Mikro va nanoelektronika

O‘ZBEKISTON RESPUBLIKASI OLIY VA O‘RTA MAXSUS TA’LIM VAZIRLIGI JIZZAX POLITEXNIKA INSTITUTI RADIOELEKTRONIKA KAFEDRASI M.X. Suyarova, A.I. Hamzayev «MIKRO VA NANOELEKTRONIKA» FANIDAN O‘QUV QO‘LLANMA Jizzax 2022 1 2 O‘quv qo‘llanma Jizzax politexnika instituti Ilmiy kengashida №BD5310800-3.14.02 raqam bilan 2021 yil «28» avgustdagi 1 qaror 1 ilova bilan ro‘yxatga olingan mikro va nanoelektronika fanining na’munaviy o‘quv dasturi va uning asosida tuzilgan ishchi o‘quv dasturi bo‘yicha ishlab chiqilgan. Fan bo‘yicha ushbu o‘quv qo‘llanma bakalavr bo‘yicha ta’lim olayotgan talabalar uchun mo‘ljallangan bo‘lib institut “Radioelektronika” kafedrasi Ilmiy-uslubiy kengashining 20__ yil “__” ___ dagi № __-yig‘ilishi qarori bilan tasdiqlandi. “Radioelektronika” kafedra mudiri: ___________ (Phd) J.Mustafoqulov Fan bo‘yicha ushbu o‘quv qo‘llanma “Energetika va radioelektronika” fakultet kengashida muhokama etilgan va foydalanishga tavsiya qilingan (20__ -yil “___” __ № ___ – sonli bayonnoma). Fakultet kengashi raisi: _____________ dots. U.M.Yarlakabov Ushbu o‘quv qo‘llanma Jizzax Politexnika instituti Ilmiy – uslubiy kengashining 20__ yil “ __ ” __ №__majlis bayonnomasi bilan tasdiqlangan. Jizzax politexnika instituti ilmiy-uslubiy kengash kotibasi: ____________________________katta o‘qituvchi: M.Matchanova O‘quv qo‘llanma JizPi ilmiy – uslubiy kengashi qarori №_____ bilan chop etishga tavsiya qilindi. «Mikro va nanoelektronika» fani bo‘yicha o‘quv qo‘llanma. Oliy o‘quv yurtining bakalavr bosqichida ta’lim olayotgan talabalari talabalari uchun mo‘ljallangan. Jizzax, 20__ yil 220 bet. 3 Tuzuvchilar: M.X. Suyarova -Jizzax politexnika instituti “Radioelektronika” kafedra katta o‘qituvchisi A.I. Hamzayev -Jizzax politexnika instituti “Radioelektronika” kafedrasi assistenti «Mikro va nanoelektronika» O‘quv qo‘llanma Jizzax – 2022 yil., 220 bet, 2021 -2022 o‘quv yili rejasi Xalq xo‘jaligining barcha sohalarida zamonaviy texnik bilim va malakaga ega bo‘lgan, tabiiy fanlarning fundamental bilimlarini o‘zlashtirib olgan, dunyo qarashi keng mutaxassis - kadrlarga bo‘lgan talab ortib bormoqda.Ishlab chiqarishning turli sohalarida faoliyat olib borish bo‘sag‘asida turgan bakalavriatlar o‘z sohalarida hozirgi zamon «Mikro va nanoelektronika»ning fizik asoslarini, zamonaviy sensorlarni,ularni tashkil etuvchi tarkibiy qismlari haqidagi ma’lumotlarni bilishlari shart. Shuning uchun ham bu qo‘llanma dolzarbdir. Bu qo‘llanmada mualliflarning maqsadi talabalarga fizik o‘lchashning zamonaviy usullarini hamda noelektrik kattaliklarni o‘lchash qurilmalarning ishlash usullari bo‘yicha bilimlarning nazariy asoslarini, asosiy tushunchalari va kategoriyalarini, qonunlar tamoyilini o‘rgatish, ularni amalda tatbiq etish ko‘nikmasini hosil qilish. Mazkur o‘quv qo‘llanma Oliy o‘quv yurtlarining bakalavriat yo‘nalishidagi 5310800 - “Elektronika va asbobsozlik” (еlektronika sanoatida) talabalariga mo‘ljallangan bo‘lib, Davlat ta’lim stantartlari talablariga mos holda na’munaviy dastur va o‘quv rejalar asosida bakalavrlar uchun ishlab chiqilgan. «Mikro va nanoelektronika» fani bo‘yicha o‘quv qo‘llanmadan noelektrik yo‘nalishidagi talabalar va texnikum o‘quvchilari uchun tavsiya etish mumkin. Taqrizchilar: A. Mustafaqulov - fizika-matematika fanlar nomzodi, dotsent, Jizzax Politexnika instituti ”Fizika”kafedrasi mudiri N. Taylanov fizika-matematika fanlar nomzodi, dotsent, Jizzax Pedagogika instituti “Umumiy fizika” kafedrasi - 4 I-BOB. KIRISH. FANNING MAQSADI VA VAZIFALARI 1.1 Kirish. Mikroelektronika va nanoelektronikaning rivojlanish bosqichlari . Yarimo‘tkazgich IMSlar analog mikroelektron apparatlar hisoblash texnikasi tizimlari va qurilmalarining element bazasini tashkil etadi. Mikroelektronika rivojining asosiy tendensiyasi integratsiya darajasini Mur qonuniga muvofiq orttirishdan iborat. Integratsiya darajasini oshirishning bitta yo‘li tranzistor tuzilmalarning o‘lchamlarini kichiklashtirishdan iborat. Bunda bipolyar IMSlar komponentalari birbiridan va yarimo‘tkazgich asosdan qo‘shimcha konstruktiv elementlar yordamida elektr jihatdan izolyatsiyalanadi. Komponentlar ichki ulanishlarni metallash yo‘li bilan funksional sxemaga birlashtiriladi, chunki ulanayotgan sohalar turli elektr o‘tkazuvchanlikka (elektron yoki kovakli) ega. Sxema elementlari o‘lchamlarining kichiklashishi (diod, tranzistor, rezistorlar) sxema zichligini oshiradi va, natijada, signal o‘tish vaqtini, ya’ni qurilmalar tezkorligini oshiradi. Integratsiya darajasining oshishi bilan kristalning o‘zaro ulanishlar bilan band pogon sig‘imga ega ulushi ortadi. Aloqa liniyasi S pogon sig‘imga ega bo‘lsin. Agar aloqa liniyasi uzunligi l bo‘lsa, va u orqali t sekund davomida amplitudasi U bo‘lgan impuls uzatilsa, har bir impuls bilan liniyaga P  (ClU 2)/t quvvat kiritiladi. Impuls quvvatini oshirib mantiq element qayta ulanish tezligini oshirishi mumkin. Sxemaga kiritilayotgan impuls quvvat oshirilishi bilan unda ko‘proq ajralayotgan issiqlikni olib ketish ham kerak. Shuning uchun zamonaviy sxemotexnik elektronika qurilmalarida axborotlarni qayta ishlash tezligi sekundiga 109 ÷ 1010 operatsiyadan oshmaydi. Bunday xarakteristikalar axborotlarning katta massivlariga real vaqt masshtabida ishlov berishga imkoniyat bermaydi (obrazlarni aniqlash, konstruksiyalarni sintez qilish, bilimlar bazasini boshqarish, sun’iy intellekt yaratish va x.z.). Elektronika rivojining tezkorlikni oshirishga yo‘naltirilgan alternativ yo‘llaridan biri an’anaviy elementlardan chetlashishdan va katta massivga ega axborotlarga ishlov berishda axborot tashuvchi sifatida qattiq jismdagi dinamik bir jinslimasliklardan foydalanishdan iborat. Bu bir jinslimasliklar dinamik deb atalishiga sabab shundaki, ular turli fizik hodisalar yordamida hosil bo‘ladi, siljishi, shaklini, holatini o‘zgartirishi, boshqa bir jinslimasliklar bilan ta’sirlashishi mumkin. [1] 5 1.1 – rasm. Nanoelektronika yordamida uyning elektr taminoti. IMSlarda komponentli tuzilishdan chetlashish va dinamik bir jinslikmaslilardan foydalanishga asoslangan yo‘nalish “funksional elektronika” nomini oldi. Funksional elektronika (FE) rivojlanishining boshlang‘ich bosqichida turibdi. FEning ko‘p qurilmalari mikroelektronikaning raqamli qurilmalari bilan ishlashga moslashgan. Ular birinchi navbatda yuqori tezkorlik va 105 ÷ 107 bit sig‘imga ega xotira qurilmalaridir. Funksional elektronikaning eng istiqbolli ba’zi asboblari ishlash prinsiplarini ko‘rib chiqamiz. Zaryad aloqali asbob (ZAA) (2.2 – rasm) yupqa dielektrik qatlam D bilan qoplangan va yuzasiga 12 ta boshqaruvchi metal elektrodlar tizimi joylashtirilgan yarimo‘tkazgich kristaldan (masalan r – turli) iborat. Shunday qilib 12 ta MDYa – tizim hosil qilinadi. Tizimlar soni N elementlar orasidagi 6 masofaga, yozuvchi impuls davomiyligiga bog‘liq bo‘ladi va N = 200 ga yetishi mumkin. Har bir elektrod kengligi 10÷12 mkm ni, ular orasidagi masofa esa 2÷4 mkm ni tashkil etishi mumkin. 1.2 – rasm. ZAA turkumidagi uch fazali siljituvchi registr tizimida zaryad ko‘chishi. Barcha elektrodlarga bo‘sag‘aviy kuchlanish U0berilganda dielektrik bilan yarimo‘tkazgich orasida kambag‘allashgan soha hosil bo‘ladi, bu soha potensial chuqur deb ataladi. Alohida elektroddagi kuchlanish qiymati axborotni saqlash kuchlanishi USAQ>U0 gacha o‘zgartirilganda, ushbu elektrod ostidagi kambag‘allashgan soha yarimo‘tkazgichning boshqa yuzalariga qaraganda “chuqurroq” bo‘ladi. Potensial chuqurda elektronlarni (paketini) to‘plash mumkin. Demak, MDYa – tuzilma ma’lum vaqtgacha potensial chuqurdagi zaryadga mos axborotni eslab qoluvchi element sifatida xizmat qilishi mumkin. Elektron paket dinamik bir jinslikmaslikni tashkil etadi. Elektron paketni saqlash jarayonida ma’lum elektrod (zatvor) ostida termogeneratsiya hisobiga qo‘shimcha elektronlar hosil bo‘lishi mumkin. Agar zaryad o‘zgarishining ruxsat etilgan qiymati 1 % ni tashkil etsa, axborotni saqlash vaqti esa bir necha sekunddan oshmaydi. Shuning uchun ZAA dinamik turdagi asbobdir. Birlamchi to‘plangan va ma’lum aniq potensial chuqur bilan bog‘liq zaryadlar, yarimo‘tkazgich sirti bo‘ylab potensial chuqur siljitilgan holda ko‘chirilishi mumkin. Buning uchun zatvorlardagi kuchlanishlar aniq ketma – ketlikda o‘zgartirilishi mumkin. Zaryadni ma’lum yo‘nalishda ko‘chirish uchun har bir elektrod uch fazali boshqarish tizimining F1, F2, F3 takt shinalaridan biriga ulanadi. Demak, ZAAning bir elementi uchta MDYa – tuzilmali yacheykadan iborat bo‘ladi. Agar ZAA qo‘shni elektrodlariga berilgan kuchlanishlar qiymat jihatdan bir– biridan farq qilsa, qo‘shni potensial chuqurlar orasida elektr maydon hosil bo‘ladi. Ushbu maydon yo‘nalishi shunday-ki, elektronlar kattaroq potensialga 7 ega sohaga dreyf harakat qiladi, ya’ni “sayozroq” potensial chuqurdan nisbatan “chuqurroq”qa ko‘chadi. Agar zaryad birinchi elektrod ostida to‘plangan bo‘lsa–yu, uni ikkinchi elektrod ostiga siljitish zarur bo‘lsa, unga kattaroq kuchlanish beriladi, bunda zaryad yuqoriroq kuchlanishli elektrod ostiga ko‘chadi. Keyingi taktda yuqoriroq kuchlanish navbatdagi elektrodga beriladi va zaryad unga ko‘chadi. Zaryad ko‘chirishning uch taktli tizimida 1,4,7,10 va shunga o‘xshash elektrodlar F1 shinaga, 2,5,8,11 elektrodlar F2 shinaga, 3,6,9,12 va shunga o‘xshash elektrodlar esa F3 shinaga ulanadi. Zaryadlarning elektrodlararo sirkulyatsiyasi barcha ZAAlar qo‘llanishlarning asosi hisoblanadi. Zaryadlarni ko‘chirish imkoniyati ZAAlar asosida siljituvchi registrlar va xotira qurilmalar yaratish imkonini beradi. Registr deb ikkilik kod asosida berilgan ko‘p razryadli axborotni yozish, saqlash yoki siljitish uchun qo‘llaniladigan qurilmaga aytiladi. Signalning zaryad paketlarini bir necha usullar bilan, masalan, r – n o‘tishdan zaryad tashuvchilarni metal elektrodlar ostiga injeksiyalash, MDYa – turdagi tuzilmada yuza bo‘ylab ko‘chkisimon teshilish yoki metal elektrodlar orasidagi aniq joylar orqali yorug‘lik kiritib elektron – kovak juftliklarni generatsiyalash bilan hosil qilish mumkin. Nomuvozanat zaryad hosil qilish va uni p – n+ o‘tishlardan foydalangan holda ZAAdan chiqarish usuli 8.17– rasmda ko‘rsatilgan. Elektronlar paketini birinchi zatvor ostiga kiritish uchun n+– ro‘tishga to‘g‘ri siljitish beriladi. Paket zaryadi qiymati kirish signali amplitudasi ortishi bilan p – n o‘tish VAXiga muvofiq eksponensial qonun bilan ortadi va uning uzluksizligiga bog‘liq bo‘ladi. Signal kiritishning ushbu usuli afzalligi – bir necha nanosekundni tashkil etuvchi tezkor ishlashidan iborat. Chiqishdagi n+– p o‘tishga teskari siljitish berilgani uchun 11 zatvordan 12 zatvorga o‘tuvchi elektronlar elektr maydon ta’siriga uchraydi va chiqish zanjirida tok impulsi hosil qiladi. ZAAning ikkita: axborot zaryadini saqlash va uzatish rejimlari mavjud. Ushbu turdagi ZAAlar uchun axborotni saqlashning maksimal vaqti 100 msek ÷ 10 sek ni tashkil etadi. Takomillashgan (yashirin kanalli va ikki fazali boshqaruvga ega ZAAlarda hamda kremniy oksidiga purkalgan kremniy nitridi Si3N4 li dielektrik qatlamli MNOYa – tuzilmalarda) yozib olingan axbortni saqlash vaqti bir necha o‘n ming soatlarni tashkil etadi. ZAAlarda yaratilgan xotira qurilmalar raqamli texnikada qo‘llaniladi va katta (8 ÷ 16 Kbit) sig‘imga ega. Hozirgi kunda radiochastota tizimlarini UKIS va GISlarni tadqiq etish istiqbollari va ishlab chiqarishga joriy etish talablari kundan kunga ortib 8 bormoqda. Shu bilan birga ularni turli xil binolar, avtomobillar, samolyotlar va boshqalarni loyixalashda keng qo‘llanilmoqda. Turli xil ob’ektlar bilan simsiz muloqatda bo‘lish va chiplarning arzonligi texnika taraqqiyoti bosqichida radiotexnik identifikatsiyalash (REID) jadal rivojlanish bosqichida namoyon bo‘ladi. Bunday tizimlarda talab deyarli barcha turdagi transport vositalari, savdo, chegara va ko‘riqlash xizmatlarida ishlatiladi. Bunday radiochastota identifikatsiyalash REID (tenglashtirish) tizimlari quyidagi rasmda ko‘rsatilgan. 1.3–rasm. Radiochastota identifikatsiyalashni amalga oshirish tizimi Bu tizimda sun’iy yo‘ldosh uzatuvchisi, GPS-qabul qilgich (transrorder), “Bluetooth” standartidagi REID qabul qilgich-uzatgich, paletta (vaqtinchalik) radionishon, bir kristalli GPS-qabul qilgich va REID qabul qilgich-uzatgich (ta’sir doirasi 50m), MEMS fazoviy korreksiya bloki, joylashtirish radionishoni, tovar belgisi radionishoni, uzatuvchi REID qurilmasidan (ta’sir doirasi 10m) tashkil topadi. Bu tizimlarning aksariyati ikkiyoqlama ishlatish imkoniyatiga ega, bunda qo‘riqlanayotgan territoriya monitoringi, personalni bir joydan boshqa joyga ko‘chishi tekshirishda va antiterroristik faoliyatda keng qo‘llaniladi. Ushbu tizimlar mobillik, intelektuallik va kosmik radioliniyalar orqali global ulanishga ega bo‘lishi turli texnik tizimlarni keng ko‘lamda rivojlanish o‘rnini belgilab beradi. Uning texnik ta’minotiga mobil apparatlarning GPS navigator tizimi, mobil tizimlardagi datchik komplekslaridan to simsiz sensor tarmoqlarining bog‘liqligini ko‘rishimiz mumkin. Ular ma’lumotlarni mustaqil 9 ravishda jamlaydi, saralaydi, qayta ishlaydi va uzata oladi. Kompyuterlarning avtonom ishlashi uchun kam energiya sarfi va past tan narxga ega bo‘lishi lozim. Individual simsiz aloqaning asosiy vositalaridan biri - mobil telefon hisoblanadi. Mobil telefonlar o‘zida sensor, chip laboratoriyasi, protsessorli videokamera, qabul qilgich-uzatgich, markaziy va multimediya protsessori, smart SIM, GPS xarita, DRAM, SRAM, UtRAM tizim xotirasi, GSM/GPRS modem, WCDMA CDMA larga ega bo‘lishi kerak. Sensor mikrokompyuterlari nafaqat atrof muhitni anglash, balki holatdan kelib chiqqan holda qaror qabul qilishi kerak. Yuqoridagi talablarni bajarish proaktiv konsepsiya tizimi yordamida amalga oshiriladi. Interaktiv tizimda inson va avtomatning o‘zaro ta’siridan farqli o‘lanroq, proaktiv tizimda inson bilan ta’sirlashish minimumga keltiriladi, tizim avtomatlashgan holda mustaqil ishlaydi. Bu esa tizimda inson o‘rnini radikal ravishda o‘zgartiradi. Sensor mikrokompyuterlar mustaqil fikrlash qobiliyatiga, ya’ni sun’iy intelektga ega bo‘lib, atrof muhit, texnik tizim yoki inson extiyojlarini oldindan monitoring o‘tkazish va tahlil qilish qobiliyatiga ega. Yuqorida aytilganlarni hisobga olgan holda avtomatlashgan tarmoq uzatgich-qabul qilgich, boshqaruv kompyuteri, avtonom kuchlanish manbai, sun’iy intelektga ega bo‘lgan 1mm3 tartibdagi “Zarrachalar” istiqboli juda yorqin deb xulosa qilish mumkin. Elektronikaning rivojlanishi asosan simsiz sensor tarmoqlarni ishlab chiqarish istiqbollarini beradi, bunda yuz milliardlab mikroskopik datchiklar o‘zaro va atrof muhit bilan ta’sirlashib, ko‘pgina foydali masalalarni yechishda qo‘l keladi. Yuqorida keltirilgan tizim konsepsiyasi simsiz proaktiv sensor tizimlarining o‘rnini belgilaydi va yuqori effektiv nanoelektron qurilmalarni yaratishga imkon beradi. 1.2 Tubdan yangi nanoelektron materiallar yaratish va olishning fizik asoslari. Nanotexnalogiyaning to‘la to‘kis va ravshan ta’rifi yo‘q va boz ustiga bo‘lishi ham mumkin emas. Ularning qo‘llanilish sohasi judayam keng. Bunda umumiy hol uchun (nano) o‘lcham yoki 10-9 metr, yana ham aniqroq aytganda nanometr darajasidagi texnologik jarayonlar ko‘zda tutiladi. Birinchi qarashda o‘lcham ahamiyatga ega emasdek tuyulishi mumkin biroq, <mikro> dan nanoo‘lchamga o‘tish bu birgina miqdoriy emas, eng avvalo sifat jihatdan o‘zgarish jarayonidir. Bunda inson atomlar darajasiga o‘tish orqali moddani 10 emas balki, alohida atomlarni manipulyatsiya qilishga kirishadi. Bunga mos keluvchi misolni tabiatdan tanlab olishimiz mumkin. Uglerod moddasi bu holda oddiygina grafik va boshqa holda esa tabiatning eng qattiq minerali olmos bo‘lishi mumkin. Buning sababi olmos atomlarining amalda ideal geometrik figura kub hosil qilib joylashganligidadir. Ma’lumki tarkibi bir xil, lekin molekulasidagi atomlarning fazodagi joylashuvi xar xil bo‘luvchi kimyoviy birikma (izomer) lar bir biridan keskin farq qiluvchi turli – tuman xossalarga ega bo‘lishadi. Albatta inson faqat kimyoviy jarayonlar kechishi uchun lozim bo‘lgan sharoitlarni xosil qilish yo‘li bilan sun’iy kimyoviy birikmalarni yaratishga erishgan bo‘lsada, lekin unda xar bir atom ustida bevosita operatsiya (amal) o‘tkazish imkoniyati mavjud emas edi. Garchi 1959yilda nobel mukofoti lauriyati Richard Feyman, < inson alohida atomlar ustida turli amallar bajarish (manipulyatsiyalash) ni o‘rganganidan so‘ng, o‘zi istagan xar qanday moddani bemalol sintez qila oladi> deb bashorat qilgan bo‘lsada nanotexnalogiyaning paydo bo‘lishidagi birinchi amaliy qadam 1981 – yilda yaratilgan ko‘chirib oluvchi (skanerlovchi), tunelli mikroskop bo‘ldi. IBM ning shvetsariya bo‘limidagi ikki olim G. Binning va G. Roged 1981- yilda yuzalar mikrorelyefini o‘lchash muammolari bilan shug‘ullanib, materialning yuzasidagi yakka atomlarni xam farqlash qobiliyatiga ega bo‘lgan tunelli mikroskopni yaratishga sazovor bo‘ldilar. Bunda mkroskopning ajrata olish qobiliyati bir necha nanometrni tashkil etadi. Tunelli mikroskopning o‘ziga xos tomoni shundan iboratki, uning kichik kuchlanish beradigan o‘tkir ignali uchi material sirtida undan taxminan bir nanometr masofada yurib harakatlanadi. Undan yuzaga elektronlar kvant bo‘shlig‘i (tunel) orqali o‘tib qiymati igna va yuza orasidagi masofaga bog‘liq bo‘luvchi kichik elektr tokini hosil qiladi. Bu masofaning o‘zgarishi esa tokning sezilarli o‘zgarishiga sabab bo‘ladi. Olimlarda bundan so‘ng materialning yuzasidagi yakka atomlarning farqlash imkoniyati paydo bo‘ldi. Lekin mazkur mikraskopning asosiy qiymati bundaz emas, nisbatan oddiy konstruksiyali uzilishga ega bo‘lgan bu tunelli mikroskop nafaqat <ko‘rish> va balki yakka atomlarga tasir qila olish qobiliyatiga ega ekanligini nomoyon qildi. natijada qatiy belgilangan atomlardan inson tomonidan belgilangan arxitektura xosil qilib, tayinli parametrlarga ega bo‘luvchi, istalgan bir moddani yaratish imkoniyati qo‘lga kiritldi. 1986- yilga kelib, tunelli mikroskopdan farqli nafaqat o‘tkazgich va balkim istalgan mikroskop (AQSH) yaratildi. O‘tgan asr to‘qsoninchi yillarning o‘rtasida nanotexnalogiya ishlab chiqarishga kirib keldi. Bugungi kunda nanotexnalogiya bilan 11 shug‘ullanmaydigan birorta yirik IT kompaniya mavjud emas. Bu tarmoqni moliyalashtirish uchun ajratilgan sarmoyalar yiliga milliardlab dollorni tashkil etmoqda. Intel, AMD, IBM, SAMSUNG va ko‘pgina boshqa korporatsiyalar bu sohaning yetakchilari hisoblanishadi. Mikroelektronika asta sekin nanoelektronikaga o‘tib bormoqda. 