O’zbekiston respublikasi oliy va o’rta maxsus ta’lim vazirligi z. M. Bobur nomidagi andijon davlat univesiteti

a	b
c
d	e	f
2.1.2-rasm. Turli dozali nurlanishlarda olingan SiO2/Si tuzilmasining nurlantirilgan sohalarning sirpanish tasmalarining mikrotasvirlari: (100) yo’nalishga ega taglikning nurlanishdan oldin (a), 28,2 J/sm^2 (b), 77,4 J/sm^2 (c); (111) yo’nalishga ega taglikning nurlanishdan oldin (d), 28,2 J/sm^2 (e), 77,4 J/sm^2 (e).

Bunday holda, kremniy sirtining plastik deformatsiyasining asosiy sababi ham termomexanik zo’riqishlardir, ammo ularning tabiati boshqacha. Dastlabki SiO₂/Si tizimida zo’riqishlarga uchrashlar kuzatiladi. SiO₂ va Si ning tuzilmaviy xususiyatlaridan kelib chiqqan elastik mexanik zo’riqishlar kremniy sirtiga urinma va cho’zinchoq bo’ladi. Ularning maksimal qiymatlari sirtda ko’rinadi [40]. Bundan tashqari, monokristall qatlamlar sirti alohida davom etuvchi xususiyatlariga ega ekanligini hisobga olish kerak. Bu yerda, Si-SiO₂ bo’linish chegarasui uchun Alexin tomonidan taklif qilingan modelga ko'ra, kremniy va oksidning elastik modullaridagi farq tufayli past siljish zo’riqishlarda dislokatsiyalarni keltirib chiqaradigan oson ta'sir qiluvchi sirt manbalari mavjud bo’ladi.
SiO₂ plyonkasi to'lqin uzunligi λ = 1062 nm bo'lgan nurlanish uchun amalda shaffofdir va xuddi shu to'lqin uzunligidagi kremniyning yutilish koeffitsienti ≈ 9,35 sm^-1 ni tashkil qiladi, shuning uchun foton energiyasi butunlay kremniy kristall panjarasiga o'tkaziladi. Kvantlar energiyasini yutilishi natijasida kristall panjaraning fononlari energiyani oshiradi, uning bir qismi qo'shni fononlarga o'tadi, bir qismi esa issiqlik shaklida chiqariladi. Nurlanish sohalari qiziy boshlaydi. Kremniy monokristalli sirtga yaqin qatlami kuchliroq qiziydi, chunki undagi fononlar ko'proq energiya kvantlarini oladi. Natijada, kremniyning sirt qatlamlaridagi kristall panjara sezilarli darajada deformatsiyalanadi, uning doimiy o'zgarishi va atomlar orasidagi kimyoviy bog'lanishlar zaiflashadi. SiO₂/Si tizimining qizishi natijasida, SiO₂ va kremniyning issiqlik chiziqli kengayish koeffitsientlarining farqi ( α_SiO2= 0,5·10^–6 К^–1, α_Si = (2,55÷4,15) 10^–6 К^–1) tufayli SiO₂/Si tizimida nurlanishdan oldin ta'sir qiluvchi tuzilmaviy mikrokuchlanishlarga issiqlik zo’riqishlar bilan birlashuvi yuz beradi.
