3.2. Lazer nurlari bilan Si, Ge va SiGe monokristallari sirtida nano va mikrokonuslarni shakllantirish Dissertatsiya ishining ushbu paragrafda Si, Ge va Si kabi elementar yarimo'tkazgichlar va ularning SiGe qattiq qorishmasi bilan lazer nurlarining o'zaro ta'siri, ya’ni yarimo'tkazgich sirtida nanokonus va mikrokonuslar hosil bo'lish mexanizmlari o’rganilgan. Shuningdek shakllanayotgan mikro- va nanokonuslarning yonbosh o'lchamini va geometrik shaklini lazer yordamida boshqarish imkoniyatlari ko’rsatib berilgan. Nanokonuslarning paydo bo'lishining asosiy sabablaridan biri yutilgan lazer nurlaridan harorat gradyentidan yuzaga keladi va atomlarning qayta taqsimlanishi natijasida kristall panjara plastik deformatsiyaga uchraydi. Tadqiqot natijalariga ko’ra ko'ra yarimo'tkazgichlar sirtida nanokonuslarning hosil bo'lish mexanizmi ikki bosqichda: birinchi bosqichda elementar yarimo'tkazgichlar uchun p-n o’tish birikmasi yoki SiGe qattiq qorishmasi uchun Ge-Si geteroo’tishlarining shakllanadi. Bunday shakllangan p-n- yoki geteroo’tishlar sirtida kuchli yutilgan lazer nurlalari tufayli haroratning o’zgarishi natijasida Ge va Si elementar yarimo'tkazgichlar va SiGe qattiq qorishmasining nurlantirilgan sohasida ichki nuqsonlarni hosil bo’lishi va ularning qayta taqsimlanishi; ikkinchi bosqichda, mexanik deformatsiya tufayli Si monokristalli sirtida yarimo'tkazgichlarda 1D sohasiga tegishli yangi turdagi kvant effektiga ega bo’lgan Ge nanokonuslarni shakllanishi asnosida sodir bo’ladi.
Shuningdek. Ni-Si tuzilmasi sirtida mikrokonuslarning hosil bo'lishi mexanizmlari ham kuzatilib, ular ham ikki bosqichda: birinchi bosqichda, kucli lazer nurlari ta’sirida Ni plyonkasining erishi va qorishmaning sirt taranglik kuchi tufayli Ni orollari hosil bo'lishi; ikkinchi bosqichda lazer nurlari ta’siridan keyin, ya’ni haroratni kamayishi natijasida Ni orollari mikrokonuslar shaklida o'sishi sodir bo’ladi.
So’ngi o’n yil mobaynida olib borilgan tadqiqotlar materialning erishiga olib kelmaydigan lazer nurlanishi ta’sirida konusga o'xshash nanotuzilmalarni olish imkoniyatlarini tasdiqladi [58]. Si monokristalini lazer yordamida yuqori intensivlikdagi nurlanish orqali, quyosh elementlari uchun ishlatilishi mumkin bo'lgan mikrokuslarning paydo bo'lishiga olib keladi [59]. Lazer nurlanishining yarimo'tkazgich bilan o'zaro ta'sirini tushunishning yetishmasligi lazer texnologiyasini mikroelektronikada qo'llashni cheklaydi. Demak, ushbu paragrafning maqsadi lazer nurlari bilan elementar yarimo'tkazgichlar (Si, Ge) sirtida nanokonuslarni va mikrokonuslarni hosil bo'lishining yangi imkoniyatlarini yaratish va ularning mexanizmini tadqiq qilishdan iborat.
Namunalarni nurlantirish uchun chastotasi 12,5 Hz, quvvati P = 1,0 MVt hamda to'lqin uzunligi λ = 1,064 nm bo’lgan Nd:YAG lazeridan foydalanildi. Lazer nurlari dog'ining diametri 3 mm bo'lib, namunalarni nurlantirish uchun bir nuqtali va-ko'p nuqta usuli qo'llanildi. Nanokonus hosil bo'lishining barcha tajribalari 1 atm bosim ostida, T = 20 ° C va 60% namlik bosimida o'tkazildi.