2004 –yildan boshlab protsessor tayyorlab beruvchilarning amalda hammasi 90 nano metrli texnik ishlab chiqarish jarayoniga o‘tib bo‘lishdi. Masalan INTEL pentium 4 (protsessor yadrosi prescott) shunday rejimlarning soni geometrik progressiya bilan ko‘payuvchi, yanada kata qiymatga ega taktli chastatalar ishlatishni talab qiladi. Shu tufayli elementlarning o‘lchamlari doimo kamaytirib borilmoqda bugungi kunda tranzistorlar uchun minimal o‘lcham chegarasiga yetib keldik deyish munkin. Chunki ularning amaldagi o‘lchamlari bir necha o‘n atom o‘lchamiga mos keladi. Yarim o‘tkazgichlarni turli o‘zga aralashtirmalar bilan qoplashning zamonaviy litografik shablon usuli o‘zining texnalogik to‘yinish chegarasiga yaqinlashdi. Garchi o‘lchamlarni kichraytirishning hali bir qadam imkoniyati bor bo‘lishidan qat’iy nazar fotolitografiya o‘zining prinsipial poyoniga yetdi. Buning ustiga, bugunda fotolitografiya texnologiyalari faqat planar (yani, barcha elmentlar va o‘tkazgichlar birgina tekislikda joylashuvchi) sturukturalarnigina ishlab chiqarishga imkon beradi. Bu esa o‘z navbatida sxemotexnikaga ma’lum cheklashlar kiritishini talab qiladi. Texnalogik nuqtai nazardan uch o‘lchamli, ko‘p qavatli sxemalar yaratish, (bundagi doid va tranzistorlarning o‘lchamini molekula o‘lchamiga qiyoslash mumkin) imkonini beruvchi nanotexnalogik usullar, shubhasiz ancha ilg‘or hisoblanadi. Nanotexnalogiya eng avvalo nanoelektronika timsolida o‘z tadbig‘ini topdi va ayni paytda bu sohadagi ishlab chiqarish jarayoniga qo‘llanilish ko‘lami bilan xam alohida ajralib turibdi. Biz kelajakda nanotexnalogiyadan nima kutishimiz mumkin? Modda bilan erkin tasirlasha oladigan atom quvvatlagich. Rostini aytganda nanotexnalogiyalardan olamshumul muammolarni hal qilish yo‘lida foydalanish imkoniyati xaqida umidlar juda kata. Bu sohada xar birimiz uchun eng yorqin va ko‘ngilga yaqin prognoz bu nanotexnologiya tufayli inson tanasining amalda xech qachon qarimasligidadir. Olimlarning e’tirof etishicha bunda o‘z –o‘zini ko‘paytira olish xususiyatiga ega bo‘lgan nanorobot (molekula o‘lchamidagi mitti mashina) lar asosiy rolni o‘taydila. Nanorobot atomlarni qurilish materiallari sifatida ishlatib, inson uchun nimaiki lozim bo‘lsa barchasini ishlab chiqaradi. Ochlik, kasalliklar, atrof muhitning 12 ifloslanishi va barcha shu kabi illatlar o‘tmishga aylanadi. Odamlar dam olib, nanorobotlar ish bilan band bo‘ladilar. Nanomashina (ularni axborot vositalarida turlicha atashadi: nanobot, nanorobot, molekulyar mashina) lar yasash g‘oyasi juda va mantiqan benazir. Gap shundaki nanodarajada materiya ustida amal bajarishda ishlab chiqaruvchilar uchun <qalin barmoq > lar muammosi tug‘iladi. Agar xatto inson soch tolasining diametri, bu bir necha nanometr ekanligini nazarda tutsak, unda nanometr bilan operatsiya o‘tkazuvchi asbob qanday bo‘lishini tasavvur qilib ko‘ring. Bugun biz alohida atomlar ustida amallar bajara olamiz, biroq <avtomatlashtirish> rejimiga o‘tmay turib, biror murakkab matox, (detal) ni yasash amri maxol, chunki atomlar son – sanoqsizdir. Oddiy, lekin boshqariluvchi va yana aynan aksustik, elektromagnit va boshqa signallar bilan, boshqariluvchi mexanizmlar yaratish orqali o‘ziga xos <minni yig‘uvchi-konveyer> sexini ishga tushurish maqsadga muvofiqdir. Nano kompyuterlar boshqaruvchi ostida o‘ziga monandlarini va yoki o‘zidanda murakkabroq strukturalarini barpo qiluvchi nano mashinalarning tabaqalashtirilgan butun boshli oilasi yaratish ishini taxmin qilinmoqda (kutilmoqda). Nanokompyuterlarning yaratilishiga monelik qiluvchi prinsipial yoki fantastik qiyinchiliklar mavjud emas, uning eng faol elektron elementlari allaqachon labaratoriya sharoitiga tayyorlanib, ular ustida sinov tadqiqotlari olib borilmoqda, ba’zi hisob–kitoblar molekulyar robotlarning yaqin o‘n yillar ichida paydo bo‘lishidan darak beradi. Ularning yordamida barcha kasalliklarga (eng avvalo qarish bilan bog‘liq bo‘lganlariga) yoki xech bo‘lmaganda ularning katta qismiga butunlay barxam beriladi. Yana bunda gap oz emas, ko‘p emas indivudial barxayotlik (ya’ni xech qachon o‘lmaslik) haqida bormoqda. Turli muloxazalarga ko‘ra, bu yigirma birinchi asrning uchinchi yoki to‘rtinchi choragida ya’ni maksimum 50 – 75 yildan so‘ng sodir bo‘ladi. Nanotexnalogiyani tadbiq qilish oqibatida qanday taxdid va muammolar tug‘iladi? Har qanday yangi texnalogiya albatta o‘zi bilan ajoyib yangi mazmun moxiyat olib keladi, lekin u doimo salbiy oqibatlarlarni keltirib chiqaryapdi. Tinch maqsadlarda ishlatiladigan atomning porloq istiqbolini kim ham eslamaydi deysiz. Poliz zararkunandalariga qarshi <zararsiz> changlashlar orqali yangi kurash usulinichi? Nanotexnalogiyalardan birinchi bo‘lib, xech shubxasiz xarbiylar foydalanishga intilishadi. Olimlar nimaiki ixtiro qilishmasin baribir u avval qurol uchun, so‘ngra esa boshqa yaroqlar uchun qo‘llaniladi. Nanotexnalogiyalar tufayli qurollar mutlaqo yangi turlari – shu qatorda ximoya vositalari xam paydo bo‘ladi. Albatta nanotexnalogiyalar 13 tadbiq spektrining harbiy tahkil etuvchisidan qo‘rqish kerak. Lekin ayni paytda taraqqiyotning ba’zi yo‘nalishini ham to‘xtata olmasligimizga aqlimiz yetadi. Inson o‘zi azaldan shunday yaralgan. Nanotexnalogiyalar insoniyatning butun borlig‘iga kuchli va xar tomonlama, (ya’ni total) ta’sir ko‘rsatadi. Uning oqibatlari odamzod Hozirgi kungacha boshidan kechirgan, industrial inqilob (texnika va texnalogiyaning keskin taraqqiyoti) oqibatlaridan keskin tarzda va sezilarli marraga ustunlik qiladi. Misollarga murojaat qilamiz: Biz xammamiz sevadigan avtomobillar ommaviy harakat vositasiga aylangach atrof muhitni bulg‘ab unga global masshtabda ekologik xavf sola boshladi. Chunki biz ishdan chiqqan yaroqsiz avtomobillarni to‘la xajmda utilizatsiya qila olmaymiz, ulardan chiquvchi zaxarli gazlarni esa bu o‘rinda aytmay qo‘ya qolaylik. Uy bekalari juda maqul ko‘rib ishlatadigan salafanli paket jildlar atrof muhit uchun haqiqiy ofat sanaladi. Chunki tabiat – kimyogar texnologlar ijodini bu xosilini tez va to‘la utilizatsiya qilish bo‘yicha o‘z mexanizmiga ega emas. Tasavvur qiling, ertangi kunga kelib, ommaviy tarzda zanglamaydigan, eskirmaydigan, yemirilmaydigan, olmos singari qattiq xossalarga ega bo‘ladigan, qulay va amaliy jihatdan maqul nanomateriallar yaratildi. Endi mana shu maxsulotni oddiy va sinovdan o‘tgan tabiiy va utilizatorlar - cherish va parchalanishi yordamida utilizatsiya qilishga urinib ko‘ring. Nanotexnalogiyalarni tadbiq qilishning ekologiyadan tashqari o‘ziga xos maishiy, etikaviy va xali xal qilinmagan boshqa muammoviy jixatlari xam juda ko‘p. Nanotexnalogiya: birinchi qadamlar. Albatta, taxmin bashorat va nazariy baxolashlar o‘zi yo‘li bilan, lekin barchani eng avvalo nanotexnalogiyalarning bugungi kunda bevosita qo‘lga kiritilgan yutuqlari qiziqtiriladi. Ehtimolki <birinchi qadam> larning eng yorqin ta’suroti deyarli nanotexnalogiya asosida - INTEL va boshqa kompaniyalar tomonidan ishlab chiqarilgan protsessorlar bo‘ldi, desak adashmaymiz. Keying yillar CRI ishlab chiqarishida do – nanometrli tex protsessor, grafiklovchi protsessor va xotira mikrosxemalarining o‘zlashtirilishi bu soha uchun hal qiluvchi axamiyatga ega. Nanotexnalogiyalarning dunyodagi <birinchi qadamlar> ini izchil kuzatmoq uchun bu soha uchun yig‘ilgan yangiliklarga nazar solaylik. 1.3 Nanometrlar dunyosidan yangiliklar Nanotexnalogiyalarning eng baland parvoz bir orzu <ambitsiya> si sanalgan molekulyar masshtabdagi matorlarni yasash birinchi bo‘lib amerikalik olimlar tomonidan ro‘yobga chiqarildi. Berklidagi koliforniya universitetinig 14 tadqiqotchilari Aleks Uettil va Adam Fenimor eng kichik elektr uskunasini yaratdilar. Soch qistirgichning o‘tkir uchida shunday qurilmaning milliontasi joylashadi. U to‘rt millimetr kvadrad yuzali kremniyli chipga maxkamlangan. Motorning o‘zi ancha kichik bo‘lib, uning o‘qining diametrik 20-40 nanometrni tashkil etadi, xolos. Rotorning umumiy diametri taxminan 400 nanometr. Motor statistik elektr zaryadlari hisobiga ishlaydi. Uskunaning o‘ta muxim, xal qiluvchi elementi ichma – ich devorli nanoquvirdir. Bu quvirlar koktel ichish uchun ishlatiladigan uzun, ingichka naycha shaklini eslatadi. Bunda ichki quvir o‘q bo‘lib boshqasi esa tashqi tayanch bo‘lib xizmat qilishadi. Motor shunchalik kichikki uni yaratgan olimlarning o‘zlari xam Hozirgacha uning aynan qanday ishlashini bilishmaydi. <U to‘ntarilayapti yoki aylanayaptimi tasavvur qilish qiyin. Biz hozirda uning ishlash prinsipini o‘rganayapmiz. Uning har bir harakatini 33–milli sekund vaqtdan oldinroq bajarishi bizga ma’lum. Bu biz uni ishlab olishimiz uchun chegaraviy tezlik hisoblanadi. Lekin biz hozirga qadar nanomasshtabda nima sodir bo‘lishini ishonchli tarzda ko‘rsata olmadik> – deb izoh berishgan kashfiyot mualliflari. Oxirgi yillarda uglerodli nanoquvirlar materialshunoslik dunyosida eng mashxur tarkibiy ashyoga aylandi. Bu devorli nanoquvurlar bu uglerod atomidan bino bo‘luvchi mikroskopik spirallardir. O‘zining o‘lchamlari va uglerodning tabiiy xossalari tufayli bu quvurlar tokni misnikadan issiqlikni esa olmosnikidan yaxshi o‘tkazishadi. Bo‘yoq yoki plastmassaga bu materiallarda elektr o‘tkazuvchanlik xossasini hosil qilish uchun, nanoquvirlarni qo‘shib kiritishni ularning birinchi tijorat tadbig‘i sifatida baxolanmoqda. Bu ba’zi buyumlardagi metaldan tayyorlangan dellarni polimerlar bilan almashtirishga imkon beradi. Joriy yilda CNI kompaniyasining nanoquvirlar asosida ishlab chiqaradigan asosiy maxsuloti elektr o‘tkazuvchan polimerlardan iborat bo‘ladi. Bundan tashqari uglerodli nanoquvirlar aralashmasidan tayyorlangan qoplama statistik zaryadlarni chetlashtirish yoki radar signalini yutish uchun ishlatilishi mumkin. Yaqin yillar ichida nanoquvirlar optik to‘la tayyorlash yoki amaldagi tranzistorlar va mikrosxemalarni almashtirishda qo‘llanilishi mumkin bo‘ladi. U qimmat material Hozir CNI uni 500 dollar narxda sotadi. Nanotexnalogiyalar nanomashinalar uchun yo‘l solmoqda Kaliforniyaning San–Fransisko shaxrida bo‘lib o‘tgan Nanotech 2003 konferensiya qatnashchilari yaqin o‘n yil ichida nanotexnalogiya rivoji tufayli quyidagilar yaratilishiga umid bildiradilar: 15  Kosmik yo‘ldoshning bir marta ishlatadigan uzatgichi  Meditsinaviy tahlil (analiz) uchun arzon uskunalar.  Buyumlarni avtomatik hisobga oluvchi uskunalar.  Yo‘llardagi hodisa va holatlarni kuzatuvchi datchiklar. Berklidagi Koliforniya universitetining professori Albert Pizano «Nanotexnalogiya o‘lchamlari 100 nm dan katta bo‘lmagan uskunalarni yaratish haqidagi fan bo‘lib, u kompaniyalarga yanayam ilcham va arzon nanomaxsulotlar tayyorlash imkonini beradi, bu esa o‘z navbatida yangi bozorlarning shakllanishiga olib keladi»- deb aytdi. Nanozarrachalar-qalloblar bilan kurashadi Diametri bir necha nanometrni tashkil etuvchi magnitli zarrachalardan ora-sira almashtirib tayyorlangan shtrix kodlar yordamida qalbaki mol yoki xujjatlarni tez va oson aniqlash mumkin. Darema universitetidan Rasel Kaubern qalbakilashtirishning oldini oladigan yangi texnalogiya tarkibida nikel va temir aralashmasi (permaoy) taklif etdi. Mikrosxemalar xuddi shu tariqa bosib (ishlab) chiqariladi. Har bir bosilgan nusxa undagi magnitli zarrachalarni alohida o‘zgacha tarzda joylashtiriladi. Shu sababli xar bir bosilgan nusxa yagona bo‘lib, u boshqalaridan o‘zining magnit maydoni bilan farqlanadi. Shtrix kodini aslligini bilish maqsadida uni o‘lchash qayd qilish va tekshiruvdan o‘tkazish mumkin. Turli magnit maydonlari yorug‘lik bilan turlicha ta’sirlashadilar. Shuning uchun qutblangan lazer nurining shtrix koddan qaytishi uning magnit xossalarini aniqlashga imkon beradi. Tafsilotlardan xar bir shtrix kod bilan bog‘liq bo‘luvchi ma’lumotlar bazasini tuzish mumkin. Yangi uskuna shtrix kodini tekshirish chog‘ida uning magnit maydonini o‘lchaydi va undagi shifrlangan sonni o‘qiydi. Skaner ma’lumotlar bazasi bilan solishtirib, uning mazkur shtrix kodga mos kelishini tekshiruvdan o‘tkazadi. Bu mashg‘ulot bir necha sekund vaqtni oladi. Tizimning xavfsizligi shu narsa bilan bog‘liqki bu turdagi shtrix kodlarni oldindan maqullangan xarakteristikalar asosida buyurtma berib tayorlatish mutloqo mumkin emas. Bunday sharoitda sezdirmay ish ko‘rishlari uchun qalbakilashtiruvchilarga faqat ma’lumotlar bazasini buzishgina qoladi, holos! Qalbakilashtirish yo‘llaridan biri mahsulotini orginal kodini boshqasiga yopishtirish hisoblanadi. Agar shtrix kodlar boshqa buyumga ko‘chirib yopishtirish bilan o‘z o‘zidan parchalanib ketadigan matirialga bosib chiqarilsa bu muammo oson hal bo‘ladi. Skaner va ma’lumotlar bazasi oddiy player 16 o‘lchamidagi uskunaga joylashadi, shu sababli amalda mahsulotlarni istalgan vaqt va joyda tekshirish mumkin. Nanoyoqilg‘i sinovlarga tayyor Yoqilg‘i paydo bo‘lgan o‘sha zamonlardan beri yoqilg‘iga g‘aroyib aralashmalar qo‘shish orqali ularni sariflanishini keskin kamaytirish, ular tufayli yuzaga keladigan ifloslanishlarni oldini olish haqida tinmay so‘z boradi. Xo‘sh, mazkur sohaning bugingi kuni va ertangi istiqboli qanday? Dizel yoqilg‘isiga qo‘shiladigan aralashma (u envirox deb nomlanadi) Oksfort universiteti qoshida mavjud bo‘lgan Oxonica firmasi tomonidan ishlab chiqarildi. U dizel va xavo orasidagi yonish reaksiyasini tezlatish xususiyatiga ega bo‘lgan seriy oksidining mitti zarrachalaridan iborat. Undan ajralib chiqadigan kislorod tufayli uglerod monoksidi va uglevodorodlar gazlari tokim is gazigacha oksidlanadi. Bundan tashqari u jarayon ajralib chiqishining oldini oladi. Natijada deyarli gaz chiqarmay toza yonish va dvigatel silindrining devorlarida cho‘kib, qoluvchi uglerodning keskin kamayishiga erishamiz. Seriy oksididan foydalanish g‘oyasi yangi emas lekin, Hozirgi kungacha uning asosida tayyorlangan birorta maxsulot xam uning talablariga mos kelmadi. Envirox zarrachalarining o‘lchamlari juda kichik (10 nm chamasida) bo‘lgani uchun moddalar bir–birlariga kattaroq sirtlar bilan tegishish imkoniyatiga ega bo‘ladilar. Shu sababli, uni shunga o‘xshagan boshqa aralashmalarga nisbatan 10 marotaba kamroq ishlatishga to‘g‘ri keladi. Bundan tashqari mayda zarrachalar yoqilg‘ida bir tekis taqsimlanadi. Nanotexnalogiya rak bilan kurashishga yordamlashadi Intel korporatsiyasi va FRED XAMCHINSON nomidagi Onkologiya markazi, Intel korporatsiyasi tomonidan rakni o‘rganish, tashxis qo‘yish va uni oldini olish bo‘yicha yanada effiktiv usullarni yaratish yo‘lidagi nanotexnologiya sohasida erishgan yutuqlariga asoslanib, xamkorlikda amalga oshiruvchi, yangi tadqiqod loyixasini e’lon qildi. Loyiha doirasida Intel korporatsiyasi meditsinaviy mitti nusxa (masalan bir tomchi qon quyishmasi) larni lazer nuri bilan yoritib, undagi muayyan molekulalarning kimyoviy strukturasini akslantiruvchi ta’sir beradigan INTEL RAMAN BIONALYZER SYSTEM nalitik qurilmalarni yaratadi. Oldindan yarim o‘tkazgichli kristallardagi mikroskopik defektlarni kuzatish uchun foydalanilgan bu texnalogiya kasillikning eng kichik belgilarini aniqlashga qodirligini o‘rganish bu ishning asosiy maqsadi hisoblanadi. Bu qurilmaning ishlash prinsipi kombinatsion sochilish spektrometriyasiga asoslangan lazer nuri ta’sirida 17 o‘rganilayotgan moddani molekulalari o‘zidan yorug‘lik nurini chiqaradi. Uning spektrini raman spektrometridagi datchiklar qayt etadi. Har bir modda o‘zining kimyoviy strukturasiga bog‘liq holda boshqalaridan mutlaqo farq qiluvchi, ya’ni o‘zgacha raman spektoriga ega bo‘lib, bu o‘ziga xos shtrix kod vazifasini o‘taydi. 1.4 Nanotexnalogiyaning istiqbollari Bugun nanotexnologiyaning quyidagi ustuvor rivojlanish yonalishlari mavjud: 1. Tibbiyot. Odamning tanasida paydo bo‘ladigan barcha kasalliklarning oldini oluvchi yoki davolovchi molekulyar nanorobotlarni yaratish. Amalga oshish muddati XXI asrning birinchi yarmi. 2. Gerontologiya. Insonlarning jismoniy boqiyligiga, odam tanasidagi ho‘jayralar qirilishining oldini oluvchi, odam organizmi to‘qimalarining ishlashini yaxshilash va qayta qurish uchun molekulalar, robotlarni kiritishga erishish. Amalga oshish muddati — XXI asrning to‘rtinchi choragi. 3. Sanoat. Iste’mol mollarini ishlab chiqarishda an’anaviy usullardan foydalanishdan bevosita atom va molekulalardan yig‘ishga o‘tish. Amalga oshish muddati - XXI asrning boshi. 4. Qishloq xo‘jaligi. Oziq-ovqatni tabiiy ishlab chiqaruvchilarni (masalan,o‘simliklar va hayvonlar) molekulyar robotlardan tuzilgan funktsional o‘xshashlariga almashtirish. Ular tirik organizmda sodir bo‘ladigan kimyoviy jarayonlarni qisqaroq. va samaraliroq, yo‘l bilan amalga oshirishadi. Masalan, «tuproq — is gazi — fotosintez — o‘t — sigir — sut" zanjiridan barcha ortiqcha bo‘limlar olib tashlanadi. Faqat «tuproq — is gazi — sut” (qatiq, yog‘, go‘sht) qoladi. Bunday «qishloq ho‘jaligi» samaradorligi obhavo va og‘ir mehnat sharoitiga bog‘liq, bo‘lmaydi. Uning ishlab chiqarish hajmi oziq-ovqat muammosini bira to‘la hal qiladi. Amalga oshish muddati — XXI asrning ikkinchi-to‘rtinchi choraklari. 5. Biologiya. Tirik organizmga atomlar darajasidagi nanoelementlarni kiritish mumkin bo‘ladi. Buning oqiibatlari turlicha bo‘lib, yuqolib ketgan turlarni tiklashdan tortib, yangi turdagi jonzotlar biorobotlarini yaratishga olib kelishi mumkin. Amalga oshish muddati — XXI asr. 6. Ekologiya. Inson faoliyatining atrof-muhitga ta’sirini to‘liq bartaraf qilish. Bunga birinchidan, ekosferani inson faoliyati chiqindilarini boshlang‘ch homashyoga aylantiruvchi molekulyar robotsanitarlar bilan to‘ldirish, ikkinchidan esa sanoat va qishloq, xo‘jaligini chiqindisiz nanotexnologik 18 usulga o‘tkazish bilan amalga oshirish mumkin. Amalga oshish muddati — XXI asr. 7. Koinotni o‘zlashtirish. Koinot «odatiy» yo‘l bilan emas, balki nano robotlar orqali o‘zlashtiriladi. Robot-molekulalarning ulkan armiyasi Yer atrofidagi fazoga chiqariladi va uni inson yashashi uchun yaroqli holatga keltiradi. Oy,asteroidlar va yaqin planetalarda inson yashashi uchun kosmik stantsiyalar qurish. Bu hozirda mavjud bo‘lgan usullardan arzon va xavfsiz bo‘ladi. 8. Kibernetika. Hozirda mavjud bo‘lgan planar strukturalardan o‘lchamlari molekular o‘lchamiga teng bo‘lgan hajmiy mikrosxemalariga o‘tish sodir bo‘ladi. Kompyuterlarning ishchi chastotasi teragerts qiymatga yetadi. Neyronga o‘xshash elementlardan tuzilgan sxemalar paydo bo‘ladi. Oqsil molekulalaridan tuzilgan xotira xajmi terabaytlarda o‘lchanadigan, saqlash davri uzoq, bo‘lgan xotira elementlari paydo bo‘ladi. Inson aqlini komp’yuterga «kuchi rish» mumkin bo‘lib qoladi. Amalga oshish muddati — XXI asrning ikkinchi choragi. 9. Aqliy yashash muhiti. Barcha tashkiliy qismlarga mantiq elementlarini kiritish hisobiga biz yashayotgan atrof-muhit «aqlli» va inson yashashi uchun to‘la qulay bo‘lib qoladi. Amalga oshish muddati — XXI asrdan keyin. 1.5. Quyosh elementlarini yaratishning yangi texnologik yechimlari. Vertikal o‘tishli ko‘p o‘tuvchi quyosh elementlari termini ikkita turli tipli elementlar uchun qo‘llaniladi. 1. Element p-n strukturali alohida elementlardan tuzilgan. Hamma elementlarning salt yurish kuchlanishi alohida elementlarning yig‘indisidan iborat. 2. p-n o‘tishli element gofrirovan sirtdan tuzilgan. Bularning har birining yetarli qismi yorug‘lik kvant yutilish qatlamida o‘tish tekisligiga parallel. Ko‘p o‘tuvchi quyosh elementlari quyosh nurlanishida salt yurish kuchlanishini oshirishga mo‘ljallangan. Uning konstruksiyasi quyidagicha: 19 h Yorituvchi qatlam p Меtalli kontaktlar p n- qatlam p p p RL 1.4.-rasm. Ko‘p o‘tishli quyosh elementining konstruksiyasi Bu element, p+-n-n+ strukturali, bunda hamma n va p lar butunlay kontakt bilan qoplangan, ko‘p sonli quyosh elemenntlari tayyorlanadi. Bu qatlamlar 50100 plastinkadan tashkil topgan. Payvandlash pechda amalga oshiriladi. Ko‘p o‘tishli quyosh elementlarini yasash yuza tomonini polirovka qilish bilan yakunlanadi. Yorituvchi nur o‘tishga parallel bo‘lsa, uning sezgirligi spektrning qizil qismida oshadi. Shuningdek, radiasion turg‘unligi ham amalga oshadi. Bu elementlarda tok tushiruvchi zanjirda yorug‘lik yutilishi natijasida yo‘qotish bo‘lmaydi. Yuza qismining sirt rekombinasiyasi kam bo‘lmasligi kerak, shuning evaziga n-qatlam qalinligini oshirish mumkin. Bu elementlar bilan quyosh energiyasini hosil qilish effektivligi oldingilarga nisbatan yuqori bo‘ladi. Shuning uchun qo‘shimcha rekombinasion yo‘qotishni pasaytirish muammosi paydo bo‘ladi. Buni yechish uchun asosiy bo‘lmagan zaryad tashuvchilarning diffuzion uzunligi n- qatlam qalinligiga nisbatan kam bo‘lishi kerak. Bu o‘z navbatida yuqori solishtirma qarshilikli kremniy tanlashga to‘g‘ri keladi. Hamma elementlarning umumiy toki alohida elementlarning minimal toki orqali aniqlanadi. Ko‘p o‘tishli quyosh elementlarining FIK ni oshirish uchun alyuminiy kontaktdan va alyuminiy legirlangan qatlamdan foydalaniladi. Ko‘p o‘tishli quyosh elementlari radiasion barqarorligini oshirish uchun maxsus konsentrat sistemadan foydalaniladi. Bu elementning ko‘ndalang kesimi quyidagicha: 20 Yoritish kuchi trayektoriyasi p p ~150 мкм p z n-qatlam 1.5.-rasm. Ko‘p o‘tishli quyosh elementining ko‘ndalang kesimining ko‘rinishi Yemirish yo‘li bilan kengligi 7- 50, chuqurligi 150 mkm olinadi. Bunday elementdan quyidagi natijalar olinadi. Uning foydali ish koeffisienti 13%. Agar anologik texnologiya asosida va ko‘p o‘tishli quyosh elementlari sezgirligini spektral bog‘lanishini solishtirsak yanada yaqqol bo‘ladi. 1,0 Spektral cheklanish 1- Oddiy element 2- Ko‘p o’tishli element 2 0,5 0 1 0,5 To‘lqin uzunligi, mkm 0,7 0,9 1,1 1.6.-rasm. Ko‘p o‘tishli quyosh elementlari sezgirligining spektral bog‘lanishi GaAs va AlGaAs strukturali materiallarning xossalari. Yer yuzida Ga ko‘p uchrasa ham (1810-4%), toza galliy olish uchun ko‘p mehnat talab qilinadi. 1980 yilda yuqori toza galliyning narxi 1 kg mi 3000 $ yetdi arsenid galliy spektr ko‘rinish sohasida kuchli yutiladi va kubik singoniyaga mos keladi. 1.1-jadval. GaAs va AlAs ning 300 K dagi xossalari. Parametrlari GaAs AlAs 0 Erish temperaturasi, C 1238 1740 3 Zichligi, g/sm 5,316 3,73 Issiqlik kengayish koeffisiyenti 5,9 5,2 Panjara doimiysi, nm 0,505 0,566 Elektron xossalari ni (297 K), 106 sm3 1,8 17 3 Ns , 10 sm 4,27 18 3 Ni , 10 sm 8,19 4,07 , eV 3,5 21 Eg, to‘g‘ri o‘tishda, eV 1,708 2,3 Noto‘g‘ri o‘tishda, eV 1,9 2,168 17 -3 2 4000 280 n (Nd=10 cm ), sm /(Vs) 17 -3 2 250 p (Na=10 cm ), sm /(Vs) 10-9 n, tipik qiymati, s p maksimaaal qiymati , s 610-8 Ln, tipik qiymati, mkm 4-8 Maksimal qiymati 23 Lp, tipik qiymati, mkm 4 Maksimal qiymati 5-6 AlGaAs-GaAs li konsentrat quyosh elementlari. Konsentrasiyaning yuqori darajasida konsentrat sistemada GaAs struktura asosida yaratilgan quyosh elementlarini ishlatish uchun boshqa prosedura talab qilinadi. Yorug‘lik oqimi intensivligi oshishi bilan uning FIKi oshadi. 