SiO₂/Si tizimining yuqoridagi energiya holatini hisobga olgan holda, kremniy yuzasida sirpanish chiziqlar tarmog'ining hosil bo'lish mexanizmlarini quyidagicha tushuntirish mumkin. Yuqori impulslar chastotasi 50 kHz bo'lgan lazer nurlari tomonidan energiyaning doimiy ravishda damlash natijasida fononlar “haddan tashqari qizib ketadi” va kremniyning sirt qatlamlarida ichki nuqtaviy nuqsonlarini (tugunlararo kremniy atomlari va bo'sh joylar) tez suratda shakllanishi boshlanadi. Nuqtaviy nuqsonlar zichligining ortishi, o'z navbatida, nuqson jamlanmalari va dislokatsiyalarining paydo bo'lishiga hamda ularning zichligini ortishiga olib keladi. SiO₂/Si tizimi bo’linish chegaralarida siljuvchi zo’riqishlar ta’sirida dislokatsiyalar sirpanish mexanizmi orqali kristall sirtiga o‘tadi. Bu mexanizmga ko'ra dislokatsiya harakati quyidagicha sodir bo'ladi, dislokatsiya siljish tekisligida, ya'ni dislokatsiya chizig'i va uning Burger vektorini o'z ichiga olgan tekislikda osongina harakat qiladi [41]. Chet dislokatsiyasining bir atomlararo masofaga siljishi dislokatsiya yaqinida atomlarning muvofiqlashtirilgan qayta joylashishi bo'lib, diffuziyaviy massasi almashinuvi bilan birga kelmaydi. Siqilish zo’riqishlar ta’sirida dislokatsiya chizig‘ini tashkil etuvchi bir qancha atomlar qo‘shni tekislikdagi bir qancha atomlarni siljitib, to‘liq tekislikni hosil qiladi. Ko'chirilgan atomlar qatori bog'larning qayta joylashishiga olib keladi va oxirida dislokatsiyaga ega bo'lgan yangi yarim tekislik hosil bo'ladi - dislokatsiya Burger vektorining qiymati, ya'ni bir atomlararo masofa bo'yicha harakat qildi. Shunday qilib, dislokatsiya harakati so’ngida kristall yuzasiga keladi va bu erda atomlararo masofaga teng pog’onacha hosil qiladi. Garchi bunday jarayonlarni kuzatish imkoni bo’lmasa ham bu bosqich sirpanish chiziqlarining monokristall sirtiga chiqishini tasavvur qilish mumkin. O'nlab va yuzlab dislokatsiyalar sirpanish tekisligida harakat qilganligi sababli, ularning sirtga chiqishi natijasida pog’onacha balandligi ortadi. Mikroskop ostida bu "yuqori" pog’onacha sirpanish chiziqlar sifatida kuzatiladi.
Deformatsiya bir jinsli bo’lmagan holda shakllanib, nurlantirilgan maydonning markazidan boshlanadi. Shu sababli, sirpanish chiziqlar bir-biridan har xil masofada joylashgan bo'lib, sirpanish chiziqlar bog’ini hosil qiladi. Nurlanish dozasi ortishi bilan dislokatsiya sirpanishi tizimning boshqa kesishuvchi sirpanish tekisliklariga tarqaladi. Natijada, kesishuvchi sirpanish tekisliklarida hosil bo'lgan sirpanish chiziq tasmalari kesishmasida hosil bo'lgan dislokatsiyalar tarmog'i olinadi (2.1.2-b, e rasmlar). Plastik deformatsiyalanish boshlanishida nurlanish dozasining oshishi bilan chiziqdagi sirpanish chiziq zichligi ortadi, so'ngra sirpanish chiziq pog'onalari balandligining oshishi bilan bir vaqtning o’zida kamayish ham kuzatiladi. Va nihoyat sirpanish tekisliklari va sirpanish chiziqlar tarmog'i bo'ylab harakatlanuvchi ko'p sonli dislokatsiyalar paydo bo'lishi natijasida dislokatsiyani ko'paytirish uchun yangi Frank-Rid majmui paydo bo'lishi mumkin [42]. Bunday holda dislokatsiyalarning bunday majmuasi turli bo’laklarda joylashgan sirpanuvchi chiziqning kesishish nuqtalari bilan to'xtatilib harakatlanuvchi dislokatsiyaning segmenti bo'lishi mumkin. Ma'lumki, bitta Frank-Rid majmuasini "portlashi" yuzlab yangi dislokatsiyalarni hosil qilishi mumkin.
Taglikning nurlantirish dozalarining ma'lum qiymatlaridan boshlab, sirpanish chiziqlarning bir qismi mikro yoriqlarga aylanadi (o'sadi), ularning shakllanishi nurlantirilgan maydonlarning markaziy qismida sirpanish chiziqlar kesishishi va to'planishi nuqtalarida boshlanadi (2.1.2-c, f rasmlar). Taglikning nurlantirilgan sohasida mikro yoriqlar paydo bo'lishiga olib keladigan zo’riqishlarda, plastinkaning teskari sayqallangan tomonida nurlantirilgan maydonning markaziga to'g'ri keladigan bir nuqtadan chiqadigan nozik nurlar shaklida mikro yoriqlar paydo bo'ladi. Bu esa kristall sirtida boshlangan plastik deformatsiya nurlantirish dozasining oshishi bilan kremniy plastinkasining butun qalinligi bo'ylab tarqalishidan dalolat beradi.
