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

a

b

1.3.2-rasm. Issiqlik oqimining lazer nuri ta’siri energiyasiga bog‘liqligi: (a) n-turli kremniy uchun; (b) p-turli kremniy uchun

Olingan natijalardan ko‘rinadiki, ikki xil turli kremniy uchun lazer nuri energiyasining ortishi bilan issiqlik oqimi chiziqli ortib boradi. Shunday xulosaga kelish mumkinki, legirlovchi kirishmalar bor va fosfor kremniyning issiqlik xususiyatlariga katta ta’sir ko‘rsatmas ekan.
Ma’lumki, qisqa davomiylikli lazer impulslari ta’sirida kremniy sirtiga beriladigan harorat va termozo’riqish chiziqli bog‘lanishga ega. Shunday qilib, lazer nuri energiyasining ortishi bilan issiqlikdan kengayish hisobiga paydo bo‘ladigan deformatsiya kuchayib boradi va chiziqli nuqsonlar generatsiyalanadi. Agar plastina bir tekis qizdirilsa, erkin kengayish tufayli kuchlanishlar paydo bo‘lmaydi. Plastina notekis qizdirilganda issiq va sovuq joylar orasidagi bog‘lanish jismning erkin kengayishiga to‘sqinlik qiladi. Buning natijasida qattiq jismda xususiy termik zo‘riqishlar paydo bo‘ladiki, ular tashqi kuchlar qo‘yilmagan xolatda amal qiladi. Lazer nuri bilan ishlov berilganda qizdirish davomida haroratning muvozanatlashuvi va sovitish tufayli vaqtinchalik zo‘riqish mavjud. Dislokatsiyani ko‘chirish uchun yuqori energiyali konfiguratsiyadan o‘tishi ta’minlanishi zarur, bu esa ko‘chirish kuchlanishiga mos ko‘proq kuch sarflashni talab etadi [25]. Dislokatsiyani ko‘chirish uchun zaruriy minimal kuchlanish Payerls kuchlanishi deb ataladi. Plastinaga Payerls kuchlanishidan kattaroq termoelastik ta’sir bo‘lganda dislokatsiyalar kristall bo‘yicha ko‘cha boshlaydi, toki termozo’riqish Payerls kuchlanishidan kamayguncha (τ < τp) [25].
Payerls kuchlanishi quyidagi formula yordamida hisoblanishi mumkin:
_{ } (1.3.1)
Bu yerda G = 1,5×10¹¹ Pa – siljish moduli; b = 1,1 nm – Byurgers vektori; μ = 0,3 – Puasson koeffitsienti; d = 0,3 nm – sirtlararo masofa. Hisoblangan Payerls bareri p-tur material uchun quyidagiga teng: τ = 3,6868 × 10¹⁰ Pa
“ELCUT 5.8” dasturi monokristall kremniyda lazer nuri ta’sirida paydo bo‘ladigan yassi issiqlik zo’roqishlarini hisoblashga mo‘ljallangan. Buning uchun termoelastik model qurilgan va u harorat taqsimoti masalasi bilan bog‘liq. Modellashtirishda faqatgina yassi harorat deformatsiyasi e’tiborga olingan. Modelning yechimi izotrop materialdagi yassi deformatsiyaga tayangan:
_{ }, (1.3.2)
Bu yerda ΔT –deformatsiyalangan va deformatsiyalanmagan xolatlar orasidagi haroratlar farqi. Elastiklik nazariyasi tenglamasining xususiy yechimini ko‘raylik, unda ko‘chish μ, _{ } lar x₃ = z koordinataga bog‘liq emas deb tasavvur qilingan. Hisoblash uchun quyidagi parametrlar qabul qilingan: Yung moduli E = 1,5×10¹¹ Pa, ko‘chish moduli G = 6,02×10¹⁰ Pa, Puasson koeffitsienti μ= 0,3, issiqlik kengayish koeffitsienti α = 1×10^–6 1/K [27]. 1.3.3 va1.3.4- rasmlarda lazer nuri ta’sirida buzilgan joy markazidan kuchlanishning taqsimoti berilgan. Olingan natijalardan ko‘rinadiki, p-turli kremniyga E = 1000 mJ/cm² energiyali lazer nuri ta’sir qilganda 153,6 mkm radiusli krater paydo bo‘ladi. Dislokatsiyalarning yugurish masofasi 34,86 mkm ni tashkil etadi. Oqibatda, lislokatsiyalar ta’sir markazidan 188,46 mkm masofaga siljiydi. Yaratilgan modelning issiqlik parametrlarini o‘zgartirib, termoelastik kuchlanish Payerls to’siq balandligidan oshmaydigan qiymatlari tanlandi (τ_r = = 3,6868×10¹⁰ Pa).

1.3.3-rasm. n-tur kremniy sirtidagi termoelastik kuchlanishning sirtbo‘ylab taqsimoti (E = 1000 mJ/cm^2).