103 va undan yuqori konsentrasiya darajasida oqimdan foydalanish effektivlidir. Asosiy muammo yuqori darajali konsentrasiyada tokni effektiv yig‘ish talab qilingan Rs (kontakt qarshilik) 10-3 Omsm dan oshmasligi kerak. AlGaAs strukturali qatlam tok yig‘ishda asosiy rol o‘ynaydi. Shuning uchun qatlam qarshiligi bilan, undan o‘tuvchi yorug‘lik miqdori va tok beruvchi yuzasi bilan o‘zaro muvofiqlik bo‘lishi kerak. GaAs asosidagi quyosh elementlarida Dember effekti yetarlicha paydo bo‘lmaydi. (Dember EYuK 1mE) Foto generasiyali tashuvchilar konsentrasiyasi (21013 sm-3, bunda c=103) asosiy zaryad tashuvchilar konsentrasiyasiga nisbatan kam. Intensiv yorug‘lik oqimida ishlovchi element konstruksiyasida yorug‘lik p- qatlam tomondan tushadi. Shuning uchun Dember EYuK qo‘shiladi. Quyosh nurlanishida konsentrasiya darajasida suyuq fazali epitaksiya usuli bilan o‘stirilgan AlGaAs – GaAs strukturali quyosh elementlari FIK (c) bilan quyidagicha bog‘langan: FIK,% Rs = 0.001 Оm∙sm2 0,01 25 0,02 0,05 20 0 1 10 100 1000 s 1.7-rasm. AlGaAs – GaAs strukturali quyosh elementlari FIK 22 Fotoelementlarning asosiy parametrlaridan biri effektiv kvant chiqish parametri (Q) dir. Q=βγ bunda β-har bir paydo bo‘layotgan kovak va elektronlar soni. γmaterialning yig‘ish koefisiyenti Q bu har bir tushayotgan foton hisobidan paydo bo‘layotgan elektron va kovaklarning qancha qismi p-n o‘tishga kelib ajralib EYuK hosil qiladi. γ-shu paydo bo‘lgan kovaklarning p-n o‘tishga kelib ajraladigan qismi. Bu yerda yana bir muhim faktorlardan biri yutilayotgan fotonlarning taqsimotining notekisligi va ular hisobiga paydo bo‘layotgan elektron va kovaklarning notekis taqsimoti hamma elektron va kovaklarning p-n o‘tishiga to‘la kelishini ta’minlay olmaydi (chunki hammasining bosib o‘tadigan yo‘li har xil). Fotoelementlarning yana bitta muhim parametrlaridan biri bu ularning FIK ni aniqlashdir. Fotoelementlarning FIK P Wk % W0 bunda W0- quyosh elementiga tushuvchi yorug‘lik quvvati Wk- quyosh elementi olish mumkin bo‘lgan maksimal quvvat. W 0  h 1 N 0  h  2 N 1    h  n N n E  h  h c   1.24 эВ  : Quyosh elementlarining FIK atmosfera massasiga (AM) bog‘liq. Agarda havo ochiq bo‘lsa, quyosh vertikal tushayotgan va balandligi dengiz sathida o‘sha paytdagi tushayotgan quvvat 1sm2 ga 860 Vtga teng kosmosda esa 1360 Vt/m2 ni tashkil qiladi. Si da p-n asosida yasalgan quyosh elementining ko‘ndalang kesimi chizmada quyidagicha bo‘ladi: 2 sm 9 2 1 3 4 5 6 8 7 1.8.-rasm. Si da p-n asosida yasalgan quyosh elementining ko‘ndalang kesimi 23 Bunda, 1-yuzali tok beruvchi kontakt, 2-yorituvchi kontakt, 3-0,2 mkm qalinlikda legirlangan n- tur qatlam, 4- 0,5 mkm qalinlikdagi xajmiy zaryad qatlami, 5- 200 mkm qalinlikdagi p- tur bazasi, 6- 0,5 mkmli p+ qatlam, 7- orqa qatlam, 8- tok beruvchi qatlam, 9- tok beruvchi kontakt. Quyosh elementining asosini 200-500 mkm qalinlikdagi Si monokristalli plastinkasi tashkil etadi. Plastinkaning qalinligi yorug‘likning to‘liq yutilishiga qarab tanlanadi. Xaqiqatdan ham, 50 mkm qalinlikdagi quyosh elementidan FIK s=11.8% erishilgan. Kremniyli quyosh elementining energetik zona diagrammasi quyidagicha: 1.9.-rasm. Kremniyli quyosh elementining energetik zona diagrammasi 1-orqa kontakt tomoni yaqinidagi elektr maydon. Bunda n-qatlam oshirilgan. 0,4-0,5 mkm qalinlikdagi qatlam diffuzion yo‘l bilan hosil qilinadi va keyin elektrik va yorituvchi kontakt tayyorlanadi. n+-p-p+ struktura asosida yaratilgan element parametrlari quyidagicha bo‘ladi: p+ qatlam Legirlanadigan kirishma …………………Al Qalinligi, mkm …………………………...0,5 e, mks ……..…………….……………...0,4 n, mkm ………....………………………1-10 p- turli baza Legirlanadigan kirishma ………………….B qatlami Qalinligi, mkm …………… ………………250 R, sm-3 ………………………………………..1016 p, sm2/Vs ………………………………….300 2 n, sm /Vs …………………………………1200 , Omsm …………………………………….2-3 e, mks ……………………………………..6-50 Ln, mkm …………………………………..100-400 S*2, sm/s …………………………………...0,3-103 S*3, sm/s …………………………………….1016 Diffuzion Legirlangan kirishma……………………….R + n - qatlam Qalinligi, mkm ……………………….0,1 – 0,2 n, o‘rtacha qiymat, sm-3 ……………… (12)1019 p, sm2/s ……………………………………50 Do‘r qiymat sm2/s ………………………….1 , o‘rtacha qiymat, Omsm …………….10-310-1 24 Yuza , sm2 ………………………………..4 Wd, mkm …………………………………...0,4 Vd, V ………………………………………0,94 Rs, Omsm2 …………………………….0,05 – 0,3 Orqa kontakt sifatida alyuminiy ishlatiladi. 0,2 mkm qalinlikdagi qalin p + qatlam hosil qilish uchun 700–800 oC temperaturada 4 soat mabaynida qizdirishga to‘g‘ri keladi va bir vaqtning o‘zida elektr maydoni hosil qilinadi. Bu orqa tomondagi qatlam rekombinasiyasining ta’sirini pasaytiradi. Yuza qatlam kontakti murakkabroq. Bu kontakt uchun material kumush bo‘lishi mumkin. Chunki kumush yomon adgeziyaga ega uni yaxshilash uchun oraliqda 40 nm qalinlikda Ti ishlatiladi. Nam muhitda Ti bilan Ag o‘rtasida elektrokimyoviy reaksiya yuz beradi. Shuning uchun ular orasiga 20 nm qalinlikdagi Pd kiritiladi. Yuza kontakt 500–600 oCda 5 –30 minut davomida qizdiriladi. Qarshilikni kamaytirish uchun Ag qatlam yetarlicha katta bo‘lishi kerak. Quyosh elementining keyingi qarshiligini kamaytirish uchun qo‘shimcha Pb – Sn pripoydan foydalaniladi. Kremniy so‘zi lotinchadan silex so‘zidan olingan bo‘lib, kremli qum degan ma’noni anglatadi. Yer shari qatlamining taxminan 20% ni kremniy tashkil etadi. U asosan SiO2 shaklida keng tarqalgan. Hozirgi paytda elementar kremniy ishlab chiqarishda keng qo‘llanilmoqda. Monokristallarni o‘stirish texnologiyasining rivojlanishi, elementar kremniyni infraqizil nurlanishdan o‘tkazishdan boshlanadi. Kremniy yengil element, erish temperaturasigacha plastik va u kimyoviy ta’sirga chidamli. Kremniyning sirtida havoda 1 – 2 nm qalinlikda SiO2 hosil bo‘ladi va qalinlik 5 – 6 nm gacha o‘sishi mumkin. Kremniy ko‘pgina kislotalarning ta’siriga moslashmagan. Masalan, HF+HNO3 aralashmada yemiriladi. Material yengil optik polirovka qilinadi. Oddiy qum yuqori toza kremniyga aylanguncha quyidagi etaplarni bosib o‘tadi: 1. SiO2 dan elektr yoyli grafitli elektrod pech yordamida Si tiklanadi 2. Oraliq kimyoviy mahsulot olish, M: uch-xlorsilan 3. Distillyasion yoki boshqa yo‘l bilan tozalash 4. Yuqori toza sharoitda oraliq kimyoviy mahsulotni toza kremniyga aylantirish 5. Kristall o‘stirish uchun sharoit yaratish, formaga solish. 6. Kristall o‘stirish, ayrim kirishma segregatsiyasi uchun qo‘shimcha tozalash Bu etaplardan keyin kirishma konsentrasiyasi 1–10 taxminan 10-7 % gacha kamayadi. Optik spektral tahlil shunday chuqurlikdagi konsentrasiyani o‘lchash uchun mos emas. Shuning uchun, juda aniq usullardan foydalaniladi: M: mass – spektroskopiya yoki neytron aktivatsion analiz. Ko‘pincha kirishmalarning maksimal konsentrasiyasini baholash uchun kristallda yoki tayyor asboblarda elektr xossalari o‘rganiladi. Asosan davriy jadvalidagi III va V guruh elementlari kremniyga legirlanadigan kirishmalar hisoblanadi. Shuningdek, Au, Cu, Fe kirishmalari effektiv rekombinasion markazlar hosil qiladi, nomuvozanat Quyosh elementi 25 zaryad tashuvchilar yashash vaqti keskin kamayadi. Elektr yoyli pech yordamida Si hosil qilishdan ishlab chiqarishda keng qo‘llaniladi. Bu usul bilan 98– 99 % gacha toza kremniy olish mumkin. Kristall o‘stirishda kristallanish termodinamik muvazanat sharoitiga yaqin bo‘lishi kerak. Kristallarni o‘stirish usulini uchta katta guruhga birlashtirish mumkin. 1. Bir komponentali sistemalar. Bunda material xususiy suyuq yoki bug‘ fazoda kristallanadi. 2. Ko‘p komponentali sistemalar. Material zich aralashmalarni sovitish natijasida kristallanadi. Masalan; Si aralashmasidan In gacha. 3. Kimyoviy boshqariladigan ko‘p komponentali sistemalar. Material bug‘ yoki suyuq fazada reaksiya natijasida kristallanadi. Masalan; pirolitik reaksiya natijasida SiH4  Si + 2H2 Suyuq fazada kristallni o‘stirishda, o‘sish tezligi ikkita asosiy faktor orqali aniqlanadi. Ulardan asosiysi, kristallanishning yashirin issiqligidan voz kechish, ikkinchisi suyuqlikda joylashgan atomlarning diffuziya uchun kristall uchastkasida mos keluvchi vaqti. Diffuziya vaqti turli kristallografik yoqlar uchun turlichadir. Quyida quyosh elementlari tayyorlash uchun texnologik zanjir ko‘rsatilgan. 1. Kremniyli slitkani nazorat qilish (slitka diametrini 15 sm gacha oshirish, uzunligini 0,5 metrgacha). 2. Plastinkalarga bo‘lish (qalinligi odatda 0,5 qirqilganda 0,2 mm kesishda nuqsonlar hosil bo‘ladi. Bu polirovka yoki yemirish yo‘li bilan yo‘qotiladi) 3. Tozalash. 4. Mexanik polirovka (kimyoviy polirovka). 5. Yemirilish. (Masalan: 110 oC temperaturada 40%) aralashmada NaOH + H2O polirovka qilib, keyin yemiriladi). 6. Oxirgi tozalash. (navbatdagi tozalash HCl - H2O yoki HF da yuvish). 7. Ikki tomonlama fosforli diffuziya. (PH3+A2+O2 gaz aralashmasidan 865 o C temperaturada 15 minut). 8. Hosil bo‘lgan oynali qatlamni HF kislotasi yordamida olib tashlash. 9. 50 nm qalinlikdagi Al ni (orqa tomoniga) bug‘lantirish. 10. Al ni diffuziya qilish (p+ qatlam hosil qilish) 800 oC temperaturada 15 minut. 11. Fotolitografiya yo‘li bilan tok tushirish yo‘lini chizib olish. 12. Ti, Pd, Ag larni yuza va orqa tomonlariga bug‘lantirish. 13. Hosil bo‘lgan maskani yo‘qotish. 14. 550 oC temperaturada 10 minut mobaynida kontaktlarni oxirgi qizdirish. 15. Pripoyga botirish. 16. Yorituvchi qatlamni qamal qilish va 450 oC temperaturada 1 minut qizdirishga qo‘yish. 17. To‘g‘ri burchakli qirqish. 18. Sifatini nazorat qilish va quyosh batareyalarini tayyorlash. 26 Tekusturlanganlik tushunchasi yoki yorug‘lik qaytarmaydigan element Comsat- Comsat nonreflecting cell-CNR– mukammal konstruksiyali quyosh elementiga misoldir. Uning yuza tomoni tekustirlangan bu esa, uch o‘lchamli 1-2 mkm balandlikdagi kichkina piramidadan tashkil topgan sirtni hosil qiladi. Ya’ni, masalan, anizatrop yemirishda kremniy sirtida NaOH 2-3 % ni tashkil etadi. Bunday holatda to‘rt qirrali tekislik bilan chegaralangan vertikal tomonli 70.50. burchakli piramida paydo bo‘ladi. Tekustirlangan tekislik paydo bo‘lgandan so‘ng unga fosfor diffuziyalanadi va yuza qismi Ti-Pd-Ag tarkibli yupqa qatlam bilan kuydiriladi. Tekustirlangan tekislik ikkita vazifani bajaradi: yorug‘likning ko‘p marta piramida qirralaridan qaytishi natijasida optik yo‘qotishning pasayishi va p-n o‘tish tekisligiga perpendikulyar emas. Ikkinchi holatda esa zaryad tashuvchilar fotogeneratsiya sohasi p-n o‘tishga yaqinlashadi. Bu esa zaryad tashuvchilarning yig‘ish effektivligi Q ni oshiradi, asosan kichik energiyali fotonlar hisobidan. Masalalar: masalalarning yechilishi namunalari va 1.1-masala. 1. Masalaning berilishi. Agar kremniy kristalining doimiysi a=5,4 A bo‘lsa, 1 sm*3 kremniy kristallida nechta elementar panjara bor? Masalaning yechilishi: berilgan a=5,4 A, topish kerak, 1 sm-3 kremniy kristallida qancha elementar panjara borligini. Bu holatda kristall panjara doimiysi a=5,4 A ga yoki a=5,4∙10-8 sm ga tengligi va bu panjara kubdan iborat bo‘lganligidan bitta kub yachekaning hajmini tashkil qilishini topamiz. Vya=a3=(5,4∙108 sm)3 =l,57∙10-22 sm 3ga tengligini hosil qilamiz. Bundan 1 sm-3 kristallda elementar panjara sonini quyidagi ifoda orqali aniqlaymiz. Demak, kristall panjara doimiysi a=5,4 Å ga teng bo‘lgan elementar kub panjaradan tuzilgan 1 sm-3 kremniy kristall panjarasidagi elementar panjaralar soni Nep=6.3∙1021 tashkil etar ekan. 2. Masalaning berilishi. Miller indekslari nima. [1,1,l], [1,0,1], [0,0,1] kristall tekisliklarini kub elementar panjaralari yordamida chizib ko‘rsating. 27 Kristallda atomtar joylashgan yuzani aks ettiruvchi tekisliklar o‘z tabiatiga qarab kristall panjaraning har xil koordinatalarda kesishini ifodalaydigan kattalik Miller indekslari orqali amalga oshiriladi. Miller indeksini topish uchun fazo o‘qlarini tekislik kesgan nuqtalar a,b,c kesmalaming teskari miqdorlari, ya’ni a , 6 , c olinib, ular umumiy maxrajga keltiriladi va maxraj, tashlab yuboriladi. Miller indekslari ,(h к 1) harflari bilan belgilanadi. Agar kristall panjara (111) tekslikiarida kesishsa, uning fazodagi holati quyidagi rasmga ko‘rsatilgandek kp‘rinishga ega bo‘ ladi. 1.14 rasm. Agar kristall panjara (101 > tekslikiarida kesishsa, uning fazodagi holati quyidagi rasmga ko‘rsatilgandek ko‘rinishga egabo‘ladi. 1.15 rasm. 1.16 rasm. Agar kristall panjara (001) tekslikiarida, kesishsa, uning fazodagi holati quyidagi rasmga ko‘rsatilgandek ko‘rinishga ega bo‘ladi. sinov savollari: 1. Qattiq jism deb nimaga aytiladi? 2. Qattiq jismlar fizik xossalariga ko‘ra qanday turlarga bo 'linadi? 3. Kristall deganda nima tushuntiadi? 4. Kristal panjara nima? 5. Kristallar tuzilishiga ko‘ra necha turga bo‘linadi? 6. Miller indeksi nima? 7. Koordinatskm son nima va и nimani ho 'rsatadi? 28 8. Qattiq jismlar qanday kimyoviy bog ‘UmisMarga ega? 9. Kovalent bog‘lanishning ion va metall bog‘lanishlankm asosiy farqi? 10.Elementar va teskari elementar panjara nima? 29 II-BOB. KVANT FIZIKASINING ASOSIY TUSHUNCHALARI. 2.1. Kvant fizikasining asosiy tushunchalari. Kvant effekt Xollning fizikasi. Ko‘p ilmiy yo‘nalishlardan farqli holda biz kvant fizikasining aniq tug‘ilgan sanasini ayta olamiz. Bu - 1900-yil oktyabri, shu paytda Maks Plank ossillyator-zarracha energiyasining muvozanat holati atrofidagi tebranishi sakrab- sakrab yuz beradi degan xulosaga keldi. Klassik fizika bunga o‘xshash narsani bilmas edi, u ixtiyoriy mexanik sistema energiyasini uzluksiz o‘zgarlirish mumkin deb hisoblar edi. Klassik statistik fizikaga asosan qizigan jismlar nurlanish intensivligi chastota ortishi hilan ortishi kerak edi. ammo tajribada intensivlikning eksponensial tushishi kuzatilgan. Shu ziddiyatni tushuntirishga harakat qilib Plank o‘z kashfiyotini qildi. Ayniqsa u nurlanish intensivligining temperatura va chastotaga bog‘liqligini ifodalovchi formulani topdi, u eksperiment natijalari bilan hayratlanarli darajada mos kelgan. Keyingi muhim hodisa 1905-yilda yuz berdi. Albert Eynshteyn yorug‘lik kvanti gipotezasini olg‘a surdi va u yorug‘likning to‘lqin nazariyasi doirasida umuman tushuntirib bo‘lmaydigan fotoeffekt qonunlarini tabiiy tushuntiradi. Shu gipotezaga ko‘ra yorug‘likni energiyasi chastotaga proporsional bo‘lgan va massasi nol bo‘lgan (aks holda ular yorug‘lik tezligida harakat qila olmagan bo‘lar edi) zarracha- kvantlar to‘plami ko‘rinishida tasavvur qilish mumkin. Eynshteyn fiziklar o‘tgan asrda qabul qilishmagan Nyutonning yorug‘likning korpuskulyar tabiati haqidagi g‘oyasini tiklaganday bo‘ldi. Fotoeffekt ochilgunga qadar barcha yorug‘lik hodisalari to‘lqin nazariyasi yordamida tushuntirilar edi va korpuskulyar nuqtai nazar na nazariy va na eksperimental asosga ega emas edi. Yorug‘lik kvanti gipotezasi PLankning mexanikaviy sistema diskretligi g‘oyasini elektromagnit mavdonga tabiiy ko‘chirishdan iborat ekanligini fiziklar darrov tushunishmadi. Eynshteyn gipotezasini fiziklar uning nashridan faqat 20 yil o‘tgach batamom qabul qilishdi. 1913-yilda 27 yoshli Nils Borning ‘‘Atom va molekulalar tuzilishi haqida" nomli ishi paydo bo‘ldi. Bor bu ishida Plankning ossilyator mumkin bo‘lgan energiyalarning diskretligi haqidagi g‘oyasini atomdagi elektronlarning harakatiga tadbiq etdi. Bu bilan atomlarning chiqaradigan spektral chiziqlari tushuntirildi, spektral chiziqlarning energiyasi elekironning mumkin bo‘lgan ikki holati farqiga teng. Shu bilan atomlarning turg‘unligi tushuntirildi: elektronlar eng kichik holatda joylashganida. ular hech qayerga qola olmaydi. Keyinchalik kvantlash qoidalari deb atalgan ajoyib bashoratlar asosida Bor spektral chiziqlar chastotalarini aniq hisoblaydigan formulani oldi. Keyingi o‘n yil ko‘p atom hodisalariga tushuntirishlar olib keldi. O‘sha paytdagi barcha ishlar kvantlash qoidasiga yot bo‘lgan « to‘ldirilgan » klassik mexanikaga asoslangan edi. Lui de Broyl 1923-yilda o‘sha davr uchun g‘ayritabiiy bo‘lgan g‘oyani aytdi. unga ko‘ra, moddiy zarracha harakati bilan to‘lqin jarayoni jbog‘langan. 30 Eynshteynning yorug‘likni ham, to‘lqin ham zarracha deb qarash mumkin ! bo‘lgan gipotezasiga asoslanib, de Broyl elektron o‘zini ham zarracha, ham to‘lqin ko‘rinishida namoyon qiladi deb tahlil qildi va u shu analogiya (o‘xshatish) asosida zarrachaga mos keluvchi to‘lqin jarayonidagi to‘lqin uzunligini aniqladi: . bu yerda h-Plank doimiysi, p-zarracha impulsi. Eynshteyn nazariyasiga ko‘ra xuddi shu formula orqali yorug‘lik kvanti impulsi elektromagnit to‘lqin uzunligi bilan bog‘langan. Ammo moddiy zarracha harakati bilan to‘lqin jarayoni bog‘langan bo‘lsa. mos keluvchi to‘lqinlarning interferensiyasi va difraksiyasi ham kuzatilishi kerak. Nihoyat 1927-yilda elektronlar kristalldan sochilib. xuddi rentgen nurlar kabi difraksiyasiga o‘xshash ma'lum burchaklarda 2.2. Potensial o‘ra va undagi mikrozarralar xaqida tushuncha. Potentsial o‘ra - bu zarrachaning potentsial energiyasi minimal bo‘lgan hudud, bog‘langan zarrachaning holatini modellashtiradigan tizim. potentsial bir o‘lchovda qo‘llaniladi 2.1-rasm. Potentsial o‘ra Potentsial o‘ra. Agar zarrachaning umumiy energiyasi E bo‘lsa va faqat x o‘qi bo‘ylab harakat qilsa, u holda klassik holatda bunday harakat to‘liq bo‘ladi va kvant holatida u asosan mintaqada joylashgan x1 dan x2 gacha. Agar potentsial o‘ra yetarlicha katta bo‘lsa va uning ichiga zarra tushgan bo‘lsa, uning energiyasi quduq chetlarini yengib o‘tish uchun zarur bo‘lganidan past bo‘lsa, u holda o‘radagi zarrachaning tebranishi sodir bo‘lishi mumkin. Ularning amplitudasi E zarracha energiyasi bilan belgilanadi, shuningdek, davr potentsial energiya profili V (z, y,z) va zarracha massasi m bilan belgilanadi. Potentsial quduq tubida joylashgan zarracha barqaror muvozanat holatida, ya’ni minimal potentsial energiya nuqtasidan chetga chiqganda, burilishning teskari tomoniga yo‘naltirilgan kuch paydo bo‘ladi. Bir o‘lchovli holatda, potentsial energiya faqat bitta dekart koordinatasiga bog‘liq bo‘lgan V = V (x), siz energiyani chiqarib olishingiz mumkin Ex zarrachaning shu koordinata yo‘nalishidagi harakati va perpendikulyar tekislikdagi harakatning 31 energiyasi Eyz (E=Ex+Ey,z) tekisligida harakat doimiy tezlikda sodir bo‘ladi. x o‘qi bo‘ylab harakatlanish nuqtalari bilan cheklangan x1, x2 bu yerda V (x) = E(x) Agar y,z tekisligida harakat bo‘lmasa, E = E(x). Agar potensial o‘ra kichik o‘lchamda bo‘lsa (hech bo‘lmaganda dekart koordinatalaridan bittasi zarrachaning de -Broyl uzunligiga teng) bu o‘ra kvant o‘ra deyiladi va bu o‘radagi zarracha kvant qonunlariga bo‘ysunadi. De -Broyl to‘lqinlari o‘ziga xos xususiyatga ega bo‘lib, u klassik fizikada o‘rganilgan to‘lqinlarga o‘xshash emas: ma'lum bir nuqtada de -Broyl to‘lqinining amplitudasining kvadrati shu nuqtada zarrachaning aniqlanish ehtimoli o‘lchovidir. Tajribalarda kuzatiladigan diffraktsiya naqshlari statistik qonuniyatning namoyonidir, unga ko‘ra zarralar qabul qiluvchilarning ma'lum joylariga tushadi - bu yerda de Broyl to‘lqinining intensivligi eng katta bo‘ladi. Zarrachalar, statistik talqinga ko‘ra, "ehtimollik to‘lqini" amplitudasi moduli kvadrati yo‘qoladigan joylarda aniqlanmaydi. 2.3. Kvant o‘lchamli effektlar, de-Broyl to‘lqin uzunligi. O‘lcham effekti deganda jism xossasining uning o‘lchamiga bog‘liqligi tushiniladi. Bu effekt jismning biror yo‘nalish bo‘yicha o‘lchami qandaydir kritik kattalik l k bilan solishtirsa bo‘ladigan holda paydo bo‘ladi. Klassik o‘lcham effektlarida klassik l k kattalik sifatida masalan, elektronning erkin yugurish yo‘li, uning diffuzion uzunligi va h.k.lar bo‘lishi mumkin. Elektron tuzulmalarda kvant o‘lchamli effektlar l k uzunlik rolini aniq kvant kattalik bo‘lgan elektronlarning de Broyl to‘lqin uzunligi  o‘ynaganida, ya’ni tuzulmaning o‘lchami xech bo‘lmaganida birorta yo‘nalish bo‘yicha  tartibida bo‘lganida kuzatiladi. Kvant o‘lchamli effektlar elektronlarning to‘lqin tabiati bilan bog‘langan. Nanoo‘lchamli sohalarda elektronlarning o‘zini tutishi uning bunday muhit chegaralaridan qaytishi, elektron to‘lqinlarining interferensiyasi, to‘lqinlarning potensial to‘siqlardan o‘tishlari bilan aniqlanadi. Bu xodisalar bilan nanotuzilmalardagi kvant o‘lchamli effektlar, masalan, o‘z ko‘chishlarida fazoviy cheklanishlarga ega bo‘lgan elektronlar energiyasining kvantlanishi, elektronlarning nanometrli dielektrik qatlamlar orqali o‘tishi, nanosimlar qarshiligining kvantlanishi va h.k.lar tushintiriladi. Kristallda  tezlik bilan harakatlanayotgan elektron uchun de Broyl to‘lqin uzunligi quyidagiga teng bo‘ladi:  h  m h 2m Ekin ,  bu yerda m - elektronning effektiv (samarador) massasi, E kin - esa uning kinetik energiyasi. 