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

a

b

2.4.1-rasm. Si monokristalida hosil bo’lgan nanokonuslarning sxematik tasviri. Taglikdan konuslarning uchigacha (a) nanotramoqlarning diametrini asta-sekin ortib boradigan man etilgan soha energiyasiga (b) bog’liqligi.

Ushbu kvant tuzilmalarining shakli bizga elementar yarimo'tkazgichlarda tasniflangan tarmoqli ta’qiqlangan sohalar olishga imkon beradi. Bunday kvant effektiga ega bo’lgan yarimo'tkazgichli materiallarning fizik xususiyatlari nanokonusning egrilik burchagiga kuchli darajada bog’langan. Shunday qilib, agar burchak 60 ° ga teng bo'lsa, u holda nanokonus kvant nuqta - 0D tizimidir; agar burchak 180° ga intilsa, u holda nanokonus kvant o’rasini hosil qiladi - 2D tizim; agar burchak 0° ga intilsa, u holda nanokonus sim - 1D tizimiga qilinadi. Eng qiziqarli holat shundaki, burchak 60° dan 0° gacha bo'lsa, u holda yarimo'tkazgichning tarmoqli ta’qiqlangan sohasi nanokonusning yuqori qismiga qarab asta-sekin o'sib boradi va bu yuqorida ifodlangan ketma-ket keluvchi sohalarni tuzilishiga olib keladi.
Optoelektronika qurilmalarida bundaq tasniflangan tarmoqli ta’qiqlangan sohasiga ega bo’lgan tuzilmalarni keng qo'llash imkoniyati ko'rsatilgan. Masalan, ikkala xususiyatga ega bo'lgan fotodetektor konusning tepasida "ochiq oyna" bo'lgan yoki yorug'lik tarqalish yo'nalishiga qarab selektiv spektral sezgirlikka ega bolometrik tipda va z-kordinatasiga bog'liq holda chiqarilgan to'lqin uzunligini asta-sekin o'zgartiradigan yorug'lik manbai bo'lishi mumkin.
Lazer nurlari yordamoda yarimo'tkazgichlar sirtida nanokonuslar paydo bo'lish mexanizmini tushunish fizika va nanotexnologiya uchun juda muhim vazifadir. Hozirda Si [62], Ge [63] va CdZnTe [64] va SiGe [65] qattiq qorishmalari kabi elementar yarimo'tkazgichlar yuzasida Nd:YAG lazer nurlanishi ta’sirida nanokonuslarni hosil qilish imkoniyatini keltirilgan. Roman spektrlaridagi PL spektrlarining "ko'k siljishi" va LO chizig'ining "qizil siljishi" hodisalari nanokonuslarda eksiton va fonon kvant effekti bilan izohlanadi [63]. Si nanokonuslaring spektridagi PL diapazonining assimetriyasi 1D darajali oralig'i tuzilishi shakllanishi bilan izohlanadi [62]. SiGe qattiq qorishmasi uchun nanokonuslarni hosil qilishning ikki bosqichli mexanizmi taklif qilingan [65]. Nanokonuslarning paydo bo'lishining birinchi bosqichi - bu termogradient effekt (TGE) deb nomlanib, u harorat gradient sohasidagi nuqtaviy nuqsonlarini (kirishma atomlari va ichki nuqsonlar - bo'shliqlar va tugunlararo atomlar) hosil qilish va qayta taqsimlashdan iborat [66]. TGE natijasida nurlantirilgan sohada yangi faza hosil bo'ladi, masalan, SiGe qattiq qorishmasi sirtida Ge fazasi [65], bu esa Raman spektrlarida kuzatilgan, ya’ni qaytadan taqsimlangan yangi LO chizig'ining paydo bo'lishi bilan tasdiqlangan.
Ikkinchi bosqich yuqori qatlamning mexanik plastik deformatsiyasi bilan ifodalanadi, bu yuqori qatlamni lazer yordamida singdirish natijasida nanokonuslarning paydo bo'lishiga olib keladi. Ushbu bosqich kvant nuqtalarining Stranski-Krastanov (SK) o'sish me’yoriga o'xshaydi. Jarayonlarning asosiy farqi - bu tuzilmaning bir hil bo'lmagan qizishi hisoblanadi. SK me’yorida bir hil harorat sohasidagi isitish sodir bo'ladi, ammo lazer yordamida qizdirilganda lazer nurlanishining ko'p qismi yuqori qatlam tomonidan so'riladi. Shu sababli, SiGe qattiq qorishmasida ko'rsatilgandek, nanokonuslar parametrlarini lazer intensivligi, to'lqin uzunligi va impulslar soni bo'yicha boshqarish mumkin [65]. Birinchi bosqich nanokonlarning o'sishi, ayniqsa toza elementar yarimo'tkazgichlar (Ge, Si) va birikmalarda (GaAs, CdTe) o'sish jarayonida yuz beradigan fizik jarayonlarni tushunish qiyinroq kechadi. SK o'sishi me’yorida ham, nanokonusli lazer bilan o'sish texnologiyasida ham asosiy qadam mexanik ravishda suzilgan qatlamlarning hosil bo'lishi hozir aniq. Elementar yarimo'tkazgichlar, masalan, Si va Ge kristallari uchun mexanik kuchlanish allaqachon p-n o’tishni hosil bo'lishi tufayli mavjud bo'lib, bu kirishma darajasi va kirish atomlarining o’rtacha diametriga bog'liq. Bundan tashqari, kuchli yutilgan lazer nurlari yordamida p-Si [69-71] va p-Ge [72] da p-n birikmasini hosil qilish imkoniyati ko'rsatilgan. Biz toza elementar yarimo'tkazgichlarda nanokonuslarni hosil bo'lishining quyidagi mexanizmini taklif qilamiz: birinchi bosqichda harorat gradyenti sohasida ichki nuqtaviy nuqsonlari paydo bo'lishi va qayta taqsimlanishi sodir bo'ladi.
Nuqsonlarning qayta taqsimlash tugunlararo atomlar nurlangan sirt tomon siljiganligi sababli sodir bo'ladi, ammo vakansiyalar teskari yo'nalishda - termogradient ta'siriga ko'ra yarimo'tkazgichning asosiy qismiga, ya’ni hajmga siljiydi. Ge kristalidagi tugunlararo atomlar n-tipli va vakansiyalar p-tipli ekanligi ma'lum bo'lganligi sababli [73], p-n o’tish hosil bo'ladi. Nd:YAG lazerining intensivligida nurlanishidan keyingi tok kuchining kuchlanishga bog’liqligi keltirilgan (3.2.2-rasmga qarang).