1.3.4-rasm. p-tip kremniy sirtidagi termoelastik kuchlanishning sirt bo‘ylab taqsimoti (E = 1000 mJ/cm^2)

n - va p - tur kremniy sirtidagi termoelastik kuchlanish taqsimotini taqqoslash orqali aniqlandiki, o‘rganilayotgan kristallarning issiqlik xususiyatlari bir biriga mos keladi. Energiyasi E = 1000 mJ/cm² bo‘lgan lazer nuri ta’sirida paydo bo‘lgan krater xududidagi emperature va termoelastik kuchlanishni modellashtirish natijalari 1.3.5-rasmda keltirilgan. Ko‘rinadiki, maksimal kuchlanishlar krater chegarasi bo‘ylab namoyon bo‘ladi.
Lazer nuri ta’sirida sirt harorati kremniyning plastiklik haroratidan yuqori bo‘ladi [28], shuning uchun termozo’riqish ta’sirida plastik deformatsiya va dislokatsiyalar shakllanishi kuzatiladi. Kiritilgan zo’riqishlar na faqat chiziqli nuqsonlar shakllanishini relaksiyalaydi, balki ularning kuchlanishli sohalarga ko‘chiradi. Agar relaksatsiya to‘la bo‘lmasa, keyingi yuqori haroratli toblashda dislokatsiyalar ko‘chishi kuzatiladi. Lazer nuri ta’siridan keyin namunalarda qoldiq termozo’riqish mavjudligini tekshirish uchun yuqori haroratli toblash me’yori o‘tkazildi [29]. Bunda kuchlanish relaksatsiyasi dislokatsiyalarning ko‘chishi yoki yangilarining paydo bo‘lishi hisobiga yuz beradi. Kuchlanishlar relaksatsiyasi chiziqli nuqsonlar ko‘chishining tugallanishi yordamida aniqlandi. Tadqiqot natijalari shuni ko‘rsatdiki, yuqoriharoratli toblashdan keyin dislokatsiyalar yugurish yo‘li ikki barobar oshgan. Kristallardagi chiziqli nuqsonlarning bunday o‘zgarishining kuzatilishi lazer nuri ta’siridan keyin termozo’riqishlarning to‘la relaksatsiyalanmaganligini ko‘rsatadi.

^a		b
1.3.5-rasm. Krater sohasida termozo’riqishlarning taqsimoti: namuna bo‘ylab harorat (a) va termozo’riqishlarning taqsimoti (b).

Bizningcha, kristallarni xona haroratigacha sovitilish vaqtida termozo’riqishlar dislokatsiyalarning ko‘chishi hisobiga relaksatsiyalanib ulgurmagan [30]. Shuning uchun keyingi toblash dislokatsiyalar harakatchanligini ta’minlagan. Shunga o‘xshash xolat sirtni lazer nurlari impulslari bilan nurlantirganda kuzatilishi ham mumkin.
Shunday qilib, lazer nurining ta’siri ostida material qisman bug‘lanadi va sirtda mexanik zo’riqishlar paydo bo‘ladi. Bunday zo’riqishlar chiziqli nuqsonlar shakllanishi va ko‘chishi hisobiga relaksatsiyalanadi. Paragrafda lazer nuri ta’sirida kremniy plastinasi sirtidagi kraterlar xududida dislokatsiyalarning taqsimlanish tasviri, issiqlik uzatilishi jarayoni va harorat kuchlanishi modellashtirish orqali o‘rganildi. Eksperimental natijalarni va qurilgan model bilan taqqoslash orqali lazer nurining turli quvvatlari uchun issiqlik oqimining qiymatlari olindi. Lazer nuri quvvatlarining ikki xil turdagi kremniy uchun mosligiga asosan, kremniydagi fosfor va bor kabi kirishmalar o‘rganilayotgan materialning issiqlik xususiyatlariga ta’sir etmasligi to‘g‘risida hulosa qilindi. Eksperimental natijalarni matematik model bilan taqqoslash orqali lazer nuri ta’sirida paydobo‘lgan krater xududida termoelastik zo’riqishlar taqsimoti aniqlandi. Lazer nuri energiyasining 666,7 mJ/cm² gacha ortishi bilan dislokatsiyalar yugurish yo‘lining ma’lum qiymatlargacha oshib borishi aniqlandi. Keyinchalik namunaning teshilishi bilan bog‘liq tarzda dislokatsiyalar yugurish yo‘lining kamayishi kuzatiladi. Bunday xolatda plastinani qizdirishga ketadigan issiqlik taglikka ketadi. Lazer nuri impulslari sonining ortishi bilan dislokatsiyalarni buzilgan joydan ko‘chish masofalarining bog‘liqligi aniqlandi. Keyingi izotermik toblash davomida dislokatsiyalarning ko‘chish masofalarning ortishi aniqlandi va bu lazer nuri ta’siridan keyingi qoldiq kuchlanishlar mavjudligi to‘g‘risida guvohlik beradi.