p-n ўтишни ўрта қисмидаги консентрация пасаяди [95; 1066-1070 бб.] (2. 1.1-расм).
Do'stlaringiz bilan baham: |
