II BOB. SiO2/Si TIZIMINIDA LAZER NURLARI YORDAMIDA MIKROTUZILMA HOSIL QILISH VA ELEKTROFIZIK VA FOTOELEKTRIK XOSSALARI 2.1. SiO2/Si tizimini mikrotuzilma hosil qilish uchun impuls tolali lazerining qo'llanishi Oxirgi o’n yil mobaynida nanokompozit materiallarni olish texnologiyalari jadal suratlar bilan rivojlanib bormoqda. Ushbu materiallar makroskopik (hajmiy) holatdagi moddalarning xususiyatlaridan sezilarli darajada farq qiluvchi noyob fizik xususiyatlarni namoyon etadi. Yarimo'tkazgichlarning nanoo'lchamdagi zarralari - nanoklasterlar va "kvant nuqtalari" ni o'z ichiga olgan nanokompozitlar alohida o'rin tutadi. Ushbu nanokompozitlar, birinchi navbatda, suqilma kremniy nanoklasterlarga ega bo'lgan keng sohali SiO2 dielektrik matritsasi bo'lgan materialni o'z ichiga oladi.
Mikrotuzilmalar hosil qilishning turli usullarini tadqiq qilish bilan bog'liq bo’lgan ko'plab eksperimental va nazariy adabiyotlar mavjud. Lekin lazer nurlanishining kremniyli mikrotuzilma va kremniy ikki oksidi (SiO2/Si) tizimiga ta'sirini o'rganish bo'yicha ilmiy ishlanmalar soni hanuzgacha yetarli emas. [31] ilmiy tadqqiqot ishida kremniy sirtida mikrotuzilmalar hosil qilish usullarini haqida qisqacha ma’lumotlar keltirilgan. Ushbu tadqiqot ishidan keyin o'tgan davr mobaynida lazer nurlanishining SiO2/Si tizimi bilan o'zaro ta'sirini o'rganish olib borilayotgan ilmiy tadqiqotlar salmog’i ma’lum miqdorda kengaydi [32-35]. 2008 yildan boshlab rossiyalik olimlar tomonidan yupqa qatlamli SiO2 plyonkalarida kremniy klasterlari bilan nanokompozitlarni shakllantirish usullarini ishlab chiqish bo'yicha qator tadqiqot ishlari olib bormoqda. Bunday yupqa plyonkalar (yuqori haroratli oksidlanish natijasida olingan kremniy ikki oksid plyonkali monokristall kremniy plastinasi) SiO2/Si tizimining ajralmas qismi hisoblanadi. Ta’kidlaganimizdek, rossiyalik olimlar nuqtai nazaridan SiO2/Si tizimida bunday nanokompozitlarni hosil qilishda lazer bilan nurlantirish usuli qo'llash eng istiqbolli va tejamkor uaullardan biri hisoblanadi. Ular ilmiy izlanishlar olib borishda tadqiqot ob’yekti sifatida sirti (100) kristallografik yo’nalisiga mos keluvchi KEF-4,5 kremniy plastinalarini termik oksidlash usulida olingan namunalardan foydalanganlar. Termik oksidlash usuli bilin olingan ikki oksid qatlamlarning qalinligi 100 nm atrofida ekanligi aniqlangan. Namunalar to'lqin uzunligi λ =1,06 mkm, impuls davomiyligi - 250 ns, impuls chastotasi - 200 Hz bo’lgan tolali YLP-lazer bilan nurlantirilgan. SiO2/Si tizimining eksperimental namunalari kritik, ya’ni taglikning alohida mikroskopik nuqtalarida kremniy erishi boshlangan (kremniy erishiga yaqin) qiymatidan kamroq bo’lgan zichligi (2÷4) 103 Vt/sm2 quvvat ulushlarida nurlantirildi. Nurlanish me’yori tanlash ikkita: to'g'ridan-to'g'ri lazer SiO2/Si tizimiga ta'sir etganda, uning chegara fazalararo elektrofizik kattaliklar qanday o'zgaradi va bu ta’sir qanchalik mahalliylashgan bo’ladi kabi muammoli holatlarning har biriga ishonchli va aniq yechimini topish orqali tanlab olingan. Shuningdek, lazer bilan nurlantirilgan eksperimental namunalarda sig'im-kuchlanish tavsiflari o'lchandi va tagliklarning nurlangan va nurlanmagan maydonlarining tuzilmaviy xususiyatlari qayd etilgan. Tuzilmaviy tadqiqotlar katodolyuminesensiya va qayd qiluvchi elektron mikroskopi yordamida amalga oshirilgan. Olingan natijalar SiO2 plyonkalarida silikon nanoklasterlar mavjudligini ko'rsatadi [36-39].
Tadqiqot ishining ushbu bo’limida SiO2/Si tizimining mikro tuzilishini o'rganish natijalari taqdim etilgan. SiO2/Si tizimini nurlantirish to'lqin uzunligi (λ =1,06 mkm), impuls energiyasi esa sezilarli darajada (1.0 mJ gacha) oshirilgan va impulsining chastotasi (50 kHz) bo’lgan IL-1-50 turidagi impulsli iterbiy tolali lazeri yordamida amalga oshirildi. Mikrotuzilmalarni hosil bo’lish jarayonlari yuqoridagi taqqiqotchilar tomonidan taklif etilgan fizik qonuniyatlar asosida tushuntirildi.
Taglik sifatida kristallografik yo’nalishlari mos ravishda (100) hamda (111) bo’lgani KEF-4,5 va KDB-10 markali monokristalli kremniy plastinalaridan foydalanildi. Ana shunday tanlab olingan tagliklarga 150 nm qalinlikdagi SiO2 qatlami termal oksidlanish usuli yordamida o'stirildi.
SiO2/Si tuzilmalari to'lqin uzunligi λ = 1062 nm va o’z-ozidan qutblanuvchi IL-1-50 impulsli iterbiy tolali lazer yordamida nurlantirildi. Lazer nurining nominal chiqish quvvati 50 Vt, impuls chastotasi 120 ns. Lazer 50 va 100 kHz (tajribada 50 kHz) ikkita impulsning chastotalariga ega. Maksimal chiqish quvvati 50 Vt bo'lgan impuls uchun nominal energiya 1,0 mJ ni tashkil qiladi. Nurlantirilgan namunalar yuqori aniqlikdagi raqamli videokamera bilan jihozlangan Carl Zeiss kompaniyasining Axio Cam 1ss3 optik mikroskopi yordamida kuzatildi.
SiO2/Si tizimining modifikatsiyasiga fokuslangan lazer nurlari quvvatini ta'sirini tadqiq qilish mobaynida, (2-4) 106 Vt/sm2 quvvatga ega lazer nurlanishi oldingi o’tkazilgan tajribalarda qo'llanilgan va kremniy plyonkani hech qanday talofatlarsiz SiO2 tuzilmasini modifikatsiyalash imkonini bergan bo’lsa, yangi tajribada esa kremniyning erishi va bug'lanishiga olib kelinish munosabati bilan plyonka ko’p talofatlarga uchraydi (2.1.1- a rasm) va talofatga uchragan sohaning diametri (139 mkm) fokusdagi nuqta diametridan (84 mkm) sezilarli darajada ortib ketadi. Shu sababli, [31] tadqiqot ishi mualliflari tomonidan tuzilmani nurlantirish me’yorlari tadqiq qilinayotganda birlashtiruvchi nurlarda nurlanish usulini tanladi. 1-b rasmda bir xil sharoitlarda ushbu usul bilan nurlantirilgan sohaning tasviri ko'rsatilgan.
