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

a
b
c	d
3.1.1-rasm. Lazer nurlari bilan ishlov berilgan kremniy sirtiy holatlarining turli morfologiyaga ega nurlantirilgan sohalarning elektron-mikroskopik tasviri.

Kremniy monokristalli infraqizil to'lqin uzunligi sohasidagi nurlanishning taxminan 46% qaytaradi va taxminan 54% esa o'tkazib yuborishi tufayli u CO₂ lazer nurlarini deyarli yutmaydi, shuning uchun CO₂ lazer nurlari bilan nurlangan monokristall kremniy namunalarida keskin tuzilmaviy o'zgarishlar yuz bermaydi. Yuqorida aytib o'tilganidek, monokristall kremniy lazer nurlarini katta qismini yutishi va o'zaro ta'sirini yanada faollashtirish uchun CO₂ lazer nurlarini yaxshi yutib oladigan oyna tagliklariga kremniy namunalarini joylashtiriladi. Kremniy plastinasi ostidagi oyna lazer nurlarini yaxshigina yutib olishi tufayli u qiziydi va qisman bug'lanadi. Oyna taglik va kremniy plastinasini o’rtasida issiqlik almashinuvi jarayonlari yuz berishi tufayli namuna qizib harorati orta boshlaydi. Natijada, kremniy monikristallining optik xususiyatlari o'zgaradi, ya’ni uning yutilish koeffitsienti orta boshlaydi. Shu asnoda, monokristall kremniyning lazer nurlarini yuta boshlaydi va qiziydi, bu esa kremniyning man etilgan sohasining kamayishiga olib keladi. Natijada, sohalararo yutilish faollashadi va erkin zaryad tashuvchilarning issiqlik generatsiya tezligi ortadi hamda yutilish jarayonlari ko'chkisimon ortib boradi [52]. Shunday qilib, kremniy plastinasi yutilish koeffitsienti ortishi tufayli lazer nurlari deyarli so'riladi va issiqlik energiyasiga aylanadi. Taxminan 800 °C va undan yuqori haroratda kremniy namunalarida plastik deformatsiyalanish hodisasi boshlanadi. Sirt harorati T = 1423 ° C ga yetganda esa, materialning erishi boshlanadi. Keyinchalik, sovutilgandan so'ng, kremniy qayta kristallanadi va namunalar sirtida murakkab tuzilmalar hosil bo’ladi (3.1.1-rasmga qarang).
3.1.1-a rasmdan nurlantirilgan sohaning markaziy qismining diametri 20 mkm atrofida bo’lgan, ya’ni lazer nurlari yordamida ishlov berilgan sirtiy holatlarning markaziga yo'naltirilgan lazer nurining diametriga mos keladi, bu esa o’z navbatida nur yo’naltirilgan sohaning o'rta qismida eng yuqori quvvat zichligini ta'minlaydi. Monokristal kremniy sirtinini aynan shu sohasida erish jarayoni hamda keyinchalik qayta kristallanish jarayonlari sodir bo'ladi. Bu sohadan chetga chiqishi bilan lazer nuri qayta fokuslanishi kuchayib ketadi, va bu esa o’z navbatida lazer nurlanishining quvvat zichligining pasayishiga olib keladi. Natijada, eritmaning paydo bo'lish ehtimoli kamayadi va faqat tuzilmaviy deformatsiyalangan soha hosil bo'ladi va eritma sohalariga qo'shni joylarning plastik deformatsiyasiga olib keladigan katta elastik mexanik kuchlanishlarning paydo bo'la boshlaydi (3.1.1-c, d rasm). Tuzilmaviy deformatsiyalangan sohalardan tashqarida joylashgan yorug halqasimon mikrotuzilmalar, monokristal kremniyning panjara doimiysi o'zgarishi tufayli mikrokuchlanishlar mavjud bo'lgan sohalarni shakllantiradi.
Shuningdek, ushbu tadqiqot ishida ikkita, ya’ni oksid qatlami boʻlmagan monokristall kremniy (3.1.2-rasm, a – nurlantirilmagan sohada va b – nurlantirilgan sohada) namunaning katodolyuminesentsiya spektrlari o’rganilgan. Lyuminesentsiya energiya 5 keV va tok kuchi 20 nA bo'lgan elektron nurlar tomonidan g’layontirilgan.