32 Kristallardagi erkin elektronlarni qarab chiqamiz. Kristall bo‘ylab nafaqat erkin ko‘cha oladigan, balki tashqi ta’sirlar ostida o‘z energiyasini o‘zgartira oladigan elektronlar erkin hisoblanadi. Metallarda unchalik katta bo‘lmagan haroratlarda E F Fermi sathi yaqinidagi elektronlarnigina erkin deb hisoblash mumkin. Shuning uchun erkin elektronlar uchun Ekin  EF  5 eV  8  10 19 J , bo‘ladi.  31 Metallarda m  mo  9,11  10 kg, bu yerda mo - elektronning massasi. E kin va m o qiymatlarini  ning formulasiga qo‘yib kristall panjara doimiysi kattaligi tartibidagi   0,55 nm qiymatga ega bo‘lamiz. Yarimo‘tkazgichlarda xona haroratida Ekin  kT  0,026 eV ga teng bo‘ladi. Elektronning effektiv massasi turli yarimo‘tkazgich materiallarda keng oraliqda   o‘zgaradi. Masalan, kremniy uchun m  0,92mo ga, GaAs m  0,068 mo ga, yarim  metall vismut uchun esa m  0,01mo ga teng va shu tufayli bu materiallar uchun mos ravishda   8; 30; 80 nm bo‘ladi. Yarim o‘tkazgichlarda de Broyl to‘lqin uzunligi metallarga qaraganda sezilarli katta bo‘lganligi uchun kvant o‘lchamli effektlarni yarimo‘tkazgichlarda amalga oshirish texnologik nuqtai nazardan ancha oson bo‘ladi. Shuning uchun bu effektlarni tadqiq qilish va elektronikada ishlatish uchun nanotuzilmalarni shakllantirish asosan yarimo‘tkazgichlarda amalga oshiriladi. Shuni takidlash lozimki, kvant o‘lchamli effektlarni, elektronlarning o‘rtacha erkin yugurish yo‘li qaralayotgan soha o‘lchamidan ortiq bo‘lganida, sohaning chegaralari yuqori darajadagi mukammallika ega bo‘lib, de Broyl to‘lqinlarini undan ko‘zguli qaytadi degan shartlarda kuzatish mumkin. 2.4. Kvant nuqtalari , kvant ipi, kvant o‘ralari va ularda elektronlarning energetik spektri. O‘lcham effekti deganda jism xossasining uning o‘lchamiga bog‘liqligi tushiniladi. Bu effekt jismning biror yo‘nalish bo‘yicha o‘lchami qandaydir kritik kattalik l k bilan solishtirsa bo‘ladigan holda paydo bo‘ladi. Klassik o‘lcham effektlarida klassik l k kattalik sifatida masalan, elektronning erkin yugurish yo‘li, uning diffuzion uzunligi va h.k.lar bo‘lishi mumkin. Elektron tuzulmalarda kvant o‘lchamli effektlar l k uzunlik rolini aniq kvant kattalik bo‘lgan elektronlarning de Broyl to‘lqin uzunligi  o‘ynaganida, ya’ni tuzulmaning o‘lchami xech bo‘lmaganida birorta yo‘nalish bo‘yicha  tartibida bo‘lganida kuzatiladi. Kvant o‘lchamli effektlar elektronlarning to‘lqin tabiati bilan bog‘langan. 33 Nanoo‘lchamli sohalarda elektronlarning o‘zini tutishi uning bunday muhit chegaralaridan qaytishi, elektron to‘lqinlarining interferensiyasi, to‘lqinlarning potensial to‘siqlardan o‘tishlari bilan aniqlanadi. Bu xodisalar bilan nanotuzilmalardagi kvant o‘lchamli effektlar, masalan, o‘z ko‘chishlarida fazoviy cheklanishlarga ega bo‘lgan elektronlar energiyasining kvantlanishi, elektronlarning nanometrli dielektrik qatlamlar orqali o‘tishi, nanosimlar qarshiligining kvantlanishi va h.k.lar tushintiriladi. Kristallda  tezlik bilan harakatlanayotgan elektron uchun de Broyl to‘lqin uzunligi quyidagiga teng bo‘ladi:  h h  ,  m 2m Ekin bu yerda m  - elektronning effektiv (samarador) massasi, E kin - esa uning kinetik energiyasi. Kristallardagi erkin elektronlarni qarab chiqamiz. Kristall bo‘ylab nafaqat erkin ko‘cha oladigan, balki tashqi ta’sirlar ostida o‘z energiyasini o‘zgartira oladigan elektronlar erkin hisoblanadi. Metallarda unchalik katta bo‘lmagan haroratlarda E F Fermi sathi yaqinidagi elektronlarnigina erkin deb hisoblash mumkin. Shuning uchun erkin elektronlar uchun Ekin  EF  5 eV  8  10 19 J , bo‘ladi. Metallarda m  mo  9,11  10 31 kg, bu yerda mo - elektronning massasi. E kin va m o qiymatlarini  ning formulasiga qo‘yib kristall panjara doimiysi kattaligi tartibidagi   0,55 nm qiymatga ega bo‘lamiz. Yarimo‘tkazgichlarda xona haroratida Ekin  kT  0,026 eV ga teng bo‘ladi. Elektronning effektiv massasi turli yarimo‘tkazgich materiallarda keng oraliqda o‘zgaradi. Masalan, kremniy uchun m  0,92mo ga, GaAs m  0,068 mo ga, yarim metall vismut uchun esa m  0,01mo ga teng va shu tufayli bu materiallar uchun mos ravishda   8; 30; 80 nm bo‘ladi. Yarim o‘tkazgichlarda de Broyl to‘lqin uzunligi metallarga qaraganda sezilarli katta bo‘lganligi uchun kvant o‘lchamli effektlarni yarimo‘tkazgichlarda amalga oshirish texnologik nuqtai nazardan ancha oson bo‘ladi. Shuning uchun bu effektlarni tadqiq qilish va elektronikada ishlatish uchun nanotuzilmalarni shakllantirish asosan yarimo‘tkazgichlarda amalga oshiriladi. Shuni takidlash lozimki, kvant o‘lchamli effektlarni, elektronlarning o‘rtacha erkin yugurish yo‘li qaralayotgan soha o‘lchamidan ortiq bo‘lganida, sohaning chegaralari yuqori darajadagi mukammallika ega bo‘lib, de Broyl to‘lqinlarini undan ko‘zguli qaytadi degan shartlarda kuzatish mumkin. 34 Kichik o‘lchamli ob’ektlarning eng oddiy turlari.Kvant o‘ra. Kvant o‘ra – bu ikki o‘lchamli (2D)1 ob’ektdir. Bu kristallaning juda yupqa qatlami bo‘lib, uning qalinligi d de Broyl to‘lqin uzunligi bilan solishtiradigan darajada bo‘ladi, ya’ni d   . Bunday qatlamdagi elektronlar tizimiga ikki o‘lchamli elektronlar gazi (yoki 2D–gaz) deb ataladi. Qatlamning bir bo‘lagi 1, b – rasmda keltirilgan. Elektronlarning bu qatlamdagi harakati y yo‘nalishidagi d y kesma bilan cheklangan bo‘lib x va z yo‘nalishlarida esa cheklanmagan. yo‘nalishi bo‘ylab y harakatlanganida elektron qatlamni tark eta olmaydi, chunki uning chiqish ishi (~ 4,5 eV) issiqlik harakati energiyasidan (xona haroratidagi issiqlik energiyasi ~ 0,026 eV) juda kattadir. Shuning uchun uning y yo‘nalishi bo‘ylab harakatini kengligi d y bo‘lgan cheksiz chuqur potensial o‘radagi 2.2 – rasm. y yo‘nalishida davomiyligi harakat sifatida qarash mumkin. cheklangan ikki o‘lchamli (2D) nanoob’ekt 2D elektron gazli kvant o‘ralarga qismining sxemasi (a), va shu ob’ektdagi elektronlar uchun potensial chuqurlik (b). misol sifatida unipolyar tranzistorlardagi o‘tkazuvchi kanallar (kremniy asosidagi MOYa tuzulmalar), injeksion lazerlar uchun A3V5 birikmalar asosidagi geterotuzulmalardagi tor taqiqlangan zonali qatlamlarni qarash mumkin. Bir-biriga yaqin joylashgan va ular o‘rtasida elektronlarning tunnellashuvi mumkin bo‘lgan parallel kvant o‘ralar ust panjarani hosil qiladi. Kvant ip. Kvant ip (yoki sim) – bu bir o‘lchamli (1D) ob’ektdir. Elektronlar harakati o‘lchamlari mos ravishda d y va d z bo‘lgan kesmalar bilan 2.3 –rasm. Bir o‘lchamli nanoob’ektning sxematik tasviri (a) va qalinligi 2-4 nm bo‘lgan molibden sirtida oksidlangan mis simlari y va z o‘qlari bo‘ylab shaklidagi kvant simlarning tasviri (b). cheklangan, va mos x ravishda o‘qi bo‘yicha esa cheklanmagan bo‘ladi. Kvant simning ko‘ndalang kesimi 2– rasmdagidan farqli bo‘lishi ham mumkin. Ipda erkin elektronlar uchun potensial o‘ra ikki o‘lchamli bo‘ladi. 35 Kvant nuqta. Kvant nuqta – bu nol o‘lchamli (1D) ob’ektdir. (2.4–rasm). Elektronlarning harakati uchala yo‘nalishlar bo‘yicha ham chegaralangan. Epitaksial o‘sayotgan boshqa material sirtidagi nanokristallar 2.4 b – rasmda tasvirlangan. Kvant nuqta shakli kub shaklidan boshqacha ham bo‘lishi mumkin. Kvant nuqta uchun potensial o‘ra uch o‘lchovli bo‘ladi. 2.4 – rasm. Nol o‘lchamli nanoob’ektning sxematik tasviri (a) va balandligi 1,5 nm, piramida asosi tamonining uzunligi ~ 10 nm bo‘lgan kremniy ustidagi hosil bo‘lgan germaniy kvant nuqtasining skanlovchi tunnel mikroskopida olingan tasviri (b). K 2.5. Kichik o‘lchamli sohalarda elektronlar energetik spektri va elektron holatlar zichligi.Jismlarning muhim kvantomexanik tavsiflari. Elektronlarning energetik spektri E va kvant holatlar zichligi g E  lar ob’ektlarning elektron xossalari va tashqi ta’sirlarga reaksiyasini aniqlovchi o‘ta muhim xarakteristikalari bo‘lib hisoblanadi. Energetik spektr – bu berilgan sharoitlarda zarra energiyasining mumkin bo‘lgan qiymatlari majmuasir. Agar energiya kvantlansa energetik spektr diskret (kvantlangan) va agar u uzluksiz qiymatlar qatorini qabul qila olsa spektr tutash (uzluksiz) deyiladi. Holatlar zichligi g E  - bu ob’ekt o‘lchamiga bog‘liq ravishda birlik hajm, yuza yoki uzunlikda, birlik energiya intervaliga to‘g‘ri keluvchi kvant holatlari sonidir. Bu ta’rifga asosan holatlar zichligi quyidagicha aniqlanadi: dnE  , dE energiyaning E dan E  dE gacha bo‘lgan oralig‘iga to‘g‘ri g E   bu yerda dnE  keluvchi mumkin bo‘lgan holatlar soni. Holatlar zichligi g E  va ularning elektronlar bilan to‘lish ehtimoli f E  larni bilish qaralayotgan tizimda elektronlarning kvant holatlari bo‘yicha taqsimlanishini aniqlash hamda 36 tizimning elektrik, optik va boshqa bir qator xossalarini tushintirish imkonini beradi. Elektronlar yarim butun spinga ega bo‘lganligi uchun ularning kvant holatlarini to‘ldirishlari Fermi-Dirak taqsimoti bilan aniqlanadi va Pauli tamoyiliga bo‘ysinadi. 3D – elektronlar gazining enegetik spektri. Chegaralanmagan kristall (3D – elektronlar gazi). Bu tizimda elektronlar ixtiyoriy yo‘nalishda erkin harakat qila oladi. Elektronning energiyasi esa quyidagicha aniqlanadi: E p x2  p y2  p z2 m 2 p2 2    k x2  k y2  k z2 ,    2 2m 2m 2m   bu yerda p va k lar mos ravishda elektronning kvaziimpulsi va kvazito‘lqin vektoridir. O‘tkazuvchanlik zonasi chegaralari ichida E kattalik deyarli uzluksiz qiymatlar qatorini qabul qila oladi. Bu energetik zonadagi qo‘shni sathlar orasidagi energetik tirqish taxminan ~ 10 22 eV atorfida bo‘ladi. O‘tkazuvchanlik zonasi tubi yaqinida E kattalikning to‘lqin vektori tashkil etuvchilariga k x , k y , k z  bog‘liqligi 4 - rasmda keltirilgan. 2.5–rasm. Chegaralanmagan kristalldagi elektron energiyasining kvazito‘lqin vektori tashkil etuvchilariga bog‘liqligi grafigi. g E  funksiyaning grafigi esa parabola ko‘rinishida bo‘ladi (5 – rasm), chunki g E  funksiya quyidagi ko‘rinishga ega: m g E    2.6. – rasm. Chegaralanmagan kristalldagi kvant holatlari zichligining g  elektronlar energiyasiga E  bog‘liqligi grafigi. 2m  E  C  E.  2 3 E ning hisobi boshlanadigan zona tubida holatlar zichligi kichik va uning E oshishi bilan holatlar zichligi oshadi. Bitta energetik zona chegarasi ichida g E  va E k x , k y , k z  funksiyalar uzluksiz bo‘ladi. Shuning uchun chegaralanmagan kristallning elektron xossalari tashqi ta’sirlar tufayli uzluksiz o‘zgaradi. 2D – elektronlar gazining enegetik spektri. Kvant o‘ra (2D – elektronlar gazi). Elektronlar harakati x, z o‘qlari bo‘ylab cheklanmagan va y yo‘nalishi bo‘ylab esa d y kesma bilan 37 chegaralangan (1, a – rasmga qarang). Elektronning y yo‘nalishi bo‘ylab harakatini bir o‘lchamli chuqur potensial o‘radagi harakat sifatida qarash mumkin (1, b – rasmga qarang). Bunday harakat energiyasi kvantlangan bo‘ladi, ya’ni: En   2 2 n 2 . 2m  d y2 Bir o‘lchamli potensial o‘radagi harakat yagona kvant soni n n  1, 2,  bilan xarakterlanadi. Agar o‘ra cheksiz chuqur bo‘lsa u holda uning kengligi d y ga n 2 ning butun sonlari joylashadi va u quyidagi ifoda bilan aniqlanadi: dy  n n . 2 Boshqacha so‘z bilan aytganda elektron harakatining o‘ra devorlariga tushuvchi va undan qaytuvchi de Broyl to‘lqinlari hosil qilgan turg‘un to‘lqinga mos keluvchi holatlarigina turg‘un bo‘lar ekan. E n kattalik qiymatlariga o‘lchamli kvant sathlar deb ataladi. x va z o‘qlari bo‘ylab harakat energiyasi esa kvantlanmaydi va xuddi erkin zarra energiyasi uchun yozilgan ifoda bilan aniqlanadi. Shunday qilib elektronning to‘la energiyasini quyidagi ko‘rinishda yozish mumkin:  2 k x2  2 k z2 E  En  . 2m  2m  Bunda elektron effektiv massasi m  ni barcha harakat yo‘nalishlarda bir xil deb hisoblaymiz. Demak, elektronning ikki o‘lchamli nanoob’ekt kvant o‘rasidagi energiya spektri diskret-uzluksiz bo‘lar ekan. Har bir o‘lchamli sath energiyasi E n ga elektronning x va z o‘qlari bo‘ylab erkin harakati hisobiga E ning mumkin bo‘lgan qiymatlari to‘plami (zona osti, zonacha (podzona)) mos keladi. Energiyaning bunday mumkin bo‘lgan qiymatlari to‘plamiga o‘lchamli kvantlanishning ikki o‘lchamli zonachasi deb ataladi. E k x , k z  va g E  bog‘lanish grafiklari 2.7 a, b – rasmlarda tasvirlangan. 2.7 – rasm. Cheksiz chuqur kvant o‘radagi 2D – elektronlar gazi energiyasining chegaralanmagan harakat yo‘nalishlari bo‘yicha ( x va z ) to‘lqin vektori tashkil etuvchilariga bog‘liqligi a va holatlar zichligining g  elektronlar energiyasiga E  bog‘liqligi grafigi. 38   E k x , k z  bog‘lanish grafigi parabolaoidlar tizimidan iborat bo‘lib n  paraboloid tubi E  En sathga to‘g‘ri keladi. g E  bog‘lanish zinasimon xarakterga ega. Har bir o‘lchamli podzona m holatlar zichligi kattaligiga miqdori ga teng bo‘lgan bir xildagi ulush  2 qo‘shadi. Bu yerda g E  birlik yuzaga nisbatan olinadi. Qat’iy qilib aytganda chuqur to‘g‘ri burchakli potensial o‘ra modeli elektronning parda qalinligi d nanometr tartibida bo‘lgandagi harakatidagiga o‘rinli bo‘ladi. Nanometr o‘lchamidagi individual davomli (uzun) yassi parallel pardani hosil qilish ancha qiyin. Amalda nanoo‘lchamli tuzulmalarda zaryad tashuvchilar harakati birorta yo‘nalish bo‘yicha chegaralangan sohalar hosil qilinadi va bu sohalardagi zaryad tashuvchilarni bir o‘lchamli potensial o‘rada joylashgan deb hisoblash mumkin. Bunga misol tariqasida ikkita keng zonali materiallar orasidagi tor zonali materialning nanometrli qatlamidagi elektronlarni keltirish mumkin. 7 – rasmda metall-dielektrik – yarimo‘tkazgich tuzilmasidagi elektronlar uchun potensial o‘raning profili (kesimi) keltirilgan. GaAlAs  GaAs geterotuzulmasidagi elektronlar uchun potensial o‘ra ham xuddi 2.8 – rasmdagi singari ko‘rinishga ega bo‘ladi. a b 2.8 – rasm. Maydon tarnzistori (a) uchun energetik diagramma (b). Potensial o‘raning o‘rtacha kengligi 5-10 nm. Bunga o‘xshash hollarda uchburchakli o‘ra yaqinlashishidan foydalaniladi. Uchburchakli potensial o‘ra yaqinlashishida En   2 2 2ml 2 n2 , formulani qo‘llab bo‘lmaydi, ammo elektronlar energiyasining kvantlanishi to‘g‘risidagi xulosa o‘z kuchida qoladi. Kvant ipdagi elektronlar gazi. (1D – gaz). Kvant iplardagi elektronning y va z o‘qlari bo‘ylab harakatida uning energiyasi xuddi kengliklari d y va d z bo‘lgan bir o‘lchamli potensial o‘radagi singari kvantlanishi kerak. Elektronning to‘la energiyasi quyidagiga teng: 39  2 2  2 2 n 2  2 2 n 2 E k     , 2m  x 2m  d y2 2m  d z2 bu yerda m, n  1, 2, 3, , bo‘lganligi uchun quyidagi ifodani yozish mumkin: 2 2 E k  Emn , 2m  x bu yerda Emn - o‘lchamli sathlarning energiyalari. O‘lchamli sathlar har birining joylashuvi holati ikkita kvant sonlari m va n lar hamda d y , d z kattaliklarga bog‘liq bo‘ladi. Kvant ipdagi o‘tkazuvchanlik zonasi bir o‘lchamli podzonalarga bo‘linadi (8 a – rasm). Uzunlik birligiga to‘g‘ri keluvchi holatlar zichligi o‘lchamli sathlarga mos keluvchi o‘tkir cho‘qqilardan iborat bo‘ladi (8 b – rasm). Bu podzonadagi ko‘pchilik elektronlar mos podzona energiyasiga yaqin energiyaga ega bo‘lishini bildiradi. 2.9 – rasm. Kvant ipi uchun energiyaning to‘lqin vektoriga (a) va holatlar zichligining energiyaga bog‘liqligi (b). Kvant nuqtadagi elektronlar gazi. (0D – gaz). Kvant nuqtadagi erkin elektronlarning har uchala yo‘nalish bo‘yicha ham energiyalari kvantlangan bo‘lishi kerak. Kvant nuqtadagi elektronlarning energiya spektri xuddi alohida atomdagi singari to‘laligicha diskret bo‘ladi va shuning uchun kvant nuqtalarni sun’iy atomlar ham deb ataladi. Bu holda energiya quyidagi ifoda orqali aniqlanadi: E  2 2 l 2 2m   d x2   2 2 m 2 2m   d y2   2 2 n 2 2m   d z2 , Bu yerda l , m, n  1, 2, 3, ...; d x , d y , d z  lar esa uchala yo‘nalish bo‘yicha ob’ekt o‘lchamlari (3 – rasmga qarang). Elektronlarning energiya spektri alohida Elmn o‘lchamli sathlardan tashkil topgan bo‘ladi. Elmn kattalik uchta kvant sonlari l, m, n lar va d x , d y , d z o‘lchamlarga bog‘liq bo‘ladi. Kvant nuqtadagi holatlar zichligi g E  deltasimon ko‘rinishga ega bo‘ladi, ya’ni (2.10 – rasm): 40 , agar E  Elmn bo' lsa, g E    0, agar E  Elmn bo' lsa. Bunda E o‘lchamli sathlar oralig‘ida yotadi. Nanoelektronikaning ko‘plab asboblarining ishlashi kvant o‘lchamli elementlarning yuqorida bayon qilingan energiya spektrlarining o‘ziga hosliklari 2.10 – rasm. Kvant nuqta energetik sathlari bilan aniqlanadi. Shuni yana bir marta va ularga mos holatlar zichligining energetik ta’kidlaymizki energiyaning qarab diagrammasi va grafigi chiqilgan kvantlanishlari ob’ekt o‘lchamlari hech bo‘lmaganida birorta yo‘nalish bo‘yicha de Broyl to‘lqin uzunligi taritibida bo‘lganida kuzatiladi. Masalalar: masalalarning yechilishidan na’munalar II.1- Masala: Muvozanat vakansiyalar konstentrastiyasi kremniy kristallida Bunda harorat T=1000 °K quyidagi ifoda orqali aniqlanadi. da vakansiyalar konstentrastiyasini aniqlang. Masalaning echilishi: Muvozanat vakansiyalar konstentrastiyasi kremniy kristallida aniqlanish ifodasidan foydalanamiz. Bu yerda: k- boltsman doimiysi bo‘lib, uning qiymati k=8.61·10-5 Demak harorat T= 1000 °K da kremniy kristalida hosil bo‘ladigan vakansiyalar konstentrastiyasini aniqlaymiz ni tashkil etar ekan. II.2- Masala:II guruh elementi Zn kremniyda (agar ular tugunda Si atom o‘rnini egallagan bo‘lsa) qanday holatda bo‘ladi va qancha energetik sath hosil qiladi. Masalaning echilishi: Kremniy elementi tashqi qobig‘da to‘rtta elektroni bo‘lib, bitta kremniy to‘rtta kremniy bilan kovalent bog‘lanishi hisobiga olmos ko‘rinishidagi tetroedirik kristall panjara hosil qiladi. 41 Agar II guruh elementi Zn kremniy kristall panjarasida tugunda joylashib Si atomining o‘rnini egallagan bo‘lsin, u holda Zn ikkinchi guruh elementi tashqi qobig‘ida ikkita elektron bo‘lganligi uchun kristall panjarada ikkita elektron bog‘lanish yetmaydi. Ya’ni ikkita kovak hosil bo‘lib qoladi. Bundan ko‘rinadiki, kristall panjarada elektronlami yutuvchi kovaklarni itaruvchi markazni kremniyning ta’qiqlangan sohasida hosil bo‘lishiga sabab bo‘ladi. Demak, kremniyga rux atomi kiritilganda ikkita akseptor sath hosil bo‘ladi, bular: Ev + 0.26 eV va Е^ + 0.55 eV lami tashkil qiladi. Sinov savollari: 1. Yarim o‘tkazgichlarning metallardan asosiy farqi nimalardai iborat? 2. Yarim o ‘tkazgichlarda kimyoviy bogianish tabiati qanday? 3. SLGaAs va Cd materiallarda kimyoviy bog‘lanishni ko ‘rsating? 4. Yarim o ‘tkazgich materiallarimng qanday kristall tuzilishar mavjud? | 5. Kristall panjara nuqsonlari deb nimaga aytiladi, nuqtaviy nuqsor nima? ' 6. Ғrenкеl va Sho‘ltki nuqsonlari, bular qanday nuqsonlar? 7. Nuqsonlarsiz kristall olish mumkinmi? 8. Haroratga o‘tа sezgir nuqsonlar bu...? 9. Yarim o ‘tkazgichlarga kirishma atomlarni qanday usul bilan kiritish mumkin? 10. Diffuziya nima va u qachon yuz beradi? 42 III-BOB. NANOKLASTERLARNI YARATISH TEXNOLOGIYASI 3.1. Nanoklasterlarni yaratish texnologiyasi va fizikasi. Tarkibida nodir Yer еlеmеntlari va o‘tish guruhi mеtallari ionlari bo‘lgan molеkulyar kristallarga magnit molеkulyar nanoklastеrlar dеyiladi. Bu kristallarning tarkibiy qismi bo‘lgan molеkulalar murakkab tuzilishga ega. Ular qo‘shimcha ichki erkinlik darajasi-magnit momеntiga ega. Aynan shu magnit momеnti ularning hossalariga xilma-xillik bag‘ishlaydi va ularni tashqi magnit maydoni yordamida boshqarishga imkon bеradi. Aytish joizki magnеtizm mohiyatan kvant mеxanik hodisadir. Mеndеlееv jadvalining ko‘pgina elеmеntlari atomlari, elеktron spinlari kompеnsatsiyalanmagani tufayli magnit momеntiga ega. Ular orasida o‘tish guruhi mеtallari (Fe, Co, Ni, Mn va b.) lantanoidlar (nodir yer elеmеntlari va aktanoidlar) eng ko‘p e’tiborga molikdir (3.1 - rasm). Odatda molеkulalar diamagnitdir, ammo ba’zida masalan, kislorod molеkulalari bundan istisno bo‘lishi ham mumkin. Mikroskopik moddalarning magnit xossalari unchalik oddiy emas, chunki alohida atom yoki malеkulalarning magnit momеntlari murakkab darjada. Alohida atomlarning magnit xossalari juda yaxshi tushunarli. Hozirga qadar, tarkibida o‘tish guruxi yoki nodir yer elеmеntlari atomlari mavjud bo‘lgan magnit kristallarning xossalari batafsil o‘rganilgan bo‘lsada, qator savollar ochiq qolmoqda. 3.1– rasm: Yuqori spinli molekulyar klasterlar: Fe10 (а), Mn6 (б), Mn12 (в), Fe8 (г). Metall ionlari rang bilan ko‘rsatilgan. 