Quyidagi tajriba ham mahalliy plastik deformatsiyaning fonon xususiyatiga ega ekanligidan dalolat beradi. Skrib olmos to'sar yordamida standart eksperimental namunaga qo'llanildi. Sirpanish chiziqlar paydo bo'lishining asosiy sababi issiqlik bilan ishlov berish paytida kremniy plastinkalari sirtining mexanik buzilishidir. Bunday holda, lazer nurlanishi ostida, skrib sirpanish chiziqlar ko'rinishini boshlamaydi. Bundan tashqari, nurlanish sohasi qisman (qirrasi) skrib bilan qoplangan bo'lsa ham, skrib sirpanish chiziqlar rivojlanishiga to'siq bo'ladi. Shuni ham ta'kidlash kerakki, SiO₂/Si tizimining chetiga yaqin joyda sirpanish chiziqlar tarmoqlarining shakllanishi palastina o'rtasiga nisbatan ikki-uch baravar kam nurlanish dozasini talab qiladi. Buni plastinaning cheti "fonon shamoli" harakatini cheklashi bilan izohlash mumkin. Boshqacha qilib aytadigan bo'lsak, plastinaning qirrasi bu yo'nalishda fononlar tomonidan energiya o'tkazilishini kechiktiradi. Fonon energiyasi ortadi va nurlantirilgan sohadagi harorat pastroq dozalarda plastiklik chegarasiga ko'tariladi. Plastinaning markazida lazer nurlanish energiyasi nurlangan maydondan uzoq masofalarga barcha yo'nalishlarda kristall panjaraga o'tkaziladi. Shuning uchun, plastinkaning o'rta qismida plastik deformatsiya paydo bo'lgunga qadar kristall panjarani isitish uchun plastinkaning chetiga qaraganda yuqori nurlanish dozasini talab qilinadi.
Shunday qilib, SiO₂/Si tizimidagi kremniy monokristalining sirtini impuls energiyasi 1 mJ va chastotaso 50 kHz bo'lgan IL-1-50 turidagi impulsli iterbiy tolali lazer yordamida mikrotuzilmalar hosi qilish imkoniyatini aniqlandi.
Nurlantirilgan sohada kremniy yuzasida plastik deformatsiya sodir bo'lishi ko'rsatildi va bu SiO₂/Si tizimiga: lazer nurlanishining fonon energiyalari (yuqori energiya va yuqori chastota); kremniy va kremniy dioksidining bo‘g‘imli panjaralari tuzilmalarining farqi natijasida yuzaga keladigan elastik mexanik kuchlanishlar; kremniy va kremniy ikki oksidining chiziqli kengayishining harorat koeffitsientlari farqi tufayli SiO₂/Si tizimini lazer nurlanishida yuzaga keladigan issiqlik zo’riqishlar; SiO₂/Si bo’linish chegaralarida kam energiyali dislokatsiya shakllanish markazlarining mavjudligi bilan bog'liq bir nechta energiya omillarining ta'siri aniqlandi.
Plastik deformatsiya o'zini tasmalar shaklida namoyon qiladi, ularning har biri mos keladigan siljish tekisliklarida joylashgan bir-biriga parallel bo'lgan ko'p sonli sirpanish chiziqlaridan iborat. Tasmalarning kesishishi kremniy kristall panjarasida sirpanish chiziqlari tarmog'i shaklida murakkab tuzilgan sirtning paydo bo'lishiga olib keladi. Shuni alohida ta'kidlash kerakki, kremniy sirtining bunday mikro tuzilishi bilan SiO₂ plyonkasining yaxlitligi buzilmaydi va uning zo\riqish qiymatlari saqlanib qoladi.
Kremniy tagligining mikrotuzilmali sohasining sirtiy morfologiyasini shakllantirish uchun mumkin bo'lgan fonon-dislokatsiya mexanizmi taklif etiladi. Birinchi eksperimental namunalarning volt-amper va volt-farad xususiyatlarini o'rganish ushbu mikrostruktura usulini amaliy qo'llash imkoniyatiga umid beradi.