3.2.2-rasm. Germaniyning nurlanishdan oldingi va keying volt-amper harakteristikasi.	3.2.3-rasm. Yarimo’tkazgich sirtining atom kuchi mikroskopi tasviri.
3.2.4-rasm. Lazer nurlanishi ta’sirida yarimo’tkazgichlarda nanokonuslarning hosil bo’lish mehanizmi.

Hisob-kitoblarga ko'ra, ideallik koeffitsienti n, namumaga berilayotgan kuchlanishni ortishi bilan 2,2 dan 20 ga oshadi va potentsial to'siq balandligi Φ = 1,1 eV tengligi aniqlandi. To'siqning bunday potentsial balandligi, yuqori qavatdagi elektron energiyasini kvantlash natijasida geterotuzilmalari hosil bo'lishi bilan Ge kristalining ta’qiqlangan soha kengligidan oshmasligi (xona haroratida 0,67 eV) kerak ekanligini aniqlandi. Ushbu taklifning dalillari potentsial to'siqda fotovoltaik kuch yo'qligi. Katta ideallik koeffitsientini kristalning katta qalinligi taxminan 1 mm bo'lganligi va p-tipdagi kirishmalik sifatida bo'sh joylarning chuqur sathli (E_a = 0,2 eV) keltirib chiqaradigan qo'shimcha energetik soha bilan izohlash mumkin [73]. 
Jarayonning ikkinchi bosqichida yarimo'tkazgichlarning nurlangan yuzasida yuqori qatlamning plastik deformatsiyasi (n-tip) tufayli yarimo'tkazgich qattiq qorishmalari bilan oldingi holatda bo'lgani kabi nanokonuslar hosil bo'ladi (3.2.3-rasmga qarang). Ichki yarimo'tkazgichlarda lazer nurlanishida nanokonuslarning hosil bo'lish dinamikasi 3.2.4-rasmda keltirilgan.
Ma'lumki, Si sirtida mikronuslari tushayotgan yorug'likning 95% dan ortig'ini yutib olish imkoniyatiga ega [74], chunki mikrokonuslar orasida bir necha marta akslanadi va deyarli butunlay yutiladi va Si monokristalli ko'rinadigan yorug'lik nurlarining 30% gina qaytishi mumkin [75]. Mikrotuzilmali sirt oddiy ko'z bilan qaralganda to'liq qora rangga ega (3.2.5-rasmga qarang). Shuning uchun, mikrokronuslar bilan Si qora Si sifatida tanilgan [76]. Qora Si quyosh elementlari uchun ajoyib materialdir [22]. Mikrokonuslarga ega bo'lgan quyosh elementlaridan samaraliroq bo'lib, odatdagidan ko'ra ko'proq tok hosil qiladi.