43 Gap shundagi, bu materiallarda mavjud uzoq magnit tartib alohida atomlarning magnit xossasi hissalarining oddiy superpozitsiyasi emas. Magnit tartiblanish – bu jamoaviy kvant mehanik hodisa bo‘lib, uning asosida Pauli prinsipi bilan bog‘liq atom spinlari orasidagi o‘ziga xos ta’sirlashuv yotadi. Bu almashinuv ta’sirlashuvi deyiladi. Almashinuv ta’sirlashuvi moddaning makroskopik sohalarida spinlarning parallel joylashuvini (ferromagnitizm) panjarining qo‘shni tugunlarida antiparallel joylashivi ferromognetizm yoki magnit tartiblanishning boshqa murakkab shakllarini yuzaga keltirish mumkin. Magnetik klasterlar yoki magnit molekulalar alohida atomlarning mikroskopik magnetizmini va kristall holda amorf jismlarning makroskopik magnetizmini birlashtiruvchi bo‘gimdir. Shuning uhcun ular ba’zan mezoskopik atamasi o‘rta, o‘raliq ma’nosini bildirib, modda makroskopik jism sifatida shakllanmagan, biroq alohida atom emas, balki atomlar majmuasi bo‘lganda ularning xossalarini tavsiflashda ishlatiladi. Ana shunday xossalarga ega molekulalar o‘tish guruhi elementlari ishtirokida qurilgan (Fe, Mn va b.) yuqori spinli metaloogranik molekulalar yoki magnit molekulalar deb ham ataladi. Takidlash lozim, bu molekulalarning uyg‘unligi va mukamalligi kishini hayratda qoldiradi. Misol tariqasida oddiy Fe 10 klasterlarni ko‘qib chiqaylik. Bu – xlor kislorod va uglorod ionlari bilan o‘ralgan o‘nta Fe ionlari, ular orasidagi ta’sirlashuv antiferromagnit xarakterga ega. Shu sabab molekilaning asosi holatiga spini nolga teng S, O, Fe magnit klasterini bir molekula doirasidagi antiferromagnit deyish mumkin. Nanotexnologiya tushunchasi uchun tugal va aniq ifoda yo‘q, ammo mavjud mikrotexnologiya asosida bu o‘lchamlarni nanometrdagi texnologiya deb yuritish mumkin. Shuning uchun mikrodan nanoga o‘tish bu moddani boshqarishdan atomni boshqarishga o‘tish demakdir. Sohaning rivoji deganda esa asosan uchta yo‘nalishda tushuniladi: - o‘lchami atom va molekulalar o‘lchamlari bilan solishtirarli elektron sxemalarini tayyorlash; - nanomashinalarni loyihalash va ishlab chiqish; - alohida atom va molekulalarni boshqarish va ulardan alohida mirkoob’yektlarni yig‘ish. Bu yo‘nalishdagi izlanishlar ancha vaqtda buyon olib borilmoqda. 1981yilda tunnelli mikroskop yaratilib, alohida atomlarni ko‘rish mumkin bo‘ldi. Shunday buyon texnologiya sezilarli takomillashtirishdi. Bugun bu yutuqlarni 44 kundalik hayotda ishlatamiz: lazerli disklarni ishlab chiqarish; Jumladan DVD disklardan nanotexnogik usulsiz foydalanish mumkin emas. Soha taraqqiyotidagi asosiy bosqichlarni bir eslab ko‘raylik. 1959 yil. Nobel mukofoti sohibi Richard Feynman kelajakda alohida atomlarni boshqarish, Odam har qanday moddani sintez qilishi mumkinligini boshorat qildi. 1981-yil Binig va Rorer tomonidan moddalardan atomlar darajasida ta’sir qila oladigan skanlovchi tunnel mikroskopning yaratilishi. 1982-1985 yillar sistemalarda atomlar aniqlikka erishildi. 1986- yil atom quvvatli mikroskop yaratilib, u tunnel mikroskopidan faqrli ravishda har qanday, masalan, tok o‘tkazmaydigan material bilan ham ta’sirlasha oladi. 1990 yil alohida atomlarni boshqarishga erishildi. 1994 – yil Sonoatda nanotexnologik usullarning qo‘llanila boshlanishi. Nanorobotlar davri boshlanyapti. Ko‘pgina mutaxassislar mikrotexnologiya tarixi Richard Feymaninng 1959 – yili Amerika fiziklar jamiyatida o‘qigan mashhur maruzasidan so‘ng boshlangan degan fikrda. U mikrotexnologiya potensialini boy bo‘yoqlarda tasavvur etadi. Maruzalarida kompyuterlar, axborotni saqlash qurilmalari, elektron qismlar va robotlar mitti holatda tasvirlangan edi. Feymaning mikroelektonika borasidagi boshoratlari tez (aniqrog‘i 1960-1970 yillarga keliboq) amalga oshdi. 1980-yilda esa yetakchi universitetlar va davlat laboratoriyalarda nisbatan arzon usullarda mitti mexanik detallar yaratila boshlandi. Buning uchun mikroelektromexanik sistemalar (MEMS) texnologiyasi ishlab chiqildi. Amalda MEMSning ilk tijorat mahsulot paydo bo‘lishi uchun 30 yil kerak bo‘ldi. Keng tarqalgan daslabki MEMS texnologiyalari qollanish sensorlari Parijda har bir necha yilga o‘rnatilib, to‘qnashuvchi paiqash va havo yostiqchasi ishga tushurish uchun ishlatilardi. Hozirda yiliga 50 millionta bu kabi sensorlar ishlab chiqariladi. Shuningdek Sandiya firmasi ham samarali mikroskopik sensorlar yarata boshladi. 1990 yili yaratilgan avtonom root MARV 1 kub duyum hakmda bo‘lgan 4 marta kichiklashtirishga imkon tug‘ildi. Bu kabi robotlar kompyuter orqali boshqariladi, bajaradigan vazifafalari esa turli-tuman. Shu bilan birga, borotlardan inson faoliyatini nazorat qilish razvedkada vaboshqa maqsadlarda foydalanish mumkin. 45 3.2. Nanoklasterli yarimo‘tkazgichlar xossalari va ular asosidagi. Tubdan yangi bo‘lgan Fizik kattaliklarni o‘lchaydigan sezgichlar. Nanoklasterlar va nanokristallar Nanoklasterlar va nanokristallar atomlar yoki molekulalarning nanometr komplekslari. Ularning orasidagi asosiy farq ularning hosil qiluvchi atomlari yoki molekulalarining joylashuvi, shuningdek ular orasidagi kimyoviy bog‘lanishdir. Nanoklasterlar strukturaning buyurtma darajasiga ko‘ra tartibli, aks holda sehrli va tartibsiz deb nomlanadi. Sehrli nanoklasterlarda atomlar yoki molekulalar muayyan tartibda joylashtirilgan va juda kuchli bog‘langan. Buning natijasida sehrli nanoklasterlarning nisbatan yuqori barqarorligi, ularning tashqi ta'sirlarga qarshi chidamliligi ta'minlanadi. Sehrli nanoklasterlar ularning barqarorligi uchun nanoklasterlarga o‘xshaydi. Shu bilan birga, sehrli nanoklasterlarda, ularning joylashuvidagi atomlar yoki molekulalar nanokristallarga xos bo‘lgan kristalli panjarani hosil qilmaydi. Tartibsiz nanoklasterlar atom yoki molekulalarning joylashuvida va zaif kimyoviy birikmalarda tartib yo‘qligi bilan ajralib turadi. Bu ular sehrli nanoklasterlardan va nanokristallardan sezilarli darajada farq qiladi. Shu bilan birga, nanokristallarning shakllanishi jarayonida tartibsiz nanoklasterlar alohida rol o‘ynaydi. Nanoklasterlar Buyurtma qilingan nanoklasterlar Uroradochennyh yoki sehrli, nanoklasterler xususiyati ular o‘zboshimchalik bilan xarakterlanadi emas, deb, va qat'iy belgilangan, energiya eng daromadli-deb atalmish sehrli soni atomlar yoki molekulalar. Natijada, ular o‘z xususiyatlarining hajmiga, ya'ni ularning hosil qiluvchi atomlari yoki molekulalarining soniga mononotonik bog‘liqligi bilan ajralib turadi. Sehrli klasterlarga xos bo‘lgan barqarorlik ularning atom yoki molekulyar konfiguratsiyasining qat'iyligi bilan bog‘liq zich qadoqlash talablariga javob beradi va muayyan turdagi to‘liq geometrik shakllarga mos keladi. Hisob-kitoblar [1], asosan, zich qadoqlangan atomlarning turli xil konfiguratsiyasi mavjud bo‘lishi mumkinligini ko‘rsatadi va bu konfiguratsiyalar atomlar bir-biridan teng masofada joylashgan va teng qirrali uchburchakni tashkil etadigan uchta atom guruhlarining turli xil birikmasidir (3.2 rasm). 46 3.2 rasm. Nzich paketlangan atomlarning nanoklasterlarining konfiguratsiyasi [1] a-tetraedr (N= 4); b-ikki tetraedrning kombinatsiyasi sifatida trigonal bipiramid ( N= 5) ; bir kvadrat piramida (N= 5); g – tripyramid (N= 6) hosil uch tetrahedra; d – sakkiz qirrali (N= 6); e – pentagonal bipyramid (N= 7); g – star tetrahedron (N= 8) edi tomonidan tashkil besh tetrahedra uchun har 4 yuzlari Markaziy tetrahedron biriktirilgan bir tetrahedron; bu icosahedron (N= 13) o‘z ichiga oladi, bir Markaziy atom bilan o‘rab 12 atomlari, 20 equilateral uchburchak ichiga birga, olti bor 5-darajali simmetriya o‘qi. To‘rt atomdan tashkil topgan eng kichik nanoklasterga mos keladigan bunday konfiguratsiyalarning eng oddiy turi tetraedr (shakl. 6.1, a), boshqa murakkab konfiguratsiyalarda tarkibiy qism sifatida kiritilgan. Rasmda ko‘rinib turganidek. 6.1, nanoklasterlar 5 buyrug‘ining simmetriya o‘qi bilan tavsiflangan kristalografik simmetriyaga ega bo‘lishi mumkin. Bu asosan kristall panjarasi borligi bilan xarakterlanadi tuzilishi kristallari ularni ajratib turadi va faqat 1-chi, 2-chi, 3-chi, 4-chi va 6-chi tartib simmetriya o‘qi bo‘lishi mumkin. Xususan, bir 5-chi tartibi simmetriya o‘qi bilan eng past barqaror nanoklaster etti atomlarni o‘z ichiga oladi va pentagonal bipiramidler (FIG. 4.1, e), 5-darajali simmetriya olti o‘qi bilan keyingi barqaror konfiguratsiya – 13 atomlarining ikosaedra shaklidagi nanoklaster (3.3 rasm.). Zich paketlangan metall atomlarning konfiguratsiyasi ligandlar – molekulyar birikmalarning bog‘lanishlari bilan o‘rab olingan metall yadroga asoslangan ligandli metall nanoklasterlarda sodir bo‘lishi mumkin. Bunday nanoklasterlarda metall yadroning sirt qatlamlarining xususiyatlari atrofdagi ligand qobig‘ining ta'siri ostida o‘zgarishi mumkin. Tashqi muhitning bunday ta'siri timsohsiz nanoklasterlarda mavjud emas. Ular orasida metall va uglerod nanoklasterlari eng keng tarqalgan bo‘lib, ular uchun ularni tashkil etuvchi atomlarning zich qadoqlanishi ham xarakterli bo‘lishi mumkin. Ligandli metall nanoklasterlarda yadrolar formula bilan aniqlangan atomlarning aniq sehrli sonidan iborat 47 N 1 (10n3 15n2 11n 3) , 3 (3.1) bu yerdan-Markaziy atom atrofidagi qatlamlar soni [2]. (6.1) ga ko‘ra, nanoklastning eng barqaror yadrolariga mos keladigan sehrli raqamlar to‘plamidom, quyidagicha bo‘lishi mumkin:N= 13, 55, 147, 309, 561, 923, 561, 1415, 2057, Eng kichik yadro 13 atomlarini o‘z ichiga oladi: markazda bitta atom va birinchi qatlamda 12. Ma'lum, masalan, 13-atom (yagona qatlam) nanoclusters [Hisoblab13(PPh2CH2CH2PPh2)6](NO3)4, 55-atom (dual layer) nanoclusters Rh55(PPh3)12Cl6, 561-atom (besh-qatlam) nanoclusters Pd561phen60(OAc)180(phen – Fenatran), 1415-atom (etti-qatlam) Pd nanoclusters1415phen60Ey1100va boshqalar [2]. Rasmda ko‘rinib turganidek. 6.1, h, N = 13 bilan eng barqaror ligandli metall nanoklasterning konfiguratsiyasiN 12-Vertex Polyhedron-ikosaedra shakliga ega. Ikki quyi tizimlari iborat nanoklaster maxsus elektron tuzilishi bilan, – (ligand nanoklaster kabi) atomlarning zich qadoqlash, ya'ni geometrik omil bilan bog‘liq biri sehrli sonlar, ikki qator, va boshqa tufayli umumiy holda metall nanoklasterlerin barqarorlik, ijobiy zaryadlangan ionlar yadrosida Birlashgan va atomdagi elektron qobiqlarga o‘xshash elektron qobiqlarni hosil qiluvchi elektronlarni o‘rab turgan elektronlar. Nanoklasterlarning eng barqaror elektron konfiguratsiyasi elektron qobiqlarning to‘liq to‘ldirilishi sharti bilan shakllanadi, bu ma'lum miqdordagi elektronlarga mos keladi – "elektron sehrli" raqamlar. 120 3.4 rasm. Nanostrovkalar bir qator Si, SiO 100 [2] yupqa qatlam bilan qoplangan Si (3) yuzasiga Si ning beshta monoatomik qatlamlarini o‘stirish natijasida olingan Uglerod nanoklasterlarining barqarorligi uglerod atomlarining sehrli sonlaridan kelib chiqadi. Kichik uglerod nanoklasterlari (n< 24 bilan) va katta (n≥ 48 24 bilan) [2] mavjud. Kichik nanoklasterlar g‘alati sehrli raqamlarda (N) barqarorlikni namoyishetadi= 3, 7, 11, 19, 23), ular orasidaN= 7, 11, 19, 23 bo‘lgan nanoklasterlar eng barqaror hisoblanadi. O‘z navbatida, katta nanoklasterlar sehrli raqamlar (N) da barqarorlikni namoyish etadi= 24, 28, 32, 36, 50, 60, 70, ...), ular orasidaN= 60 va 70 bo‘lgan nanoklasterlar eng barqaror hisoblanadi.N≥ 24 bo‘lgan uglerod nanoklasterlari odatda n belgisi bilan belgilanadigan fulleren deb ataladiN. Shunday qilib,60 va 70 bilan fullerenler eng barqaror hisoblanadi70. Shuni ta'kidlash kerakki, fullerenlar uglerodning polimorfik modifikatsiyasi (grafit va olmos bilan birga) deb hisoblanadi. Bu shuni anglatadiki, ular tarkibida maxsus nanokristallar mavjud. Shunday qilib, bugungi kunda fullerenlarni aniqlash uchun ikki tomonlama yondashuv mavjud – bir tomondan nanoklasterlar va boshqa tomondan nanokristallar kabi. Bundan tashqari, ko‘pincha fullerenlar yirik uglerod molekulalari sifatida qaraladi, bu fullerenlarning strukturasida o‘xshashlik va mekansal konfiguratsiya bilan ajralib turadigan bir qator organik birikmalarning murakkab molekulalari, shuningdek, ularning va boshqalarning kimyoviy xususiyatlarining namoyon bo‘lish xususiyati bilan bog‘liq bo‘lishi mumkin. Sehrli nanoklasterlar turli xil sharoitlarda, ham kontsentratsion muhit miqdori va substrat yuzasida paydo bo‘lishi mumkin, bu esa nanoklasterlarning shakllanishiga ta'sir qilishi mumkin. Misol sifatida, qattiq jism yuzasida begona atomlarni cho‘ktirishda nanoSIM o‘lchamli orollarning shakllanishining o‘ziga xos xususiyatlarini ko‘rib chiqing [3, 4]. Qamal qilingan atomlar sirt bo‘ylab ko‘chib o‘tadi va bir-biriga qo‘shilib, orollarni hosil qiladi. Bu jarayon stokastik (tasodifiy) xarakterga ega. Shuning uchun, adacıklar hajmi farq qiladi va sirt ustida teng ravishda taqsimlanadi121 hajmi (3.5 rasm). Biroq, muayyan sharoitlarda, u amaliy jihatdan juda kerakli ta'sir erishish mumkin, barcha orollar bir xil hajmi va bir hil qator hosil, va ideal – tartibli davriy tuzilishi [4]. Xususan, yuqori vakuum sharoitida 550°C haqida haroratda kremniy Si (10) ning ato - marno-toza yuzasi (10-10Torr) haqida 1 / 3 monoatomik alyuminiy qatlamini qamal bo‘lsa, nanoklaster bir tartibli qator 49 yuzasida hosil - atom hajmi orollari (FIG. 4.3). Barcha nanoklasterlar bir xil bo‘ladi: ularning har biri nanoklasterlar uchun sehrli bo‘lgan 6ga teng bo‘lgan aniq belgilangan al atomlarini o‘z ichiga oladi. Bundan tashqari, al atomlari si atomlari bilan o‘zaro ta'sir qiladi. Natijada oltita al atomi va uchta Si atomidan tashkil topgan konfiguratsiya hosil bo‘ladi. Shunday qilib, al6Si 3 tipidagi maxsus nanoklasterlar hosil3bo‘ladi . Bu holda sehrli nanoklasterlarning shakllanishi ikki muhim omil bilan izohlanadi. Birinchi omil Al va Si atomlarining maxsus konfiguratsion xususiyatlariga bog‘liq bo‘lib, unda barcha kimyoviy birikmalar yopiq bo‘lib, yuqori barqarorlikka ega. Bir yoki bir nechta atomlarni qo‘shganda yoki olib tashlanganda bunday barqaror atom konfiguratsiyasi paydo bo‘lmaydi. Ikkinchi omil Si (111) sirtining maxsus xususiyatlari bilan bog‘liq bo‘lib, u nanostrovkalarning kelib chiqishi va o‘sishiga buyurtma beruvchi ta'sir ko‘rsatadi. Bunday holda, sehrli nanoklasterning hajmi 122 Al6 Si3 sirt elementar xujayrasining o‘lchamiga muvaffaqiyatli mos keladi, buning natijasida hujayraning har bir yarmida bir nanoklaster joylashtiriladi. Natijada sehrli nanoklasterlarning deyarli mukammal tartibli qatori hosil bo‘ladi. 3.3. Nopok nanoklasterlar va nanokristallikning pastki chegarasi Tartibsiz nanoklasterlar van der waalsovym kuchlari tufayli zaif shovqin tufayli yuzaga keladigan oz sonli molekulalarning (atomlarning) birikmalariga o‘xshash, van der waalsovym molekulalarining tuzilishiga o‘xshash beqaror shakllanishlardir. Ular suyuqlik kabi harakat qilishadi va spontan parchalanishga moyil. Buyurtma qilinmagan nanoklasterlar nanokristallarning hosil bo‘lish jarayonlarida muhim rol o‘ynaydi, aslida nanokristallarning prototiplari bo‘lib, ular atom yoki molekulalarning tartibli joylashuvi va kuchli kimyoviy birikmalar bilan ajralib turadigan kristalli nanopartikullar deb ataladi – katta kristallar (makrokristallar) kabi.Nanokristallar 10 nm yoki undan ko‘p hajmga ega bo‘lishi mumkin va shuning uchun juda ko‘p sonli atomlar yoki molekulalar (bir necha mingdan bir necha yuz minggacha va undan yuqori) [5]. Nanokristallarning kattaligi pastki chegarasiga kelsak, bu masala maxsus muhokamani talab qiladi. Shu munosabat bilan kristallanish Klaster mexanizmlarini tahlil qilish alohida qiziqish uyg‘otadi. Misol sifatida, super to‘yingan eritmaning kristallanishini ko‘rib chiqing [6, 7]. Embrion shakllanishining uchta asosiy modeli mavjud: fluctuation (FMZ), Klaster( KMZ) va fluctuation-Klaster (FKMZ) - ularning har birida embrionlarning shakllanishining asosiy manbai sifatida qabul qilinganligiga muvofiq. 50 FMZGA ko‘ra, embrionlar eritmaning zichligi o‘zgarishi natijasida yuzaga keladi, ya'ni. embrionlarning bevosita manbai eritmaning atomlarining dalgalanmaları –Vf yuqori zichlikdagi rf> > r m bo‘lgan v f hajmli eritmaning mahalliy joylari, buρmerdarm– asosan eritmaning miqdori-matritsa miqdori o‘zgarmasligi uchun zichlik. Umuman olganda, dalgalanmalar turli hajmliv C nanoklasterlarining shakllanishiga olib keladic.VC<vC (cr) bilan nanoklasterlar, bu erdaVc (cr)juda muhim 123 hajmi, darhol boshlang‘ich atomlarga bo‘linadi.VC> >vc(cr) bilan nanoklasterlarn o‘sishda davom etadigan barqaror embrionlarga aylanadi.VC=Vc(cr) bo‘lgan nanoklasterlarbeqaror muvozanat holatida bo‘lgan muhim embrionlardir: ular parchalanadi yoki barqaror embrionlarga aylanadi. KMZGA ko‘ra, embrionlar nanoklasterlardan hosil bo‘ladi, bu esa o‘z navbatida o‘zgaruvchan klasterlardan kelib chiqadi. KMZ ning o‘ziga xos xususiyati shundaki, uvC<vC(cr) klasterlari uchunnanoklasterlar o‘z hajmida o‘zgarishi mumkin, bu esa butunlay parchalanib ketishi yoki barqaror embrionlarga o‘tishiga qadar ko‘payishi mumkin bo‘lgan ma'lum bir umr ko‘rish imkoniyatini beradi. Nanoklasterlar matritsa yoki ulardan atomlarning ajralishi va ularning matritsaga o‘tishi yoki o‘zaro to‘qnashuvlarda nanoklasterlarni birlashtirish yo‘li bilan ular uchun alohida atomlarni biriktirish orqali hajmda o‘zgaradi deb hisoblashadi. FKMZ ma'lumotlariga ko‘ra, kristallarning kelib chiqishi ilgari hosilbo‘lgan nanoklasterlarning VC<vC(cr)va dalgalanma klasterlari bilan o‘zaro ta'siri orqali sodir bo‘ladi. Bunday ta'sir o‘tkazish imkoniyati nanoklasterlarning atrof - muhit miqdori va o‘zgaruvchan bo‘shliqning vaqtvaqti bilan taqsimlanishining heterojenligi bilan bog‘liq bo‘lib, nanoklasterlarning migratsiyasi davrida yuzaga keladigan o‘zgarishlarning joylashuvi tasodifiy nanoklasterlarning joylashishiga mos kelishi mumkin. Natijada, nanoklasterlar o‘zgaruvchan birikmalardan atomlarni biriktirish orqali sezilarli darajada kengaytirilishi mumkin. Shunday qilib, Kristal faza shakllantirish uchun zarur shart-sharoitlar muhim embrion paydo bo‘ladi, t.E. ular kristallanish salohiyati markazlari bo‘lib bo‘lgan ma'lum bir hajmi, tartibsiz nanoklasterler. Shundan kelib chiqadiki, muhim embrionlarning hajmi bir tomondan nanokristalli holatning pastki chegarasi, ya'ni kristallanish natijasida hosil bo‘lishi mumkin bo‘lgan nanokristallarning minimal hajmi va boshqa tomondan, nanoklaster holatining yuqori chegarasi, ya'ni.ular barqaror holatga aylanib, nanokristallarga aylantirilganda, tartibga solinmagan nanoklasterlarning maksimal hajmi sifatida. Baholash ma'lumotlariga ko‘ra, muhim embrionlar 1 nm [8] buyurtmasiga ega. Shuni ta'kidlash kerakki, har qanday modda uchun kritik embrionlarning qat'iy belgilangan hajmi yo‘q, chunki bu o‘lcham kristallanadigan muhitning xususiyatlariga, xususan, uning rad etish darajasiga bog‘liq- 124 termodinamik muvozanat holatidan (echimlar uchun – ularning supersaturatsiya darajasidan). 51 Ideal holda, kristallanish jarayonida hosil bo‘lgan nanokristallar mukammal monokristalli tuzilishga ega, bu ularning hosil bo‘lishida klasterlarning o‘sishi natijasida individual atomlar yoki kristallanadigan moddalar molekulalarini ketma-ket biriktirish orqali amalga oshirilishi mumkin. Aslida, nanokristallarning tuzilishi turli xil nuqsonlar bilan ifodalanishi mumkin: vakansiyalar, dislokatsiyalar va boshqalar.shuni ta'kidlash kerakki, bu nuqsonlarning yuzaga kelishi ehtimoli juda kichik va nanopartikullarning hajmini kamaytirish bilan sezilarli darajada kamayadi. Xususan, taxminiy hisobkitoblar shuni ko‘rsatadiki, 10 nm dan kam bo‘lgan nanopartikullar deyarli bo‘sh ish o‘rinlarini o‘z ichiga olmaydi [9]. Kichik o‘lchamli kristallarning strukturasini yuqori darajada takomillashtirish uzoq vaqtdan beri ma'lum bo‘lgan haqiqatdir: xarakterli misol – 1 mm va undan kam va deyarli nuqsonsiz diametrli novda shakliga ega bo‘lgan filamentli kristallar ("mo‘ylov" deb ataladi). Klaster mexanizmi bo‘yicha nanokristallarning shakllanishi, ya'ni bir qator nanoklasterlarni birlashtirib, heterojen, blokli strukturaning shakllanishiga olib kelishi mumkin. Nanokristallarning bunday strukturasining mavjudligi diffraktsion tahlil va elektron mikroskopiya usullari bilan ularning tadqiqotlari natijalari bilan tasdiqlanadi, bu ularning tarkibida monokristallar va polikristallarga mos kelishi mumkinligini ko‘rsatadi. Xususan, zro2 asosidagi seramika nanopartikullari tadqiqotlari ular bir-biridan farqli tarkibiy qismlardan iborat bo‘lishi mumkinligini ko‘rsatadi [10]. Kristal strukturasining xususiyatlarini tahlil qilish asosida nanokristallarning minimal hajmini baholashda yana bir yondashuv mavjud. Nanokristallerde, shuningdek, makrokristallerde, uning makonidagi atomlar kristalli panjara hosil qiladi. Kristall panjaraning eng muhim xususiyatlaridan biri koordinatsiya raqami, ya'ni bu atomga eng yaqin qo‘shni atomlarning soni. Eng yaqin qo‘shni atomlarning jamiyati 1 koordinatsion sohasini tashkil qiladi. Xuddi shunday, biz 2, 3, 4 va boshqalar haqida gapirishimiz mumkin.muvofiqlashtiruvchi sohalar. Nanokristalning kattaligi kamayganligi sababli, bu turdagi kristallarga xos bo‘lgan simmetriya elementlari yo‘qolishi mumkin, ya'ni. atomlarning joylashuvida uzoq tartib buziladi va shunga muvofiq koordinatsion sohalar soni bo‘ladi 125 shartnoma. Odatda nanokristalli holatning pastki chegarasi nanokristallarning kattaligi uchta muvofiqlashtirish sohasi bilan mos keladigan holatda (masalan, Ni uchun 0,6 nm ga mos keladi) [9]. Nanokristallarning kattaligini kamaytirish bilan nanokristallarga o‘tadi, ularning eng muhim xususiyati nanokristallarga nisbatan Kristal strukturasiga xos simmetriyani yo‘qotishdir. Nanoo‘lchamli strukturalarni tadqiq qilish metodlari. Nanoo‘lchamdagi zarralarni paydo bo‘lishining asosiy kinetic qonuniyati bo‘lib, kristall murtagining tez paydo bo‘lishi va sekin o‘sishiga xizmat qiladi 52 ayni shu o‘ziga xos hususiyati nanozarralarni sintez qilish usullarini va texnalogiyasini aniqlab beradi. Nanozarralarni olish usullarini barchasini ikkita guruxga ajratish mumkin. Birinchi umumlashtiruvchi usul, bu usulda nanozarralarni olish va ularni o‘rganish mumkin, lekin bu usullar orasida yangi materiallar olish mumkin emas. Ushbu usulga: o‘ta past haroratlarda kondensatsiya qilish usulini, ba’zi bir kimyoviy, fotokimyoviy va radiatsion tiklanishlarni va lazerli bug‘latish usullarini kiritishimiz mumkin.Ikkinchi guruxga esa, nanozarralar asosida materiallar olish imkoniyatini beruvchi usullar mansubdir. Bunga birinchi navbatda mexanik-kimyoviy maydalash, gaz fazasidan kondensatsiya qilish, plazmakimyoviy metodlar va boshqalar kiradi. Usullarni bunday tadsimlash albatta nisbiy jihatdandir. Shu bilan birga ularni yana bir hususiyatini akslantiradi: ya’ni ba’zi alohida atom va agregatsiyalarni yiriklashtirish, boshqacha aytganda “pastdan yuqoriga”, yoki turli dispergiya qilish, boshqacha aytganda “yuqoridan – pastga” birinchi yondoshuv asosan nanozarralarni kimyoviy usul bilan olishga molikdir, ikkinchi yondoshuv esa fizik usullarga. Nanozarralarni alohida atomlarni yiriklashtirish orqali olish usuli, nanokimyoning eng quyi chegarasi sifatida ko‘rish imkoniyatini beradi. Yuqori chegarasi esa klasterdagi atomlar soni bilan aniqlanadi, ammo atomlarni sonining ortib borishi, ularning kimyoviy xossalarini sifatli o‘zgarishiga olib keladi. Gaz fazasida nanozarralarni olish usuli. “Bug‘latishkondensatsiya” jarayonida nanozarralarni olish Gaz fazasida ko‘pincha quyidagi jarayonlarni amalga oshirishadi: bug‘latish-kondensatsiya (plazmada yoki elektrik dugada bug‘latish); cho‘kma hosil qilish; topokimyoviy reaksiyalar (tiklanish, oksidlanish, qattiq faza zarralarini uvalanishi). Bug‘lanish-kondensatsiya jarayonida suyuq yoki qattiq jismlar inert gazining past bosimida boshqariluvchi haroratda bug‘lantiriladi va keyingi kondensatsiya jarayoni muhitning past haroratli qismida yoki sovutiladigan qurilmaning o‘zida amalga oshiriladi (3.6 – rasm). 