3.1.2-rasm. Oksidlanmagan kremniy katodolyuminesentsiya spektrlari: namunaning nurlantirilmagan sohasida (a) va nurlantirilgan sohasida (b- oksid qatlamida kremniy nanoklasterlari va c- kislorod bilan boyitilgan nuqsonlar mavjudligi tufayli)

[50, 51, 53-55] tadqiqot ishlarining deyarli barchasida silikat oynalarining tuzilmaviy nuqsonlari va lyuminesentsiyalanish hodisasi bilan bog'liq, o'ziga xos xususiyatlarga ega bo’lgan ikkita aniq cho'qqilar kuzatilishi haqida bir qator xulosalar taklif qilingan. Lyuminesentsiya spektrida 1,94 eV energiyaga ega bo'lgan birinchi cho'qqi kislorod bilan boyitilgan nuqsonlar mavjudligini ko'rsatadi (ya’ni, o’zaro to’liq bog’lanmagan kislorod atomlari kremniy-kislorod tetraedrining yuqori qismida joylashib oladi). Energiyasi 2,67 eV bo'lgan ikkinchi cho’qqi esa silikat oynasida kremniy bilan boyitilgan nuqsonlar mavjudligi bilan bog'liq (ya’ni, ikki ozaro bog’lanib olgan kremniy atomlanining molekula holatida birlashib, atomlar to’plamini hosil qiladi). Kremniyga termik ishlov berish natijasida hosil bo’lgan oksid qatlamining lyuminesentsiya spektrida 2,2÷2,5 eV oraliq sohalarida turli spectral cho'qqilar kuzatiladi, ular kremniy nanokompozitlari uchun xarakterli bo’lib, kvarts oynasi spektrlarida bunday cho’qqilar kuzatilmaganligi tufayli kremniy nanoklasterlarining mavjudligidan dalolat beradi [51, 54, 63]. Keling birinchi namunada olingan katodolyuminesentsiya spektrlarini ko'rib chiqamiz. 3.1.2-a rasmda tabiiy oksid yupqa qatlami bilan qoplangan kremniy monokristalining nurlantirilmagan qismidagi katodolyuminesentsiya spektrini keltirilgan. Luminesentsiya spektrida 1.94, 2.25 va 2.65 eV energiya qiymatlariga mos keladigan uchta turli cho'qqilar kuzatilgan. Tabiiy oksid qatlamining qalinligi kichik bo'lganligi sababli, bu cho'qqilar juda ham kichik intensivlikka ega. Nurlantirilgan sohalarda qayd etilgan luminesentsiya spektri 2,25 eV energiya qiymatiga mos keladigan bitta yorqin chiziqni aniq kuzatilgan (3.1.2-b rasmga qarang), 1,94 va 2,65 eV energiya qiymatlariga ega bo'lgan cho’qqilar esa kuzatilmagan. Shuningdek, katodolyuminesentsiya spektrida 2,25 eV energiya qiymatiga mos keladigan cho’qqining yuqori intensivlikka egaligi lazer nurlari bilan ishlov berilgandan so’ng qayta kristallangan kremniy sirtida joylashgan oksid qatlamida kremniy nanoklasterlari hosil bo'layotganligidan dalolat beradi. [48, 55]. Nurlantirilgan sohalarda olingan oksidlangan monokristall kremniyning luminesentsiya spektrida, 3.1.2-b rasmda keltirilgani kabi, aniq ajralib turadigan 2,25 eV energiyaga qiymatiga mos keluvchi faqat bitta yorqin spektral cho’qqi kuzatiladi. Shuningdek, aynan ushbu cho’qqi 3.1.2-c rasmda ham kuzatilib, u tadqiq qilinayotgan tuzilmalar sezilarli miqdorda kislorod bilan boyitilgan nuqsonlar mavjudligi tufayli 1,97 eV energiya qiymatida spektral cho’qqi hosil bo’lishi bilan farq qiladi.
Lazer nurlari bilan ishlov berilgan oksidlanmagan kremniyning infraqizil nurlar oʻtishiga taʼsiri oʻrganilganda, nurlantirilmagan (3.1.3-rasm 1-egri chiziq) va nurlantirilgan (3.1.3-rasm 2-egri chiziq) kremniyda oʻtkazuvchanlik (η) qiymati sezilarli darajada farqlanashi 3-rasmda keltirilgan. 3.1.3-rasmdan l÷7 mkm gacha bo’gan oraliqda ikkala egri chiziqlarning yo'nalishi va qiymatlari yaqin ekanligini, shuningdek, λ ortishi bilan η ning qiymati sezilarli darajada, ya’ni to'lqin uzunligi λ = 10 mkm yetganida η ning qiymati 70% gacha, λ > 14,2 mkm qiymatlarda esa η ning qiymati 90% gacha ortayotganini ko’rish mumkin. Shunday qilib, kremniy monokristallar sirtinin lazer nurlari bilan ishlov berish, uning o'tkazuvchak qiymatini sezilarli darajada oshirishga olib keladi.