2.4.5-rasm.Ni-Si tuzilmasining nurlantirilganidan keyingi tasviri.
3.2.7-rasm. Si sirtining mikrokonuslar bilan reflekslar spektri. 1. Si monokristali. 1.600 va 2.000 raqamli lazer impulslarini ta’sirida mikrokonuslar spektri. Nur tushish burchagi 90^0.
.	2.4.6-rasm. Ni-Si sirtining atom kuchi mikroskopi tasviri

Shuningdek, qora Si yordamida infraqizil detektorlar ishlab chiqarilishi mumkin, bu Si uchun yangi dastur [76]. Oddiy Si-ni impulsli femtosekundlik lazer ta'sirida hosil bo'lgan plazma [77, 78] yoki Si [79] da metall bilan kimyoviy bug 'ni o’tkazish orqali sirtni mikroreleftini qora Si hosil bo'lishi uchun ishlatiladi. Biz yangi lazer usulini taklif qildik, bu yuqorida aytib o'tilgan usullar bilan taqqoslaganda sodda va arzonroq [80].
Ni-Si tuzilmasini Nd:YAG lazer bilan nurlantirishdan so'ng, Ni-Si yuzasida yoriqlar paydo bo'lishi va kichik (bir necha mikron) Ni orollari shakllanishi kabi turli darajadagi zararlanishlar kuzatiladi (3.2.6-a shakl). Nd:YAG lazer intensivligi chegarasi, unda 3.15 MVt/sm² hajmdagi konusga o'xshash mikrokonuslarni o'z-o'zidan hosil bo’lishi Ni-Si qatlamlari tizimi yuzasida kuzatildi. Lazerning intensivligi va impulslar sonining yanada ko'payishi konusga o'xshash mikrokonuslarni shakllanishiga va konusning maksimal balandligi taxminan 100 nmni tashkil qildi. Tekshirilgan mikrokonus shakli va balandligi lazer nurlanishining intensivligini va bir qator impulslarni o'zgartirish orqali erishildi (3.2.6-b va c rasmlar) [80]. Optik akslanuvchi o'lchovlari shuni ko'rsatdiki, qora Si ning integral akslanuvchisi monokristall Si plastinasiga nisbatan 97,73% ga pastroq (3.2.7-rasm). Masalan, 500 nm bo'lgan spektrlarning ko'rinadigan qismida kremniyning aksi mikrokonuslar hosil bo'lgandan keyin taxminan 35% dan 1% gacha pasayadi.
Mikrokonuslarning hosil bo'lishining ikki bosqichli mexanizmini taklif qilindi. Birinchi bosqichda Ni yupqa plyonkasining erishi va lazer nurlari bilan ta’sir etilganda sirt taranglik kuchi tufayli Ni orollari hosil bo'lishi (3.2.7-rasm). Ikkinchi bosqichda stuzilmaning erishi va Marangoni effekti deb ataladigan sirt tarangligi gradiyenti tufayli ikkita material (Si va Ni orollari) orasidagi atomlararo massa uzatish [81]. Shunday qilb, eksperimental ravishda konusning o'lchamini va shaklini lazer nurlanishi va yarimo'tkazgich parametrlari bilan boshqarish imkoniyatini aniqlandi. Yarimo'tkazgichlarda nanokonus hosil bo'lish mexanizmi ikki bosqich bilan tavsiflanadi. Birinchi bosqich elementar yarimo'tkazgichlar uchun n-p o’tishni yoki SiGe qattiq qorishmasi uchun Ge/Si geterotuzilmasini shakllantirish bilan tavsiflanadi. Ikkinchi bosqich, siqilgan Ge qatlamining Si ustidagi mexanik plastik deformatsiyasi va elementar yarimo'tkazgichning siqilgan n-tipli yuqori qatlami natijasida nanokonuslarning paydo bo'lishi bilan tavsiflanadi. Mikrokonuslarning paydo bo'lish mexanizmi ikki bosqich bilan tavsiflanadi. Birinchi bosqich - Ni plyonkasini lazer nurlari bilan nurlantirishdan keyin eritishi va sirt taranglik kuchi tufayli Ni orollari hosil bo'lishi. Ikkinchi qadam - Ni eritishi va undan keyingi mikrokonuslar o'sishi bilan Marangoni ta'sirining namoyon bo'lishi.