3.4. 53 3.6-rasm. Bug‘lanish-kondensatsiya jarayonida nanoparoshoklarni olish sxemasi Bu usul 200 dan bir necha yuzlab o‘lchamdagi nanozarralarni olish imkonini beradi. Odatda 20 nm dan kichik bo‘lgan zarralar sferik ko‘rinishga ega bo‘ladilar, undan kattalarida esa qirralar hosil bo‘lishi mumkin. Bug‘lanuvchi modda 5 qizdiruvchi kamera 2 ga joylashtiriladi va bu kamera 4 qizdirgich bilan qizdiriladi, kameraning teshiklari ya’ni diagrammalari mavjud. Diagramma orqali bug‘lanuvchi modda vakuumli muhitga o‘tadi (bosim 0,1-0,01 Pa) va molekulyar dasta hosil bo‘ladi. Zarralar deyarli tog‘ri chiziq bo‘ylab harakat qiladilar, sovutiluvchi 1 asosida kondensatsoyalanadilar. Gaz qurilmadan 3 klapan orqali chiqarib yuboriladi. Agar bug‘latish shunday sharoitda amalga oshiriladiki, unda diagrammagacha bo‘lgan oraliqda zarralar o‘zaro to‘qnashmasalar, zarralarning erkin yugurish yo‘li лч >dд (dд- difragramagacha bo‘lgan masofa). Qizdirilayotgan kameradan sizib chiquvchi zarralar dastasi effuzion bo‘ladi, dastaning intensivligi J [zarra/(sm2 ·s)], manbaadan r masofa oraliqda: (3.4.1) Bu yerda: P – bosim, M – molekulyar massa, t - issiqlik manbasining harorati, θ – tirqish tekisligining normal yo‘naltiruvchisi va molekulyar dasta orasidagi burchak. Ifodadan ko‘rinib turibdiki, dastaning ~1/r2, ya’ni changlanuvchi zarralarning muhitda taqsimlanishi, manba uchun ham huddi shunday. Boshqacha aytganda muhitga tarqalgan zarralar vakuumda geometrik optika qonunlari bo‘yicha taqsimlanadi. Effuzion tarzda bug‘lanishdan hosil bo‘lgan molekulyar dastasi juda kichik intensivlikka ega, ya’ni zarra /(sm2·s). Kerakli intensivlikdagi molekulyar dastani olishga qarab manbaning qizdirish harorati 54 tanlanadi, shu bilan birga bosim ham shunga mos ravishda tanlanadi. U moddaning erish haroratidan yuqori yoki past bo‘lishi munkin . Shuni takidlash joizki, ba’zi materiallar (misol, Sn va Ge) bug‘lanishida alohida atomlar ko‘rinishida, ham kichik klasterlar shaklida ham bug‘lanishi munkin. Qizdirilgankamera tirqishlaridan effuzion tarzda hosil qilinuvchi, kichik intensivlikdagi molekulyar dastalarda kichik klastelarning dasta bo‘ylab teng taqsimlanishi kuzatiladi. Molekulyar dasta hosil qilish usuli nano o‘lchamdagi zarralar olish usulining yaxshi tomoni shundaki, molekulyar dastaning intensivligini boshqarish munkinligi va kondensatsiyalanuvchi muhitga zarralar uzatilishini boshqarish munkinligidadir. Gaz fazali nanozarralarni olish Kichik intensivlikdagi molekulyar dastalar usuli ko‘p hollarda, kimyoviy cho‘kma hosil qilish bilan birgalikda kombinatsia-lashtiriladi. Qurilmaning sovuq sirti yaqinida cho‘kma hosil bo‘lishi kuzatiladi, yoki bevosita boshqariluvchi harorat ostida sirtning o‘zida hosil bo‘ladi (zarralar o‘zaro to‘qnashmasligi uchun past bosimda). Nanozarralarni gaz fazasiga olish usuliga asoslangan qurilmalarda, manbani turli usullar bilan qizdirishga, gazli muhit tarkibi, kondensatsiya jarayonini amalga oshirish metodlari va olingan parashoklarni yig‘ib olishga asoslangan usullarga turlicha yondashuvlar qo‘llaniladi. Misol, kondensatsiya jarayoni sovitilgan aylanuvchi silindr yoki baraban sirtida amalga oshiriladi, bevosita qabul qiluvchi sig‘imga tozalab olinadi. Metall nanoparashoklarni gaz fazali sintez qiluvchi qurilma sxematik tarzda o‘z ichiga ishi kamera 1, sovitiluvchi baraban 2, qirgich 3, voronka 4, parashokni qabul qiluvchi sig‘im 5, trubka ko‘rinishidagi qizdiriluvchi reaktor 6, bug‘lanuvchi modda uzatilishini boshqaruvchi qurilma 7, ni o‘z ichiga oladi. Trubka ko‘rinishidagi reaktorda bug‘lanuvchi moddani inert gazi bilan aralashtiriladi va gaz fazasiga aylantiriladi. Metal nanoparashoklarini gaz fazali sintez qiluvchi qurilma sxemasi ( 3.7 – rasm). 55 3.7 – rasm. Metall nanoparashoklarini gaz fazali sintez qiluvchi qurilma sxemasi Reaktorda hosil bo‘lgan uzluksiz klasterlar yoki nanozarralar oqimi ishchi kameraga keladi, ushbu kamerada 1-50 Pa bosim hosil qilinadi. Sovitilgan aylanuvchi barabanning sirtida nanozarralar parashok sifatida kondensatsiyalanadi va qirg‘ich yordamida barabanning sirtidan tozalab olinadi. Kukun varonka orqali, qabul qiluvchi sig‘imga kelib tushadi va keying ishlov berish jarayoniga uzayiladi. Vakuumga bug‘lanishdan farqli ravishda siyraklashgan bosimga bug‘langan modda atomlari o‘z kinetik energiyalarini, gaz atomlari bian to‘qnashish hisobiga tezroq yo‘qotadilar va kristall murtaklarini (klasterlar) hosil qiladilar. kondensatsiya jarayonida nanokristall moddalar hosil bo‘ladi. Huddi vodorod argon va geliy gazlarining turli bosimli muhitlarida aluminiy bug‘larining kondensatsiyalanishi tufayli 20-100 nm li nano zarralar olinganligi singari. Inert gazaning tarkibi zarraning o‘sishiga bevosita tas’ir qiladi. Kondensatsiyalanuvchi atomning energiyasini muhitdagi og‘ir atomlar jadalroq ravishda olib qo‘yishadi va bu o‘z navbatida, zarralarni o‘sishiga sababchi bo‘ladi, ya’ni haroratning pasayishi kristall murtaklar turli o‘lchamdagi nanozarralarni olish munkin. Misol; geliyni argonga yoki ksenonga o‘zgartirib nanozarralarni o‘lchamlarini bir necha bor o‘zgartirish munkin . Gaz fazasida nanokukunlarni olish o‘ziga hosligi, qattiq –gaz fazalari chegaralari orasidagi tortishlarning nisbatan kuchsizligidadir. Bu tortilishning o‘sib borishi nanozarralarni zichligini agregat holatda oshishiga sababchi bo‘ladi. Haroratning yuqori bo‘lishi diffusion jarayonini tezlashtiradi, bu esa zarralarning o‘sishiga va qattiq fazalar orasida ko‘prik hosil qiladi . Gaz haroratinig yuqoriligi, oqimda zarralarning kondensatsiyasi kamligi sharoitida gaz fazasidan hosil bo‘luvchi nanizarralarni ajratib olish bu jarayonnig muammosi hisoblanadi. 56 Nanozarralarni olish uchun turli filtrlar (metall – keremik, elektrik filtrlar) dan foydalaniladi, shu bilan birga siklonli qurilmalarda va gidrosiklonlarda markazdan qochma kuch hisobiga maxsus kenrofugalardan zarralarni cho‘ktirish usullaridan ham foydalaniladi. Kimyoviy usul bilan nanozarralarni olish Metal nanozarralari kondensatsiyalanish vaqtida bug‘ holatidan kerakli bog‘lanishga ega birikmalarni topakimyoviy reaksiyalar yordamida olish munkin. Kerakli birikmani olish uchun bug‘lanuvchi metalni gaz reagent bevosita gaz fazali muhitda ta’minlash munkin. Gaz fazali kimyoviy reaksiyalarda nanomateriallarni sintezi kimyoviy reaksiyalar hisobiga amalga oshiriladi, oson uchuvchi moddalarni bug‘laridan tashkil topgan muhitda.gaz fazasida kesuvchi reaksiyalarni quyidagilarga ajratish munkin: parchalanuvchi kimyoviy reaksiyalarga, ya’ni quyidagi sxema bo‘yicha bir reagent asosida kechadigan A B+C va ikki yoki undan ortiq reagentlar asosida amalga oshiriluvchi reaksiyalar A+B C+D Birinchi tirdagi reaksiyalarni amalga oshishiningasosiy sharti bo‘lib, reagentning mavjud bo‘lishi xizmat qiladi, qaysiki so‘ngi maxsulotni tashkil etuvchi komponentlarini o‘zida mujassam etadi. Shuning uchun ikkinchi turdagi gaz fazali reaksiyalar keng amaliyotda qo‘llaniladi Shuning uchun gaz fazali reaksiyalar amalga oshirishda, qatnashuvchi reagentlar yengil uchuvchan bo‘lishi lozim. Bu hollarda reagentlar sifatida ko‘pincha galoginitlar (ayniqsa metal xloridlar), metal oksixloridlari MEO n CLm, alkooksidalar Me (OR)n, alkil bog‘lanishlar ME (R)n, metall bug‘lari va hakazo. Ushbu usul bilan bor nanomaterialini, gazli sajani, metallar, splavlar, nitridlar, karbitlar, silitsidlar, sulfidlar va boshqa bog‘lanishga ega nanomateriallarni olish mumkin. Ushbu usulda olinayotgan va tayyor bo‘lgan nanomaterialllarni xususiyatlariga reaktorning konstruksiyasi kata tas’ir ko‘rsatadi, shu bilan birga reagentlari qizdirish, jarayoni kechishida harorat gradentrini o‘zgarib borishini va bir qancha shunga o‘xshash omillar. Gaz fazali kimyoviy reaksialarni odatda turli trubka ko‘rinishiga ega bo‘lgan materiallarda o‘tkazishadi. Tashqi qizdirilish orqali reaksiya kechadigan zonasiga ega bo‘lgan reaktorlar bugungi kunda juda keng 57 tarqalgan. Qurilmaning reaksiya kechadigan zonasi odatda kvars, keramik materiallar yoki glinozem materiallardan tayyorlanadi. Gaz fazasini kukun bilan tasirlashtiruvchi topokimyoviy reaksiyalar odatda sirtlarga yangi zarralarni changaltirish va ularni modifikatsiyalash uchun qo‘llaniladi jarayon shunday nazorat qilinishi lozimki, qattiq faza sirtida hosil bo‘lishi lozim, yoxud zarralar orasidagi hamda hosil bo‘lishi kerak emas. Kimyoviy reaksiyalarga quyidagicha misol keltirish mumkin. Nitritlarni sintez qilish uchun uglerodli muhitda oksidani azot bilan tasirlantirish. Bu usul bilan kremniy, alyuminiy, titan, va sirkoniy nitritlarini sintezini amalga oshirish mumkin. 3.5. Kremniy sirtiga elektrolit usuli yordamida yupqa va o‘ta yupqa metalli plyonka hosil qilish Zamonaviy texnik tizimlar va vositalarni boshqarish hamda fan va texnikaning rivojlanishi elektronikaning etakchi tarmoqlaridan biri bo‘lgan mikroelektronika hamda endigina paydo bo‘layotgan nanoelektronika sohalarida faoliyat ko‘rsatadigan malakali mutaxasislarni tayyorlash bilan uzviy bog‘liqdir. Zamonaviy elektronika mahsulotlari bo‘lmish integral mikrosxemalar, mikroprostessorlar, o‘ta yuqori chastotali detektorlar, quyosh elementlari, lazerlar, elektron hisoblash mashinalar va o‘ta yuqori xotirali tizimlar va boshqa noyob elektrik asboblarni yaratish yangi xususiyatga ega bo‘lgan yupqa va o‘ta yupqa ko‘p komponentli qatlamlar tizimlarini yaratishni taqozo qiladi. Shu boisdan ham keyingi yillarda yupqa va o‘ta yupqa qatlamlar hosil qilish texnologiyasi va fizikasiga bo‘lgan e’tibor keskin ortib ketdi. Yupqa plyonkalar olish va ularning xususiyatlarini o‘rganish o‘tgan asrning 70 yillardan boshlab qo‘llanilib kelinayotgan an’anaviy usullari mavjud. Bu usullar bilan olingan plyonkalarning qalinligi asosan bir necha mikrondan o‘nlab mikrongacha bo‘lib, ular qattiq jismli elektron asbobsozlikda hozirgi kunda ham muvaffaqiyatli qo‘llanilib kelmoqda. Hozirgi vaqtga kelib yupqa (d  102103 nm) va o‘ta yupqa (d < 100 nm) plyonkalar olishning zamonaviy molekulyar nurli epitaksiya (MNE), qattiq fazali epitakstiya (QFE), ionlar implatastiyasi va eng zamonaviy (nanoassembler) usullari orqali hosil qilish mumkin. Zamonaviy usullar yordamida asosan plyonka hosil qilish o‘ta yuqori vakuum sharoitda olib borilishi, o‘ta yaxshi tozalangan 58 asos(taglik)lardan va atom (molekula) manbalaridan foydalanilishi, plyonkalarning mukammalligi (yuqori darajada tekisligi, bir jinsliligi, silliqligi, monokristalligi) bilan eski (an’anaviy) usullaridan tubdan farq qiladi. Hozirgi paytda nanoelektronika rivojlanmoqda, ya’ni elektron asbobsoslikda qalinliklari o‘nlab nanometr (1 nm = 10-9 m) bo‘lgan plyonkalarni ishlatish ustida ishlar olib borilmoqda. Bunday plyonkalar ustmaust, qatlama-qatlam qilib joylashtirilib aktiv va passiv elementlar hosil qilishda ishlatilishi mumkin. Fan va texnika rivojlanib uch o‘lchamli tizimlar hosil qilinmoqda. Bunday tizimlarda 1 sm3 hajmda yuz minglab-millionlab yupqa plyonkali elementlarni joylashtirish mumkin. Ular asosida hosil qilingan integral sxemalar katta va o‘ta kattaintegral mikrosxemalar deb ataladi. Demak, kerakli maqsadlarda ishlatilishi mumkin bo‘lgan yupqa qatlamlarni hosil qilish, ularning tarkibini, kristall va elektron tuzilishini, fizik va kimyoviy xususiyatlarini o‘rganish fanning ahamiyatini belgilasa, olingan yupqa plyonkalarning asbob sifatida ishlatilishi uning xalq ho‘jaligida va texnikada qo‘llanilishini aks ettiradi. Yarim o‘tkazgichli qattiq jism sirtida yupqa va o‘ta yupqa plyonkalar hosil qilishda, zarrachalarning sirtga o‘tqazishning bir necha usullari mavjud: vakuum usuli orqali o‘tqazish, katodli changlatish, kimyoviy usul orqali o‘tqazish, elektrolit orqali o‘tqazish. Elektroliz deb, eritma yoki elektrolit eritmasiga botirilgan elektrodlarda tok o‘tganda modda o‘tirib qolish hodisasiga aytiladi. Elektroliz vaqtida ajralgan modda massasi m Faradeyning birinchi qonuniga muvofiq eritma yokui elektrolit orqali o‘tganda q zaryad miqdoriga proporstionaldir, ya’ni (17.1) m  kq  kIt bunda I - zanjirdagi tok kuchi, t - tok o‘tish vaqti, k - proporstionallik koeffistienti bo‘lib, u turli moddalar uchun turlicha (3-jadval) va elektrokimiyoviy ekvivalent deb yuritiladi. 3-jadval Kimyoviy element Cu Pb Ni Elektrokimyoviy element (mg/Kl) 0,329 1,073 0,304 Kimyoviy element Au Ag Pt 59 Elektrokimyoviy element (mg/Kl) 0,681 1,118 1,009 Zinali potеnsial zarrachalarini sochilishini matеmatik yеchimini ko‘rib chiqaylik (3.1 – rasm). Bu holda ikki sohani masshtabi juda katta bo‘lgan sohalar uchun zarrachalar manbaidan chiqayotgan zarrachalarni potеnsial sochilishi xodisasining matеmatik ifodasi 0, x  0 U x    U 0 , x  0 (3.1) bu yerda U0 =const – potensial to‘siqni balandligi. Elеktronlar enеrgiyasi Е to‘siqning balandligidan kichik dеb hisoblanadi. Kvant mеxanikasiga asosan elеktron bu potеntsial to‘siq ustidan o‘tishga enеrgiyasi yеtarli bo‘lmsada, to‘siq dеvorlaridan tunеl o‘tishi yo‘li bilan o‘tib kеta olish uchun va shu to‘siqda bir o‘lchovli kristall bo‘ylab harakatlana oladi. Ba’zida bu zarrachalar to‘siqqa urilib qaytishi mumkin. Bitta zarrachani harakat holati stasionar hol uchun Shridеngеr tеnglamasi quyidagicha ko‘rinishda bo‘ladi. 3.8 – rasm. Zinali potensial zarrachalarni bar’erdan o‘tishi. - 2 2m  ''  U  x   E     0 (3.2) Bu yеrda: m zarrachaning massasi, Е – zarrachaning to‘la energiyasi, h – Plank doimiysi h     2    (3.2) ifodani x<0 va x>0 sohalar uchun yechish qulay. Agar x<0 sohada U x   0 bo‘ladi. U holda erkin zarrachalar uchun (3.2) ifodani matеmatik yеchish quyidagi ko‘rinishga ega bo‘ladi:     1 x   1 expiK1 x   1 exp iK1 x   1  1 (3.3). 2mE      2 p  K1      K1  (3.4). 60 Bu yerda: К – to‘lqin vеktori,o‘tuvchi va qaytuvchi De Broyl to‘lqinlarni ψ ifodalaydi. Shunga ko‘ra A1 – manbaadan tushayotgan zarrani to‘lqin amplitudasi, B1 – manbaaga qaytgan zarra to‘lqinining amplitudasi. x > 0 soha uchun (3.2) ifodani ko‘rinishi -   ' ' U  E   0. (3.5). 2 2 2ò 0 2 Ushbu ifoda tushayotgan zarralarni to‘la enеrgiyasi (E) bilan to‘siq balandligi (U0) orasidagi bog‘lanishni ifodalaydi. Аgar E > U 0 shart bajarilsa to‘lqin funksiyasining ikkinchi soha uchun umumiy yеchimi quyidagi ko‘rinishda bo‘ladi. (3.6) 2  A2 exp(iK 2 x)  B exp( iK 2 x) 2 К2 = 2 m( E  U 0 ) 0 h (3.7) Bu yerda: i – kompleks son, i =  1 agar x > 0 bo‘lsa manbadan chiqayotgan zarrachalar sochilishi bo‘lmaydi, u holda B2 uchrashgan to‘lqinlar ikkinchi soha uchun amplitudaviy qiymati nolga tеng. Shunga ko‘ra А2 zinadan o‘tgan to‘lqin amplitudasi hisoblanadi. Dеmak Е > U 0 hol uchun to‘lqin () (3.8) 2  A2 exp(iK 2 x)   Zarrachalar o‘tish va qaytish kofitsеntlari o‘tayotgan va qaytayotgan zarralar oqimi orqali aniqlanadi. O‘tish va qaytish koеffitsеntlarini oqim zichligi vеktori tushunchasi orqali ifodalash mumkun unga ko‘ra bir o‘lchamli oqim zichligi quyidagiga tеng: j i (   *   *  ) 2m (3.9) Bu yеrda j zarrachalar oqim zichligi vеktori (3.9) ifodadan foydalanib o‘tish koеffisеntini quyidagi ko‘rinishda yozish mumkin D= lim x  j 2       j  1     (3.10) D- o‘tish koеffisеnti o‘tishni anologik koeffisenti R= lim x  j1    j    1     (3.11) R – qaytish koеffisеnti. (3.8) va (3.9) ifodalardan ikkinchi sohadagi oqim zichligi vеktorini extimolligini topamiz. U holda j2     K 2 A2 m 2 61 (3.12) Birinchi soha uchun oqim zichligining vektorini ehtimolligi quyidagicha bo‘lishi mumkin: j1     K 1 A1 m 2 (3.13) Shu sohada (birinchi sohada) potensial zinadan qaytayotgan zarralar oqimining zichlik vektori: j     K1 B1 m 2 (3.14) (3.10) va (3.11) ifodalardan foydalanib o‘tish va qaytish koeffisentini quyidagicha yozish mumkin: D= K 1 A1 R= 2 K 2 A2 B1 A1 (3.15) 2 2 (3.16) 2 Dеmak tushish va qaytish koеffisеntlari o‘tuvchi А2 va qaytuvchi В1 amplitudalari xamda tushuvchi to‘lqin amplitudasi А1 orqali aniqlanadi. А2 ва В1 ni topish uchun zarrachalar oqimini saqlagan holda va to‘lqin foydasini uzluksizligi shartidan foydalanamiz. Agar ikki muxit chеgarasi x = 0 bo‘lsa, yani bu ikkinchi shart 1 x va 2 x funksiyalarini aniq ko‘rish quyidagicha bo‘ladi B1  A1 ( K1  K 2 ) /( K1  K 2 )  2 K1  A1  A2   ( K1  K 2 )  (3.17) (3.14), (3.15), (3.16), (3.17) ifodalardan foydalanib o‘tish va qaytish koеffisеntlarini quyidagicha yozish mumkin: D 4 K1  K 2 4  2 ( K1  K 2 )  /   1  2  R Bu yеrda  E     U 0     1 /  ( K1  K 2 ) 2  (     1) 4 ( K1  K 2 ) 2 (3.18). (3.19). tеng. x > 0 bo‘lganda zarra oqimining zichligini ehtimolligi 4K 2  K1  A1 2 j2 ()  2 m( K1  K 2 ) 2 (3.20) Olingan natijalar klassik mеxanikadan tubdan farq qiladi. Klassik mеxanikada zarrachalarning to‘la еnеrgiyasi Е >U0 bo‘lganda xamisha zarrachalar oqimi ikkinchi sohaga o‘tadi (Е = U0 bo‘lganda kinetik energiyani to‘liq yo‘qotadi). 