Nurlantirilmagan va nurlantirilgan Si-Ge, ya’ni sirtida hosil bo'lgan nanokonuslar shakllangan namunalarning voltampaer xarakteristikalari (VAX) tekshirildi. Omik kontakt sifatida namunalnining nurlantirilgan yuzasiga 99% qalay va 1% antimon qotishmasi, qarama-qarshi, ya’ni orqa tomoniga qalay foydalanildi. VAX ni tekshirish xona haroratida va atmosfera bosimida amalga oshirildi. Mikrokonuslarni hosil qilish jarayonlari to'lqin uzunligi λ=1,064 nm, impuls davomiyligi τ = 150 ms, chastotasi 12,5 Hz, quvvati P = 1,0 MVt va intensivligi I = 4 MVt/s Nd:YAG lazeri nurlarini sirti (111) kristallografik yo’nalishiga mos keluvchi monokristall kremniy tagliklariga d = 30 nm qalinlikdagi Ni qatlami o’tkazish yo’li bilan shakllantirilgan Ni-Si tuzilmalariga yo’naltirish orqali amalga oshirildi. Mikrokonuslarning hosil bo'lishining eng yuqori intensivligi 3,15 MVt/sm2 ni tashkil qiladi. Namunalar lazer nurlari yordamida skanerlash me’yorida 20 mkm qadam bilan ishlov berildi. Mikrokonuslarni shakllantirish bo'yicha barcha tajribalar xona haroratida T = 20 °C, atmosfera bosimi ostida va 60% namlik o'tkazildi. Mikrokonus hamda nanokonuslarning sirtiy joylashuvi, y’ani morfologiyasi, shuningdek, tashkillovchilarning kimyoviy tarkibini aniqlash bo’yicha tekshiruv va tadqiqot ishlari o’lchash imkoniyatlari 200 dan 1100 nm gacha bo’lgan Avantes AvaSpec-2048 spektrometri, elektron skanerlovchi mikroskopni (SEM) va Hitachi S-900 rentgen spektrometlari yordamida amalga oshirildi. Namunalarning fotolyuminsentsiya spektrlarini tekshirish uchun tajribalar Hamamatsu R928 foto detektori va 450 Vtli cho’g’lanma lampa hamda Fluorolog-3 qurilma majmuasidan tashkil topgan uskuna yordamida amalga oshirildi.
Nanokonuslarninf kvant effekti (KE) yarimo'tkazgichlarda eng ko'p o'rganilgan hodisalardan biridir. Yarimo'tkazgichlarda KE ning mavjudligi, ayniqsa, turli o’lchamdagi kvant nuqtalarda materialning fizik xususiyatlarini tubdan bir-birlaridan farqlanishi bo’yich bir qator tadqiqot ishlari olib borilgan. [60] ilmiy tadqiqot ishida noyob fizik hususiyatlarga ega bo'lgan yangi kvant tizimi, kvant konuslar kuzatildi. Ma'lumki, agar nanotuzilmada konusning radiusi Borning eksiton radiusiga teng yoki undan kam bo'lsa, kvant effekti sodir bo'ladi. Nanokonusning diametri uning balandligi d(z) ga bog'liq bo’lganligi tufayli nanokonlar tarmoqli man etilgan sohalarga ega bo’ladi. 3.2.1-a rasmda taglikdan konusning uchigacha asta-sekin o'sib boruvchi tarmoqli man etilgan sohalarga ega bo'lgan nanokonusning sxematik tasviri ko'rsatilgan. [61] ilmiy tadqiqot ishida ifodalangan formula orqali Si ning ta’qiqlangan soha kengligi nanokonuslar diametrining funktsiyasi sifatida hisoblanadi.