3.1.3-rasm. Nurlantirilmagan (1-egri chiziq) va nurlantirilgan (2-egri chiziq) oksidlanmagan kremniyda oʻtkazuvchanlikni to’lqin uzunligiga bog’liqligi.	3.1.4-rasm. Oksidlangan monokristall kremniyning o'tkazuvchanligi η ning infraqizil nurlar to’lqin uzunligiga bog’liqligi

3.1.4-rasmda termik oksidlash yo’li bilan olingan 0,3-0,4 mkm qalinlikdagi oksid qatlamiga ega bo'lgan monokristall kremniyning o'tkazuvchanligi η ning infraqizil nurlar oʻtishiga bog'liqligi (3.1.4-rasm 1-egri chiziq lazer nurlari bilan nurlantirilmagan va 3.1.4-rasm 2-egri chiziq nurlantirilgan namunalar uchun) ko'rsatilgan. η ning umumiy qiymati ikki qatlam – kremniy oksidi va kremniy tagligi mavjudligi bilan belgilanadi [56, 57]. Shuning uchun, namunaning o'tkazuvchanligi η ni λ to'lqin uzunligiga bo’liqligi so’nuvchi tebranma harakat shakliga ega yakuniy grafikni ko’rinishini qabul qiladi (3.1.4-rasm 1-egri chiziq). Lazer nurlari bilan ishlov berilgandan so’ng oksid qatlamiga ega bo'lgan monokristall kremniyning o'tkazuvchanligi η sezilarli darajada o'zgardi, ya’ni uning to'lqin uzunligiga bog'liqligining sekin orta boshlaydi. Yuqorida kuzatilgan so’nuvchi tebranma harakat shakliga ega bo’lgan grafik o'rniga o'tkazuvchanlikning monoton o'sishi va u λ = 18÷28 mkm oralig'ida to'lqin uzunligida 70% gacha ortganligi kuzatildi.
Monokristall kremniyga CO₂ lazer nurlari bilan ishlov berilganda namunalar sirtida tuzilmaviy deformatsiyalangan soha hosil bo'lishi va eritma sohalariga qo'shni joylarda plastik deformatsiyasiga olib keladigan katta elastik mexanik kuchlanishlarning paydo bo'lishi aniqlandi. Monokristal kremniyning panjara doimiysi o'zgarishi asosiy kristall panjarada mikrokuchlanishlar, y’ani kremniy sirtida yorug halqasimon mikrotuzilmalar yuzaga kelishi aniqlandi. Namunalarni lazer nurlari bilan ishlov berilgandan so’ng ularning katodolyuminesentsiya spektrida 2,25 eV energiya qiymatiga mos keladigan cho’qqining kuzatilishi va bu cho’qqining yuqori intensivlikka egaligi qayta kristallangan kremniy sirtida joylashgan oksid qatlamida kremniy nanoklasterlari shakllanishi haqida guvohlik beradi. Shuningdek, tadqiq qilinayotgan tuzilmalar sezilarli miqdorda kislorod bilan boyitilgan nuqsonlar mavjudligi tufayli 1,97 eV energiya qiymatida spektral cho’qqi hosil bo’lishi aniqlandi. Monokristall kremniy sirtini lazer nurlari bilan ishlov berish, uning infraqizil nurlarga nisbatan o'tkazuvchak η ning qiymati sezilarli darajada, ya’ni 70% dan 90% gacha oshirishga olib kelishi aniqlandi. Termik oksidlash yo’li bilan olingan 0,3-0,4 mkm qalinlikdagi oksid qatlamiga ega bo'lgan monokristall kremniy lazer nurlari bilan ishlov berilganda o'tkazuvchanligi η ni λ = 18÷28 mkm to'lqin uzunligi oralig'ida 70% gacha monoton ravishda ortishi aniqlandi.