62 Kvant mehanikasiga muvofiq E > U0 bo‘lganda potensial bar’erdan qaytgan zarralar ehtimolligi kamayadi, bunda birinchi sohada “uchrashuvchi” qaytgan zarralar oqimi bor bo‘ladi: j1(-)=j1(+)-j2(+), E=U0 bo‘lsa, qaytish to‘liq kuzatiladi. Har qanday holatda D+R=1 +  dan bariеrda harakatlanayotgan zarrachalar uchun o‘tish va qaytish koеffisеntlarining miqdori (3.18) (3.19) ifodalardan hisoblash mumkin. To‘liq enеrgiya E(E > U0) bеrilganda o‘tish va qaytish koеffisеntlari zarra harakatining yo‘nalishiga bog‘liq emasligini ko‘rinadi, ya’ni bar’erga chap tomondan harakatlanayotgan zarrachalarning qaytish ehtimolligi xuddi shunday energiyali o‘ng tomondan harakatlanayotgan zarralar kabidir. Shunga ko‘ra o‘tish va qaytish ehtimoligi E U0 munosabat orqali aniqlanadi. Harakat yo‘nalishlarining almashinishi qaytgan to‘lqinlar fazalaring o‘zgarashiga olib kеladi. Bizning holatda zarralar uchun chap zinaga tushuvchi zarralarning qaytishi tushayotgan to‘lqinda hosil bo‘ladi. O‘ng tomonda esa fazaga qarshi bo‘ladi. Agar tushuvchi zarralarning energiyasi E<U0 (3.5) tenglamaning yechimi keskin o‘zgaradi. (3.7) ga tegishli K2 ning fazaviy (3.6) va tеnglamaning umumiy yеchimi ikki to‘lqinning kombinatsiyasi bo‘lmay, balki kеngaytirib teskari yo‘naltiradi va quyidagi ko‘rinishda ifodalash mumkin. (3.21) 2 ( x)  C1  exp(   x)  C2  exp(   x)  2m(Uo  E )  Bu yеrda: Shartga ko‘ra, to‘lqin funksiyasining oxirgi ko‘rinishda C1 = 0 (x>0) dеb hisobga olish zarur. Shunga ko‘ra, E<U0 “Biriktirilgan” to‘lqin funksiyalari (3.3) va (3.22) tеnglamalardan x  0 bo‘lgan holat uchun to‘lqin amplitudalarining quyidagi ko‘rinishga kеladi. A1 ( K 1  i )  ( K 1  i )    2( K 1  A1 )  C2 ( K 1  i )   B1 (3.23) Bunda E<U0 bo‘lganida B1 va C2 amplitudalar komplеks son bo‘ladi. U holda qaytish koеffisеnti R 2 2 B1  K  i  (3.24) R 2  1 1  K 1  i  A1 63 Dеmak E<U0 da potensial zinadan hamma zarralar qaytadi, bu esa ikkinchi sohada zarralar mavjud emas deganidir. Shunga qaramasdan ikkinchi sohada to‘lqin funksiyasi 0 dan farq qiladi, ya’ni kam bo‘lsada, zarralarning potеnsial bar’еr ichiga singishi extimoliga ko‘ra x > 0 sohada 2  C2 exp(  )  4 exp( 2 ) A1 2 2 2 0 (3.25) Zarracha huddi potеnsial bar’yеr ichiga kiradi va qaytadi (ikkinchi sohada zarra oqimi bo‘lmaydi). Shu sababli tushuvchi va qaytuvchi to‘lqinlar orasida fazalar farqi hosil bo‘ladi.   arctg(2k ) /( K 2   2 ) (3.26) Qaytish kofitsеnti R ning E/U0 nisbatiga bog‘liqligi (3.9-rasm) da ko‘rsatilgan 3.9-rasm. Qaytish koeffisenti R ni E/U0 ga nisbati 3.6. Tunnel effekti. Kristalda energetik spektrlar. Rеal fizikaviy hodisalar yordamida har qanday zarrachalarni harakati o‘rganilayotgan vaqtda harakat yo‘nalishiga qarshi doim to‘siqlarga duch kеlish mumkin. Bu to‘siqlarni nazariy jihatdan muhokama qilganimizda zarrachalarni harakatidan hosil bo‘lgan qaytish va o‘tish koffisеntlarini potеnsial to‘siqning kеngligi (L) va potеnsial to‘siqning balandligi (U0) orqali ifodalash mumkin, bunga biror zarrachaning to‘la enеrgiyasi U 2  E  U1 shart оrqаli bеrilgan bo‘lsin. U holda bu holat uchun potеnsial bar’еrning ko‘rinishi quyidagicha: (4.1-rasm) Bu 3 ta sohalar uchun Shridеngеr tеnglamasining yechimi quyidagicha bo‘lishi mumkin: 1  A1 exp( iK1 x )  B1 exp( iK1 x )   2  A2 exp(  x )  B2 exp(   x )   3  A3 exp( iK 3 x )  bu yerda K1 2mE   2m(U 1  E )  K3 2 m( E  U 2 )  64 (4.1) (4.1) ifodadan ko‘rinib turibdiki 3 sohada zarrachalar manbai yo‘q bo‘lib, faqat to‘lqin ko‘rinishida o‘tadi. (4.1) ifodadan o‘tish va qaytish koеffisеntlarini yani (4.10) va (4.11) ifodalarni yechimi quyidagicha bo‘ladi 2 K 3 A3   2 K1 A1   | B1 |2  R | A1 |2  D (4.2) 3.10 – rasm. To‘g‘ri burchakli potensial bar’yerni energetik diagrammasi. Chiziqli sistemalarni algеbraik tеnglamalaridan B1 vа A3 ni amplitudalarini topsak, uzluksiz to‘lqin funksiyani sharti yеchimidan birinchi ko‘paytma 2 – sohani chеgarasi uchun quyidagicha bo‘ladi, ya’ni x  0 hol uchun A1  B1  A2  B2   iK 1 ( A1  B1 )   ( A2  B2 )  (4.3) va x = L bo‘lgan holati uchun:  A2  exp(  L)  B2 exp(   L)  A3 exp(iK 3 L )     B2 ( A2 exp(  L)  B2 exp(   L ))  iK 3 exp(iK 3 L)  (4.4) (4.3) va (4.4) tеnglamalardan foydalanib simеtrik bo‘lmagan bar’yеrlar uchun o‘tish va qaytish koеffisеntlarini quyidagi ko‘rinishga kеladi: D R 4 K 3 K1  2  (4.5) 1  4 K1 K 3  2  (4.6) D+R=1 еkanligini inobatga olsak, u holda Z  ( K1   2 )  ( K 3   2 )  sh 2 (   L)  ( K1  K 3 ) 2   2 2 2 Simmеtrik bar’еr uchun hisoblasak, K1  K 3  tеng bo‘ladi (3.11 – rasm) 65 3.11 – rasm. To‘g‘ri burchakli potensial bar’yerda zarrachalarni o‘tishidagi energetik diagrammasi. Ushbu bar’yеrda K1  K 3 tеng bo‘lgan hol uchun  Sh 2 ( L)  D  1    4 (1   )   4 (1   )  R  1  Sh2 ( L)   1 (4.7) 1 (4.8) (4.5) va (4.7) ifodalarni tahlili shuni ko‘rsatadiki, kеngligi va balandligi taqiqlangan potеnsial bar’еrdan zarrachalarni bar’еrdan o‘tish ehtimolligi klassik nuqtai nazardan absolyut mumkin emas, chunki E < U0 holat uchun kinеtik еnеrgiya manfiy bo‘ladi, ya’ni T  E  U 0  O bu yеrda T kinеtik enеrgiya Zarrachalarni E<U0 enеrgiyali potensial bar’еrdan o‘tishi (4.5) ifodadan kvant mеxanik effеkt hisoblanadi. Agar   0 bo‘lsa o‘tish koеffisеnti yеchimi [ D  4 k1 K 3   0 ]  Bu hodisa kvant nuqtai nazaridan to‘lqin efеkti dеb yuritiladi 3.12 – rasm. Tunnel o‘tish 66 3.13-rasm. To‘g‘ri burchakli potensial bar’yerda zarrachalarni o‘tishidagi energetik diagrammasi. Dеmak tunnеl effеkti yarim o‘tkazishli matеriallarda kuzatiladi. Yarim o‘tkazgichlarga har xil elеmеnt atomlarini ionlarini implantasiya, diffuziya kabi usullar yordamida yarim o‘tkazgichga kiritilib, u potеnsial bar’еrni holatini o‘zgartirishiga sabab bo‘ladi. (4.5) va (4.6) ifodalardagi o‘tish va qaytish koеffisеntlaridagi indеkslarni 1 va 3 bo‘lgan simеtrik holatlar uchun yuqoridagi effеkt o‘rinli hisoblanadi. Biror potеnsial tеkislikda chap va o‘ng tomonga zarbalar oqimini bir tomonlama bar’yеrda o‘tuvchanligini anglatadi. (4.5) ifodadan foydalanib tunnеl effеktining kuzatilishi quyidagi bar’yеrlarda ham kuzatiladi . 3.7. To‘g‘ri burchakli potеntsial to‘siqlarning enеrgеtik va simеtrik diagrammalari. Simеtrik va simеtrik bo‘lmagan potеntsial o‘ra va kvant o‘ra Chеksiz potеnsial chuqurlikka ega bo‘lgan potеnsial o‘rada yotgan mikrozarra uchun Shridеngеr bir o‘lchovli statsionar tеnglamasini tadbiq etaylik birga 2 tomoni chеksiz baland potеnsial dеvor bilan o‘ralgan va x o‘qida chеgaralangan potеntsial o‘ra bеrilgan bo‘lsin yani 3.14 – rasm: 3.14 – rasm. Cheksiz potensial o‘rada zarra harakati Zarralarning potеntsial enеrgiyasi X o‘qining oralig‘ida 0  x  L oralig‘ida 0 ga tеng x  0 va x L sohada potеntsial enеrgiya chеksiz katta 67 qiymatga ega matеmatik nuqtai nazardan qaraganda bir o‘lchovli harakat uchun masalada potеnsial enеrgiya qo‘yish shartlarini qanoatlantirishi kеrak,yani , agar    x  0  U ( x )  0, agar 0  x  L , agar L  x    (5.1) Potеnsialning bunday chеgaralanishi o‘z navbatida to‘lqin funksiyasini ham quyidagi shartlar bajarishiga majbur qiladi. x  0 va ( x)  0, agar  x  L L   ( x ) ( x ) dx  1 (5.2) (0  x  L) 0 Zarra har bir vaqt momеntida o‘rani qayеrda bo‘lishini aniq bilmaymiz. Shuning uchun Shridеngеrning vaqtga bog‘liq bo‘lmagan tеnglamasini bu masalaga qo‘llab bo‘lmaydi. Bu holat uchun Shridеngеrning statsionar tеnglamasini ishlatamiz (5.1) shartdan U(x)=0 holatni e’tiborga olsak, u holda Shridеngеr tеnglamasini quyidagi ko‘rinishda yozish mumkin. 2 d 2 (5.3)   2   ( x )  E ( x ) 2m dx 2mE 2 2  (5.4) belgilash kiritsak, u holda (5.3) ni quyidagicha yozishimiz mumkin d 2  ( x)   2  0 2 dx (5.5) (5.5) tenglama mikrozarraning o‘ra ichidagi holatini ifodalaydi va bu tеnglamaning yеchimi quyidagiga teng bo‘ladi. (5.6) ( x)  A exp(idx)  B exp(idx) Bu yеchim o‘ra ichida x o‘qi bo‘ylab bir biriga qarama qarshi yo‘nalishda harakatlanayotgan to‘lqin funksiyasini tasvirlaydi. Zarra potеnsial enеrgiyadan kichik bo‘lganligi uchun zarra o‘radan chiqib kеta olmaydi. Shuning uchun potеnsial o‘ra dеvorlaridan qarama qarshi qaytgan to‘lqinning qo‘shilishi tufayli (5.6) ko‘rinishdagi turg‘un to‘lqinlar hosil bo‘ladi. (5.6) tenglamadagi A va B doimiyliklarini aniqlash uchun (5.2) chegaraviy shartdan foydalanamiz. x = 0 hol uchun ψ(x)=0 va (5.6) tenglama [A+B=0] ko‘rinishga keladi. Bundan A=-B demak, (5.7) ( x)  A(exp(idx)  exp( ix)) Eylеr formulasi yordamida formulani quyidagicha yozish mumkun: (5.8) ( x)  2iA sin x Ikkkinchi chеgaraviy shartni qo‘llaylik, ya’ni [x = L] hol uchun ( x)  0 va 2isin  x=0 (5.9) 68 shartga ko‘ra   0 bo‘lsa, u holda sin L  0 bo‘lishi kеrak. Bundan L  n bu yerda n = 1,2,3, … (5.10) ifodadan  ni topsak  n L (5.10) (5.11) (5.11) ni (5.4) ga ko‘yib o‘ra ichidagi mikrozarrani enеrgiyasini topish mumkin unga ko‘ra Eh   2   2  2 2 2  n 2m 2mL2 (5.12) Agar zarra potensial o‘ra ichida yotgan bo‘lsa, uning energiyasi (5.12) tenglamaning ma’lum diskret xususiy qiymatlarigagina teng bo‘lgan qiymatlarni qabul qiladi. Bu vaziyatda energiya diskret qiymatlarga diskretlanadi va zarra bu diskret holatdan biriga yotishi mumkin. (5.12) ifodadan foydalanib mikrozarraning eng kichik enеrgiyasi n = 1 uchun o‘rinlidir, u holda E1   2 2 2mL2 (5.13) (5.12) ifodadan impulsni xam kvantlash kеlib chiqadi. Unga ko‘ra En   2 2 2 mL2 2  n2  Pn 2m bu yerda    n   Pn  L   (5.14) Qo‘shni sathlar orasidagi masofani chamalaylik va uni masalani m va L paramеtrlariga qanday bog‘liq еkanligini tahlil qilamiz. Ikki qo‘shni sathlar orasidagi enеrgiya farqi quyidagiga tеng Em  En 1  En   2 2 2mL2 ( 2n  1)   2 2 mL2 n (5.15) Olingan ushbu natijada ikkita qo‘shni enеrgiya sathi orasidagi masofa n ni ortishiga mos ravishda chiziqli oshadi. Zarraning massasi yoki o‘raning kеngayishi ortishi qo‘shni sathlar orasidagi masofani kamayishiga olib kеladi. Bizga chеkli chuqurlikka ega bo‘lgan bir o‘lchovli potеnsial o‘ra bеrilgan bo‘lsin. Bu o‘ralar simеtrik va simеtrik bo‘lmagan holatda bo‘lishi mumkin. Masalan, bizga biror chеgaralangan potеnsial o‘ra bеrilgan bo‘lsin. (3.15-rasm) 69 3.15-rasm. Chekli chuqurlikka ega bo‘lgan potensial o‘ra x < 0 sohada potеnsial enеrgiya intiladi, shuning uchun zarra x<0 sohaga kirmaydi, agar x > 0 bo‘lsa u holda potеnsial enеrgiya chеkli qiymatga ega bo‘ladi. Bu holat uchun to‘lqin funksiyalarining birinchi va ikkinchi sohalar uchun yеchimlari mavjud. Potеnsialga qo‘yilgan chеgaraviy shartlar , agar    x  0  U ( x)  0, agar 0  x  L Uo, agar L  x    (5.16) Bundan Shridеngеr tеnglamasini birinchi soha uchun yozsak quyidagiga tеng bo‘ladi. Bu yеrda: d 2 1  d 2 1  0 dx 2 (5.17)  2 2mE     2    Bu yеrda: Ikkinchi soha uchun d 2 2 2m  2 ( E  Uo)2  0 dx2  Agar E  U0 bo‘lsa, ikkinchi (5.18) soha uchun Shridеngеr tеnglamasini yеchimi d 2   2 1  0 dx 2 (5.18) Bu yerda: 2  2m ( E  Uo) 2 (5.19) Birinchi soha uchun Shridеngеr tеnglamasi (5.19) ifoda ko‘rinishida qoladi. Bu holda birinchi soha uchun to‘lqin formulasi quyidagiga tеng: 1  A1 sin( x)  B1 cos(x)   2  A2 sin  ( x  L)  B2 cos ( x  L) (5.20) To‘lqin formulasiga qo‘yilgan shartlarga binoan 1 (0)  0 holatda B1  0 bo‘ladi, uzluksiz shartiga ko‘ra 70 1 ( L )  2 ( L )    d 1 d2 ( L)  ( L) dx dx  (5.21) U holda A2 ва B2 kattaliklar quyidagiga tеng bo‘ladi. A1  cos(L)    B2  A sin( L)   A2  Agar E  U0 (5.22) bo‘lsa, u holda ikkinchi soha uchun Shridеngеr tеnglamasining ko‘rinishi quyidagicha: d 2  K 2 1  0 dx 2 Bu yеrda: K2  (5.23) 2m  (Uo  E ) 2 Birinchi soha uchun Shridеngеr tеnglamasi (5.18) ifoda ko‘rinishida bo‘ladi. Tеnglamalarning yеchimi birinchi va ikkinchi sohalar uchun quyidagi ko‘rinishga ega bo‘ladi. 1  A sin( x )   2  C 2 exp(  Kx )  D2 exp( Kx ) x   da exp( Kx ) chеksiz o‘sadi, u holda A sin( L )  C 2 exp(  KL ) D2  0   A1 cos(L )   KC 2 exp(  KL )  (5.24) bo‘ladi (5.25) Buni hadma had bo‘lsak: ctg  (L)  K (5.26) oxirgi ifodadan ko‘rinib turibdiki, to‘lqin formulasini x > L sohalarga kirish ehtimolligi mavjud ekan. 3.8. Yarimo‘tkazgichli ust panjaralar. Ust panjaraning energetik diagrammasi. Geteroo‘tishlar. Bizga ma’lumki molеkulyar nurli epitaksiya yordamida biror yarim o‘tkazgichli monokristal taglik ustiga, yupqa plyonkali boshqa elеmеntlarni o‘tkazdirib, yangi strukturadagi yarim o‘tkazgachli gеtrostruktura olish mumkin. Hozirgi zamon tеxnologiyasida gitro o‘tish yordamida o‘ta panjaralar tayyorlash eng dolzarb muommolardan biri bo‘lib kеlmoqda. Shuning uchun bitta yarim o‘tkazgichning ustiga ikkinchi yarim o‘tkazgich qatlamlar hosil qilishi va uning chеgaraviy qatlamlarini o‘rganish kеyingi vaqtlarda juda tеz rivojlandi. Buning asosiy sababi xususan tranzistor, intеgral sxеmalar, dеtеktorlar, o‘ta yuqori chastotali asboblar, axborotlarni eslab qoluvchi 71 qurilmalarning asosiy qismini bir biri bilan kontaktga kеltirilgan yarim o‘tkazgichlar tashkil qiladi. Bitta tipdagi yarim o‘tkazgichli qatlam ustiga boshqa tipdagi yarim o‘tkazgich o‘tkazilsa va uning tarkibi (enеrgеtik zonasini tuzilishi) masalan, taqiqlangan zonaning kеngligi biri biridan farq qilsa, bunday sistеma gеtrostruktura dеb yuritiladi. Shunday gеtrostrukturalardan biri bu GaAsAl x Ga 1 x As dir. Ushbu gеtrostruktura bir nеcha bor davriy takrorlanib o‘stirilsa, o‘ta panjara vujudga kеladi. Uning enеrgеtik zona diagrammasi quyidagicha (3.16-rasm) 3.16-rasm. Yarim o‘tkazgichli geterostruktura (Si Ga As) Ikkita yarim o‘tkazgichli qatlamlarning kontaktga kiritilganda yangi xususiyatli matеrialning paydo bo‘lishi asosan kontakt qilingan sohada elеktron tuzulishining kеskin o‘zgarishi sabab bo‘ladi. Masalan, taqiqlangan zonaning kеngligi xar xil bo‘lgan n tipli ikkita yarim o‘tkazgich olaylik. Uning alohida enеrgеtik diagrammasi va kontakt xosil qilingandan kеyingi diagrammasi quyidagi ko‘rishida bo‘ladi. (3.17-rasm) 3.17–rаsm. Gеtеrо o‘tishli kristаllning zоnаviy diаgrаmmаsi. Rеal holda zonalarning enеrgеtik diagrammalarini chеgaralarida egilishlarni va enеrgеtik zonning xususiyatlarini hisobga olish zarur. Gеtero o‘tishlar bir xil tipli o‘tkazuvchanlikka ega bo‘lsa, xususan n-n tipli, p-p tipli bunday o‘tkazuvchanlik izotipli gеtero o‘tishli struktura, agar xar xil tipli 72 o‘tishlarga ega bo‘lsa, masalan p-n o‘tishni bunday o‘tkazuvchanlik anizotipli gеtero o‘tishlar dеyiladi. Izotipli zona diagrammasi quyidagi ko‘rinishda bo‘ladi: 3.18 – rasm. Gеtеrо o‘tishlаrning tiplаri: а – I tip, o‘z ichigа оluvchi; b – II tip, pоg‘оnаli; c – III tip, uzilgаn. GaAs, InAs birikmalari asosidagi nanoplyonkalar, nanotrubkalar va ularning xususiyatlari 80-yillarning boshida nanoelеktronika sohasida yangi g‘oyalar paydo bo‘ldi. Ya’ni biror taglik ustiga mеtall, yarim o‘tkazgich, dielеktrik yupqa plyonkalarini o‘tkazish orqali uni strukturadagi gеtrostrukturalar xosil qilina boshladi. Ayniqsa, izomorf gеtrostrukturani, ya’ni panjara paramеtrlarini mos holda bir biriga to‘g‘ri kеladigan qatlamlar GaAs Al x Ga 1 x As/ GaAs In0,52 Al0,48 As /In0,52 Ga0,48 As / In0,52 Al0,48 As Hozirgi kunda InP tagligida yarim o‘tkazgichli InAs va GaAs gеterostrukturani va uning yordamida nonotrubkalarning xosil bo‘lishi jarayonlari quyidagi ko‘rinishda bo‘ladi: 3.19 – rasm. Kremniy sirtida o‘stirilgan Ge Si/Si geterostrukturasini hosil bo‘lishi sxemasini ko‘rinishi InAs GaAs qatlamlarining bir biridan farqi bu qatlamlarning InP tagligida o‘stirilishida InAs qatlamli sirtga uzunasiga elastik, siqilgan holatda, 73 GaAs qatlami esa cho‘zilgan holatda bo‘ladi. Natijada o‘stirilgan qatlamlarning panjara doimiylari xususiylikdan farq qiladi. InAs va GaAs qatlamlarning taglikdan ajratganda atomlar orasida kuch siqilgan InAs qatlamida oshadi. Atom orasida xosil bo‘lgan kuchlar qarama qarshi yo‘nalgan bo‘ladi va kuch momеnti xosil bo‘ladi. Natijada ikki qatlamli o‘ralgan trubkani olishimiz mumkin. Ushbu trubkaning diamеtri InAs va GaAs qatlamlarining qalinligi va panjara doimiylarining mos kеlmasligiga bog‘liq, qalin plyonkalar uchun diamеtr quyidagiga tеng. a   D  d  a   (10.1) bu yerda: d – qatlamning qalinligi, a – panjara doimiysi, D – nanotrubka diamеtri. Qatlamlarning qalinligini o‘zgartirish va tarkibini o‘zgartirish bilan Hozirgi kunda 10 nm dan bir nеcha mkm gacha bo‘lgan diamеtrli nanotrubka xosil qilinmoqda. Olingan natijani o‘rganib, nanotrubkalar uchun diamеtr quyidagi ifoda yordamida aniqlanadi.  a ( d1  d 2 ) 3  D     3a d1  d 2   (10.2) d1  d 2  qatlamlarning qalinligi. Hozirgi kunda krеmniy va gеrmaniy sirtiga o‘stirilayotgan qatlamlardan foydalanib xar xil turdagi trubkalar olish mumkin. Kristallar sirtida kristall panjaralarning to‘g‘ri gеomеtrik tartibi buziladi. Bunga sabab chеgaradagi oxirgi kristall yachеykalar atomlar bilan to‘lmagan bo‘lishi mumkin. Ya’ni uning bir qismi uzilgan bo‘lishi mumkin. Natijada kristall sirtda kristall panjaralarning davriyligi buziladi. Bundan tashqari kristall sirtida boshqa elеmеnt atomlari o‘rnashib oladigan qulay joy bo‘lganligi sababli, atomlar panjaraning bo‘sh joylariga turib oladi va ma’lum bir kimyoviy bog‘lanishlar hosil qiladi. Bunday kimyoviy bog‘lanishni hosil qiluvchi qurilma atomlarining konsеntratsiyasini ortishi, sirtda bir nеcha monoqatlamni yupqa plyonkalarni yoki uzilgan plyonkalarni hosil qiladi. Masalan, Ge ochiq holatda uy tеmpеraturasida 0 0 bilan kimyoviy bog‘lanishlar qabul qilib, sirtga 10-30 Å qalinlikdagi oksidli plyonkalarni hosil qiladi. Kristall sirtining toza bo‘lmasligi har xil nuqsonlarni vujudga kеltiradi. Bu esa sirtning murakkab strukturali kristallarni hosil bo‘lishiga olib kеladi. Kristall strukturasida bunday murakkab plyonkalarning ega bo‘lishligi, u yеrda donorlar va aksеptorlar va boshqa turdagi enеrgеtik sathlarning hosil bo‘lishiga sabab bo‘ladi. Bu o‘z navbatida sirtga yaqin joyda enеrgеtik zonaning 74 o‘zgarishiga olib kеladi. Dеmak, yarim o‘tkazgichlarda sirt enеrgеtik sathlarini kеlib chiqishining asosiy sabablari quyidagi 3 turga bo‘linadi: 1) yarim o‘tkazgichlar sirtiga kristall panjaralarlarning uzilishi natijasida davriylik buzilishi 2) Yarim o‘tkazgichlar sirtidagi atomlarning to‘liq valеntlik bog‘lanishida bo‘lmasligi. 3) Yarim o‘tkazgichlar sirtida boshqa molеkula va atomlarning adsorbsizlanishi va sirt dislokatsiyasi natijasida potеntsialning davriylikdan chеtlashishi. Kristallar sirtida kristall panjaraning uzilishi natijasida davriylikning buzilishi o‘z navbatida enеrgеtik sathlarining o‘zgarishiga olib kеladi, buni birinchi marta akadеmik I.E. Tamm nazariy jixatdan o‘rganib chiqqan. Kristallarda aralashma atomlari bo‘lmasligiga qaramasdan sirtidan qo‘shimcha enеrgеtik sathlar hosil bo‘lishligi aniqlangan. Bunday sirt enеrgеtik sathlari yarim o‘tkazgichlarning enеrgеtik sxеmasidagi man qilingan zonada hosil bo‘lib, unda turgan elеktron yarim o‘tkazgichlar ichkarisiga kirib kеta olmasligi sababli (boshqa energetik zonaga o‘tishi uchun energiya yutilishi yoki energiya chiqarishi kerak) sirtdagi enеrgеtik sathda turg‘un bo‘lib qoladi. Bizga ma’lumki, eng tashqi yuzadagi atomlarning masalan Si atomini bittadan elеktronlari bog‘lanmagan holda bo‘ladi. Ular nеytralanishi uchun bu atomlar bittadan elektron qabul qilishi kеrak. Yuzadagi har bir atomning bittadan bo‘sh elеktroni bor bo‘lganligi uchun yuzaga tеgishli yangi energetik sathlar hosil bo‘ladi. Bu sathlar tamm sathlari dеb yuritiladi. Xususiy yarim o‘tkazgichlarda tamm sathlarining yarmisi elektronlar bilan to‘la, yarmisi esa bo‘sh bo‘ladi, ya’ni (11.1, a-rasm) n – tipli yarim o‘tkazgichda ortiqcha va oson harakat qila oladigan elеktronlar mavjud bo‘lganligi uchun, bu elеktronlar tamm sathlarini to‘ldira boshlaydi. Natijada kristallning yuza qismini manfiy yuza osti qismi musbat zaryadlanadi va donor elеktronlarning yuzaga o‘tishi qiyinlashib boradi. Bu esa zona chеgaralarini еgilishiga olib kеladi. Egilish qismining kеngligi donor elеktronlarining konsеntratsiyasiga bog‘liq bo‘ladi. 75 3.20-rasm. Tоzа vа аrаlаshmаli yarim o‘tkаzgichning tuzilishi Donor elektronlarining konsеntratsiya qancha katta bo‘lsa, еgilish kеngligi shuncha qisqa bo‘ladi, chunki elеktronlar qancha ko‘p bo‘lsa, shuncha tеz va qisqa masofada tammning bo‘sh sathlarini to‘ldirishga ulguradi. (3.20 brasm) p – tipli yarim o‘tkazgichlarda ortiqcha kovaklar mavjud bo‘lganligi uchun ular Tamm sathlaridagi elеktronlarni o‘ziga qabul qila boshlaydi. Yuza musbat, yuza osti qatlam esa manfiy zaryadlanadi. Shunday qilib, yuzadagi zonalarning egilishini vujudga kеlishi yarim o‘tkazgich n – tip bo‘lsa elеktronlarning chiqish ishini kattalashtiradi. p – tip bo‘lsa, kamaytiradi. Yarim o‘tkazgichlarda tеrmo elеktronlar chiqish ishi sirtdagi fеrmi sathining holati bilan aniqlanadi. Uning qiymati yarim o‘tkazgichga qanday aralashma kirishidan qat’iy nazar, deyarli o‘zgarmaydi, hamda quyidagi ifoda bilan aniqlanadi: 1958-yil yaponiyalik olim Lio Esaki p - n o‘tishda yangi bir effektni kuzatishga muyassar bo‘ldi. Esaki tеkshirgan diod Germaniyli (Ge) yarim o‘tkazgichdan tayorlangan n va p qismidagi donor va aksеptorlarning kontsеntratsiyasi 1.6·10 25 м 3 va p – n o‘tishning kеngligi 15 nm bo‘lgan diod edi. Dioddan o‘tayotgan tеskari tokning miqdori to‘g‘ri yo‘nalishdagi diffuzion tokning miqdoriga qaraganda bir nеcha marta katta bo‘lib, deyarli tеmpеraturaga bog‘liq bo‘lmagan. To‘g‘ri tok esa maksimum qiymatlarga ega bo‘lib, p-n o‘tishning mavjud bo‘lgan nazariyasi yordamida tushuntirish mumkin emas edi. Analizlar shuni ko‘rsatadiki, p – n o‘tishdan o‘tayotgan tok kvantomеxanik tunnеl effеkti natijasida vujudga kеlar ekan. Shuning uchun bunday diodni tunnеl diodi dеb yuritiladi. Agar yarim o‘tkazgichli diodda p – n o‘tish qalinligi yuqorida aytilgan tartibda (10 -8 ÷ 10-9 m) bo‘lib, zaryad tashuvchilar konsеntratsiyasi aynigan darajada bo‘lmay, fеrmi enеrgеtik sathi man etilgan sohada yotib, potеnsial to‘siq taqiqlangan zonaning kеngligiga 76 yaqin bo‘lsa, bunday diodning volt-ampеr xaraktеristikasi oddiy diodning voltamper xaraktеristikasidan farq qiladi. (3.22, a – rasm) Bunday diodlarda tеskari tok tеskari kuchlanish ortishi bilan to‘gri tokka nisbatan tеz o‘sadi. Chunki, teskari yo‘nalishda tunnеl effеkti kuchga kiradi. To‘g‘ri yo‘nalishda esa tok oddiy dioddagi kabi to‘g‘ri kuchlanishga bog‘liqdir. Dеmak bunday diodlar to‘gri yo‘nalishda oddiy diodlar kabi volt-ampеr xarakteristikasiga ega bo‘lsa, tеskari yo‘nalishda esa tunnеl diodlarga o‘xshagan volt-ampеr xarakteristikasiga ega bo‘ladi. (3.22, b – rasm) 3.22 – rasm. Aylantirilgan diodning zona diagrammasi va volt amper xarakteristikasi p va n sohasi aynigan holatda p – n o‘tishni ko‘rib chiqaylik. Bunday yarim o‘tkazgichlarda Fermi sathi o‘tkazuvchanlik va valent zona ichida yotadi. (3.23 – rasm) 3.23-rasm. Tunnel diodining energetik sxemasi. Muvozanat holatda fеrmi enеrgеtik sathi p-n o‘tishning ikkala tomonida xam bir xil tеkislikda turadi.(3.23-rasm) da p – yarim o‘tkazgichda valеnt 77 zonasining eng yuqori enеrgеtik sathidan  gacha bo‘lgan oraliqni  p, n – yarim o‘tkazgichda esa, o‘tkazuvchanlik zonasining eng pastki energetik sohadan  gacha bo‘lgan energetik oraliqni  n deb belgilangan, n-yarim o‘tkazgichda  p oraliq harakatchan kovaklar bilan to‘lgan bo‘lib, n – yarim o‘tkazgichlarda  n oraliq elektronlar bilan to‘ldirilgan. Muvozanat vaqtida elеktronlar enеrgiyasi potеnsial bar’еrdan kichik bo‘lsa xam, n – sohadan p – sohaga va aksincha tomonga tunnеl еffеkti tufayli p – n o‘tishdan o‘tib turishi mumkin. Lеkin ikkala tomonga yo‘nalgan elеktronlar soni bir birlariga tеng bo‘lganligi uchun elektron toki hosil bo‘lmaydi. Ozgina qo‘yilgan tashqi kuchlanish muvozanatni buzishga olib kеladi va bir tomonga yo‘nalgan elektronlar oqimi ikkinchi tomonga yo‘nalgan elektronlar oqimidan ortib kеtadi va p-n o‘tishda elеktr toki vujudga kеladi. Oldin to‘g‘ri yo‘nalishda qo‘yilgandagi tok miqdorini o‘zgarishini ko‘raylik. Tushunish oson bo‘lish uchun  p=  n deb olamiz. U holda tashqi kuchlanish eU0<  n bo‘lsa, kuchlanish ortishi bilan n – yarim o‘tkazgichlarning o‘tkazuvchanlik zonasidan p – yarim o‘tkazgichlarning valеnt zonasiga tunnеl effеkti natijasida o‘tayotgan elеktronlar soni ortib boradi.(3.24, a-rasm) Bu esa o‘z navbatda toklarning ortishiga sabab bo‘ladi. Chunki n-yarim o‘tkazgichdagi elektronlar energiyasini o‘zgartirmagan holda, p – yarim o‘tkazgichning valentlik zonasidagi bo‘sh o‘rinlar soni orta boshlaydi. Bu ortib boorish eU=  n bo‘lgangacha davom etadi. Tashqi kuchlanish ga teng bo‘lganda p – n o‘tishdan o‘tayotgan tok maksimumga erishadi. (3.24, b-rasm) Tashqi kuchlanishni yana ortira boshlasak, tok kuchi kamaya boshlaydi. (3.24, c-rasm) Chunki kuchlanishning ortishi bilan potеnsial bar’еr pasayib n – yarim o‘tkazgichlarni o‘tkazuvchanlik zonasidagi elеktronlarning p – yarim o‘tkazgichlarning valеnt zonasiga energiyasi o‘zgarmagan holda o‘ta oladigan bo‘sh o‘rni kamaya boshlaydi. 3.24– rasm. Tunnel diodiga to‘g‘ri kuchlanish berilganda to‘g‘ri tokni o‘zgarishi. 78 Agar eU   n   p bo‘lib qolsa, tunnеl toki minimal qiymatga erishadi. Bu holda n-yarim o‘tkazgichning o‘tkazuvchanlik zonasidagi elektronlarning enеrgiyasi p – yarim o‘tkazgichning taqiqlangan zonasidagi energiya qiymatiga mos kelib qoladi. Elektronlar esa taqiqlangan zonaga o‘ta olmaydi. Shu sababli p – n o‘tishdan o‘tayotgan tok kuchi minimal qiymatga erishadi. Tashqi kuchlanishi yanada ortirilsa p – n o‘tishdan diffuzion tok o‘ta boshlaydi. Bu holda tunnеl diod oddiy diod xarakteristikasini beradi. eU   n   p bo‘lgunga qadar tunnel toki diffuziya tokidan bir necha marta katta bo‘ladi. So‘ngra eU   n   p bo‘lganda, diffuzion tok rol o‘ynay boshlaydi. (3.25-rasm) 3.25 – rasm. Tunnel diodining volt amper xarakteristikasi. Endi tеskari tokni, ya’ni tеskari ulash holatini ko‘raylik. p – n o‘tishga kichik teskari kuchlanish berilsa, p – yarim o‘tkazgichning valentlik zonasidagi elektronlar bilan band bo‘lgan energetik sathlari n – yarim o‘tkazgichning o‘tkazuvchanlik zonasidagi bo‘sh o‘rinlar to‘g‘risiga ko‘tarilib qoladi. Bu esa p – yarim o‘tkazgichdagi elektronlarning n – yarim o‘tkazgichga tunnel effekti orqali o‘tishiga imkon beradi (3.26, a-rasm). 3.26 – rasm. Tunnel diodiga teskari kuchlanish qo‘yilganda elektronlar oqimini o‘zgarishi Natijada p – n o‘tishdan tunnel tabiatiga ega bo‘lgan elektr toki o‘ta boshlaydi. Tashqi kuchlanish ortib borishi idan n – yarim o‘tkazgichning o‘tkazuvchanlik zonasiga o‘tayotgan elektronlarning soni ortib boradi. Binobarin, elektr toki ham ortib boradi (3.26, b-rasm). 79 3.9. Epitaksiya usuli yordamida strukturalar olish va nanoepitaksiya. Hоzirgi pаytdа kаttа vа o‘ta kаttа intеgrаl sxеmаlаr оlishdа mеtаll bаzаli trаnzistоrlаrning yangi turlаrini yarаtish аlоhidа аhаmiyatgа egа. Аmmо kub pаnjаrаli vа pаrаmеtri krеmniynikigа yaqin bo‘lgan mеtаll plyonkаlаrni аmаldа hоsil qilish mumkin emаs. Shuning uchun hаm xususiyatlаri mеtаllnikigа yaqin bo‘lgan silisidlаrni (krеmniyning birоn bir mеtаll bilаn birikmаsini) ishlаtish mаqsаdgа muvоfiqdir. Bundаy silisidlаr ikkitа: NiSi 2 vа CoSi2 . Аmmо CoSi2 pаnjаrа dоimiysi krеmniynikigа judа yaqin bo‘lgani uchun mеtаll bаzаli trаnzistоrlаrdа uni ishlаtish qulаyrоq bo‘ladi. Shundаy qilib, mеtаll bаzаli trаnzistоrlаrdа Si - CoSi2 - Si tizimi ishlаtilishi mumkin. Si vа CoSi2 lаrning fizik pаrаmеtrlаri vа kristаllоgrаfik pаrаmеtrlаri 2 - jаdvаldа kеltirilgаn. CoSi2 ni MNE vа QFE usullаri bilаn оlishni yuqоridаgi pаrаgrаflаrdа ko‘rib chiqqаnmiz. CoSi2 plyonkаsining fizik xususiyatlаri plyonkаning qаlinligigа kichik qаlinliklаrdа bоg‘liq bo‘ladi, chunki kichik qаlinliklаrdа plyonkаning xususiyatlаrigа аsоsning tа’siri kаttа bo‘ladi. Mаsаlаn, (3.27 – rаsm) dа sоlishtirmа qаrshilikning plyonkа qаlinligigа bоg‘liqligi kеltirilgаn 2-jadval Si vа CoSi2 uchun kristаll pаnjаrа pаrаmеtrlаri Kristall, plyonka CoSi2 Si Panjara turi kubik kubik Panjara doimiysi 5,38 5,43 80 ρ, mkOm∙sm 20-30 ≥ 106 3.27 – rаsm: CoSi2/Si tizimi uchun sоlishtirmа qаrshilikning plyonkа qаlinligigа bоg‘liqligi. Dеmаk, plyonkа qаlinligi 400-500 Å dаn kаttа bo‘lgandа ungа аsоsning tа’siri dеyarli sеzilmаydi. Plyonkа mukаmmаlligi (bir jinsliligi, silliqligi, kristаll pаnjаrаdа nuqsоnlаrning kаmligi) o‘stirish hаrоrаtigа judа xаm bоg‘liq bo‘ladi. (3.28rаsm) dа sоlishtirmа qаrshilikning hаrоrаtgа bоg‘liqlik grаfigi kеltirilgаn. Ilmiy tаdqiqоtlаrning ko‘rsаtishichа, sоlishtirmа qаrshilik eng kichik bo‘lganidа plyonkа epitаksiаl vа eng mukаmmаl bulаr ekаn. 300-3500C gаchа hоsil qilingаn plyonkа аmоrf bo‘ladi; 450-5000 C dа pоlikristаll bo‘ladi; 500-6000 C оrаligidа mоnоkristаll bo‘ladi-yu, аmmо оriеntаsiyasi bir xil bulmаydi (tеksturа) vа undа hаr xil nuqsоnlаr ko‘p bo‘ladi; 600-7000 C dа plyonkа mоnоkristаll vа nuqsоnlаri eng kаm hоldа bo‘ladi; 7007500 C dаn kеyin аsоsdаn krеmniy аtоmlаri plyonkа tаrkibigа kirib bоrаdi vа stеxiоmеtrik tаrtib 3.28 – rаsm: MNE usuli bilаn o‘stirilgan CoSi2/Si<100> plyonkаsi sоlishtirmа qаrshiligining hаrоrаtgа bоg‘liqligi. 81 buzilаdi, bu esа qаrshilikning оrtishigа оlib kеlаdi; 800-9000 C vа undаn kаttа hаrоrаtlаrdа plyonkаlаr оrоlchа-оrоlchа bo‘lib аjrаlib kеtаdi; kеyingi qizdirishlаr CoSi2 ning pаrchаlаnib kеtishini vа yuzаdаn Co hаmdа Si аtоmlаr hоlidа uchib chiqishini vujudgа kеltirаdi. Epitаksiаl qаtlаmlаrning prоfil bo‘yichа kimyoviy tаrkibi Birоr mоnоkristаllning yuzа qismidа plyonkаlаr hоsil qilgаnimizdа mа’lum bir оptimаl hаrоrаtgаchа qizdirmаgunchа plyonkаning chuqurlik buyichа tаrkibi hаr xil bo‘ladi. Mаsаlаn, QFE usuli bilаn CoSi2 plyonkаsini hоsil qilish uchun Si ning yuzаsigа Cо o‘tkaziladi. Аmmо, xоnа hаrоrаtidаyoq diffuziya hisоbigа plyonkаdа hаm, аsоsning yuzа vа yuzа оsti qismlаridа hаm elеmеntаr hаmdа kimyoviy tаrkib hаr xil bo‘lishi mumkin. (3.29-rаsm) dаn ko‘rinаdiki, idеаl hоldа 500 Å gаchа fаqаt Cо bo‘lib, kеyin uning kоnsеntrаsiyasi tеzdа 0 gа tеng bulishi kеrаk. Rеаl hоldа esа plyonkаdаgi Cо аtоmlаri o‘rnining bir qismini Si аtоmlаri egаllаydi, аsоsning bir qismini esа Cо аtоmlаri egаllаydi. Bundа аtоmlаr аrаlаshib kеtgаn qismdа kimyoviy tаrkib hаm hаr xil bulishi mumkin. Mаsаlаn, Co 3Si, Co2Si, CoSi, CoSi2, CoSi3, . Qizdirilgаn hоldа esа, kimyoviy birikmаlаrning hоsil bulishi ko‘pаyadi. Fаrаz qilаylik, mа’lum hаrоrаtdа epitаksiаl plyonkа hоsil bulsin. Mаsаlаn, CoSi2 uchun epitаksiаl plyonkа hоsil qilish uchun оptimаl hаrоrаt 650 0C bo‘ladi. 3.29-rаsmdаn ko‘rinаdiki, eng idеаlgа yaqin hоlаtdа kimyoviy tаrkib uch qismdаn ibоrаt bo‘ladi: - mа’lum bir qаlinlikdаgi mukаmmаl epitаksiаl plyonkа, - o‘tish qаtlаmi (u hаm epitаksiаl, аmmо tаrkibi o‘zgаrib bоrаdi), - аsоs, ya’ni Si. 82 3.29 – rаsm: Xоnа hаrоrаti shаrоiti uchun Co/Si chеgаrаviy qаtlаmi Cо аtоmlаri kоnsеntrаsiyasining chuqurlik (prоfil) bo‘yichа o‘zgarishi 3.30 – rаsm: CoSi2/Si<100> uchun SCо vа SSi kоnsеntrаsiyalаrning prоfil’ (chuqurlik) bo‘yichа jоylаshishi Plyonkаlаrning kimyoviy vа elеmеntаr tаrkibini chuqurlik buyichа аniqlаsh uchun ko‘p hоllаrdа Оjе-elеktrоnlаrning spеktrоskоpiyasi (ОES) usuli yuzаlаrni iоnlаr bilаn yеdirish usuli bilаn birgа ishlаtilаdi. Bu usuldа iоnlаr bilаn yuzа еdirilаdi, buning uchun qаnchа vаqtdа qаnchа еdirish оldindаn kаlibrоvkа qilinаdi, еdirilgаn jоygа elеktrоn dаstаsi tushirilib, ОES usuli yordаmidа elеmеntаr vа kimyoviy tаrkib аniqlаnаdi. Bu hоldа to‘g‘ri аxbоrоt оlish uchun еdirilgаn yuzаning kаttаligi elеktrоn dаstаsining diаmеtridаn kаmidа 5 - 6 mаrtа kаttа bo‘lishi kеrаk. Nobеl mukofotining laurеati Richard Fеynman tomonidan yaratilgan kvant mеxanika borasida ko‘pchilik bu murakkab formulalar to‘plamidir, dеgan fikrda. Olim еtuk mutaxassis sifatida kvant mеxanikasining yuksak istiqbolini 83 ko‘ra bilgan. Uning ta’kidlishicha: “Insonlar kеlgusida alohida atomlarni boshqarishni o‘rganib olib,xohlagan narsalarini yaratishlari (sintеz qilishlar) mumkin”. Sohaning kеyingi rivoji jism zarralari harakatini biror-bir o‘lcham yoki yo‘nalish bo‘yicha chеgaralasak,ya’ni kvatlasak .natijada uning harakat qonunlari erkin zarranikidan butunlay farq qiladi. Kvantlashni davom ettirib, zarraning harakatini ikki o‘lcham bo‘yicha (bir o‘lchamli tuzilmalar), so‘ngra uni uchala o‘lcham bo‘yicha ham chеgaralasak (nol o‘lchamli tuzilmalar), butunlay yangi hodisalar va qonuniyatlar namoyon bo‘lar edi. Xususan, 1987 yil ikki o‘lchamli elеktronlar gazida kvant va kasrli kvant Xoll effеktlarining kashf etilishi past o‘lchamli tuzilmalarga qiziqishni kuchaytirdi. Ikki o‘lchamli tuzilmalardan yorug‘likning katta miqdorda sochilishi va yutilishi yupqa pardalarda ulkan magnit qarshiliklar uglеrod asosidagi kvant o‘lchamli yirik molеkulalar fullurеnlarning kashf etilishi va ularning amaliyotda ishlatilish istiqbollari-sohadagi izlanishlarga katta turtki bеrdi. O‘lchamli kvantlanishni yarim o‘tkazishlarda namoyon qilish yuqori tеxnalogiyalar (molеkulyar nurli epitaktsiya) yordamida biror taglik ustida nafaqat kristolografik tuzilishi, balki kimyoviy tarkibi ham bir-biridan farq qiladigan o‘ta yupqa qatlamlar o‘stirish orqali amalga oshiriladi.Bu sohada tadqiqot ishlari o‘tgan asrning 70-yillaridan boshlandi. E’tiborlisi, asosan uchlangan birikmalar asosida AlxGa1-x As ikkilangan gеtеroo‘tishlar hosil qilish ustida tadqiqotlar olib borilidi va natijada 2003 yili nеmis olimi Bimbеrg va rus olimi J.Alfyorov Nobеl mukofotiga sazovor bo‘lishdi. Hozir yarim o‘tkazgichlardagi past o‘lchamli strukturalar quydagicha bo‘linadi. Kvant nuqtalar (KN) - bu strukturalarning o‘lchamlari mavjud uch yo‘nalish bo‘yicha qator atomlar orasidagi masofa tartibida bo‘ladi (KNlarni ba’zan sun’iy atomlar dеb ham atashadi). Masshtabiga bog‘liq ravishda struktura nol o‘lcham (OD) yoki uch o‘lchamli (3D) hisoblanadi. Bu yеrda Ddimention – o‘lcham, massiv, o‘lchov, kattalik, hajm so‘zlarining birinchi harfi bo‘lib, uning oldidagi raqam esa tuzilma gеomеtrik o‘lchami tartibini bildiradi. Kvant simlar (KS) yoki kvant iplar (KI) – bunda strukturalar o‘lchamlari ikki yo‘nalish bo‘yicha bir nеcha atomlar orasidagi masofaga tеng bo‘ladi, uchinchi yo‘nalish bo‘ylab esa o‘lcham makroskopik qiymatga ega bo‘ladi (1D). Kvant simlar (KS) yoki kvant iplar (KI) - bunda strukturalar o‘lchamlari ikki yo‘nalish bo‘yicha bir nеcha atomlar orasidagi masofa tartibida bo‘ladi, uchinchi yo‘nalish bo‘ylab esa o‘lcham makroskopik qiymatga ega bo‘ladi (1D). 84 Kvant dеvorlar (KD), boshqacha aytganda, kvant chuqurliklar (KCh) – strukturalarning o‘lchamlari bir yo‘nalish bo‘yicha qator atom oralig‘idagi masofa tartibida bo‘ladi, qolgan ikki yo‘nalish bo‘yicha esa o‘lcham makroskopik qiymatga ega bo‘ladi (2D). O‘lchami chеgaralangan muhitda elеktronlar holati va tashqi ta’sirlarga javoban quyidagicha kеchishi mumkin. Faraz qiling, o‘quvchi bola futbol maydonida turibdi. U uch o‘lcham bo‘yicha harakat qilishi, to‘rt tarafga yugurishi va yuqoriga sakrashi mumkin. Dеmak, u X, Y, Z, koordinata o‘qlar bo‘yicha erkin harakat qiladi.Bunga bolaning uchta erkinlik darajasi bor dеyiladi. Yuqoriga harakat qilish, sakrashini tеpadan dеvor bilan chеgaralasak, u faqat chor atrofga XOY koordinata tеkmasligida yugurishi mumkin. Bunda bolaning harakati ikki o‘lchamli bo‘ladi. Bolaning ikki yon tomondan ham dеvorlar bilan to‘sib, harakatni yana chеgaralasak, u faqat oldinga harakat qila oladi. Agar harakati faqat bitta koordinata o‘qi bilan bеlgilansa, u bir o‘lchamli dеyiladi. Bola harakati old va orqadan chеgaralansa, u harakatlana olmaydi. Bu uning harakati nuqtadan iborat dеgani. Yuqorida kеltirilgan to‘rt holatda bolaning tashqi ta’sirga bеradigan javobini tasavvur qilib ko‘ring. Birinchi holda erkin, ikkinchisida sakrashga da’vat qilinsada, bunga imkoni yo‘q, uchinchi vaziyatda esa faqat oldinga va orqaga harakat qila oladi. Tashqi da’vat uni yon tomonga undasada uning iloji bo‘lmaydi. To‘rtinchi holatda harakati bo‘tunlay chеklangan, u faqat еtarli bo‘lgan tashqi kuchlar ta’siridagina dеvorlardan dеvorlardan oshishi mumkin,kuch еtarli bo‘lmasa, o‘z holatini o‘zgartira olmaydi. Barcha holda ham bolaning tashqi ta’sir yoki da’vatlarga javobi turlicha ba’zan esa hayri ta’biiy bo‘lib, u o‘z vaziyatidan kеlib chiqib, javob bеradiva hatto kutilmagan harakatlar qiladi. Elеktron ham bolaga o‘xshab o‘zini yuqorida tasvirlanganidеk tutadi. Chеgaralantan tuzilmalarda zarra yoki elеktron enеrgiyasini o‘z holatidan kеlib chiqib o‘zgartirdi, potеntsial to‘siq (dеvor)larni еngish uchun еtarlicha enеrgiya bеrilsagina oshib o‘tadi, aks holda enеrgiya qancha katta bo‘lmasin,natija kuzatilmaydi. Oqibatda elеktron enеrgiyasining uzluksiz ortishiga imkon bеrmay, sakrab, faqat ma’lum miqdorda o‘zgarishiga olib kеladi. Fan tilida bu kvantlash dеb ataladi. Mazkur hodisalar yordamida ko‘plab zamonaviy elеktron asboblar va qurilmalar yaratish mumkin. Ularga yarim o‘tkazgichli lazеrlar, fotoelеmеntlar, turli datchiklar, sеnsorlar, tranzistorlar, doimiy xotira qurilmalari, DVD disklar, shuningdеk, kvant kompyutеrning asosi bo‘lgan uch o‘lchamli kvant xodisalarga asoslangan mikrosxеmalarni kiritish mumkin. 85 3.10. Geteroo‘tishli yangi turdagi fotoelementlar. Getero‘tishlar tushunchasi Ikkita har xil moddalarning bir-biriga tutashuvi (kontaktga keltirilishi) geteroutishlar (GO‘) deyiladi. GO‘ ning har xil turlari mavjud: 1. Ikkita har xil yarim o‘tkazgich asosidagi GO‘. Misol, GaAs va Ge, GaP va Si, CdTe va CdS va boshkalar. 2. Metall va yarim utkazgich asosidagi GO‘ (Shottki bareri misolida). Misol, Au va Si, Ge va boshqalar. 3. Metall va yarim o‘tkazgich orasidagi omik kontakt. 4. Getero o‘tishlarning energetik diagrammasi Geteroo‘tishlarning fizikaviy xossalarini urganish va uni taxlil kilish, ularning energetik diagrammalarini tuzish asosida olib boriladi. Shuning uchun, kiskacha GaAs-Ge geteroutishining energetik diagrammasi misolida kurib utamiz. Faraz qilaylik, berilgan yarim o‘tkazgichlarning hajmdagi xususiyatlari ajralish chegarasigacha o‘zgarmaydi va chegara qismida keskin bir material xususiyatidan boshqa material xususiyatiga o‘zgaradi. GaAs va Ge materiali uchun man qilingan zonalar kengligi (Eg) mos ravishda 1,45 va 0,7 eV ga teng. Chiqish ishining kattaligi Fermi satxidan to vakuum satxigacha bajarilgan ish miqdoriga teng bo‘lgani uchun va Fermi satxining kirishmalar konsentratsiyasiga boglikligi sababli, uning o‘rniga elektronga moyillikni olish maqsadga muvofiqdir, ya’ni o‘tkazuvchanlik soxasi chegarasidan vakuum satxigacha bajarilishi kerak bo‘lgan ish kirishmalar energiyasiga bog‘liq emas. Jadvalda GaAs va Ge ni xarakterlaydigan energetik diagramma tuzish uchun kerak bo‘ladigan parametrlar keltirilgan. PARAMETRLAR GaAs Ge Elektronga moyillik, χ va man qilingan zona kengligi, Eg , (eV) 4,07, 1,45 4,13, 0,7 Kompensatsiya qilinmagan konsentratsiyasi,Nd-Na, sm-3 1016 Kompensatsiya kilinmagan konsentratsiyasi, Na-Nd, sm-3 donorlar 3 1016 akseptorlar EC-EF k δGaAs, eV 0,1 EF-EV k δGaAs, eV 0,14 Panjara doimiyligi, α, Ao 5,654 5,658 Nisbiy dielektrik kirituvchanlik, ε 11,5 16 86 Elektronning EFp satxdagi energiyasi uning EFn satxdagi energiyasidan kam, shuning uchun Fermi satxlari tenglashuvi uchun ( materiallar kontaktga keltirilgan xol) bir kism elektronlar GaAs dan Ge ga utadi. Bunday xarakat (kuchish) chegaraviy kismda arsenid galliyda Ec satxining yukoriga kayrilishiga olib keladi. Fermi satxining siljishi EFp – EFn k (χGe Q Eg(Ge) – δGe) – (χGaAs QδGaAs) k VDn Q VDp bo‘lib, bu miqdor 0,52 eV ga teng bo‘ladi. Bu yerda VDn, VDp – mos ravishda GO‘ ning energetik soxasidagi elektronlar va teshiklar uchun bulgan energetik uzilishlar, δGe va δGaAs – mos ravishda Ge va GaAs geteroutish chegarasida materiallar utkazuvchanlik va valent soxalari energetik nomuvofikligi xisobiga xosil buladigan kushimchap uzilishlar kiymati. Gomoutishdagi kabi, chegara yakinida χn va χp kalinliklarda zaryadga kam xududlar mavjud bulib, zaryad saqlanish konuniga asosan χn va χp k Na/Nd saklanishi kerak. Puasson tenglamasiga asosan VDn k ND (χn2) / 2εGaAs va VDpk NA(χp)2 / 2εGe (9) bu tenglamadan VDn/VDp k NA εGe / ND εGaAs (10) kelib chikadi. Bizning xol uchun bu nisbat 4:1 ni tashkil qiladi. Shuning uchun, bu nisbat 0,42 eV va 0,10 eV ga tengdir. Oddiy geometrik muloxazalar asosida ∆Ec uzilish uchun quyidagi tengliklarni keltirish mumkin. ∆Ec k δGaAs Q VDn – (Eg(Ge) – δGe) Q VDp (11) ∆Ec k χGe – χGaAs (12) Valent soxadagi energetik uzilish uchun esa quyidagi tenglikni keltirish mumkin. ∆EV k ( Eg(GaAs) – Eg(Ge)) – (χGe- χGaAs) (13) va (12), (13) ifodalardan. ∆EcQ∆EV k Eg(GaAs) – Eg(Ge) (14) xosil bo‘ladi. Shunday muloxaza asosida boshqa geterojuftliklar uchun ham energetik diagrammalarni tuzish mumkin. Bu diagrammalar ajralish chegarasida zaryad bo‘lmagan xol uchun to‘g‘ri bo‘ladi. 87 Yarim o‘tkazgichli materiallar asosidagi geterojuftliklar Geterojuftliklarni tanlash asosan ikkita kristallografik parametrni xisobga olishga asoslanadi. Bular panjara doimiyligi va issiqlikdan kengayish koeffitsientlaridir. Panjaralar nomuvofikligi agar bir necha foizni tashkil qilsa, u xolda ajralish chegarasidagi yuza xolatlar zichligi 1014 sm-2 va undan yukori bulishi mumkin, natijada geteroutish xususiyatlari shu chegaraviy xolatlarga boglik bulishi mumkin. Bunday xolatlar juftlanmagan valentlari yoki «bebosh» boglanishlar xisobiga buladi. Natijada ajralish chegarasida kuyidagi xollar kelib chikadi; a) ajralish chegarasida energetik soxalarning kayrilishi, b) ajralish chegarasida ortikcha asosiy bulmagan zaryad tashuvchilarning kuchli rekombinatsiyasi. Agar ajralish chegarasidagi xolatlar zichligi 1013 sm-2 va undan kamrok bulsa, aytish mumkinki, chegaraviy xolatlar utish chegarasiga kam ta’sir kiladi va geteroutish xususiyatlari tashkil kiluvchi materiallar orasida xosil bulgan guteroutish xossalari bilan aniklanadi. Shuning uchun asosan geterojuftliklar tanlashda panjaralar doimiyligining farki 1 % va undan kamrok bulishi maksadga muvofikdir. Quyidagi jadvalda ayrim geterojuftliklar va ularning parametrlari keltirilgan. Panjara soxa Issiqlik dan kirishmala Elektron tuzilish kengayish r ga materialla Eg, eV doimiyligi o a,A i koeffitsienti, moyillik, r -1 oS eV GaAs 1,43 5,654 Tugri 5,8 Se, Te, Zn 4,07 Ge 0,66 5,658 Tugrim 5,7 as Al, Ga, In 4,13 ZnSe 2,67 5,667 Tugri 7,0 Al, Ga, In 4,09 Ge 0,66 5,658 Tugrim 5,7 as Al, Ga, In 4,13 88 AlAs 2,15 5,661 GaAs 1,43 5,654 Tugrim 5,2 as 5,8 Tugri Zn 3,5 Se, Te 4,07 Geteroo‘tishli materiallar olish texnologiyasi asosan uch usulga asoslangan. Bular jumlasiga suyuk va gaz fazadan epitaksiya usuli, molekularnurli epitaksiya usuli va vakuumdan ustirish usullaridir. Getero p-n o‘tishlarning afzalliklari. QE getero afzalliklarga ega: o‘tishli materiallar asosida tayyorlanganda quyidagi 1) Agar keng soxali birinchi yarim o‘tkazgichning man qilingan soxasi Eg1, keyingi yarim o‘tkazgichning man qilingan soxasi Eg2, va Eg1>Eg2 bo‘lsa, qiska to‘lqinli oraliqda spektral sezgirlikning o‘sishi kuzatiladi. 2) Birinchi yarim o‘tkazgichni «optik darcha» sifatida qaralib unga maksimal ravishda kirishmalar kiritish (yorug‘lik o‘tishiga to‘sqinlik qilmaydigan darajada) vositasi bilan QE ning ketmaketlik qarshiligini kamaytirish imkoniyati tug‘iladi. Birinchi yarim o‘tkazgichni qalin qilib olish mumkin bo‘lgani uchun, QE ning har xil nurlanish radiatsiyasiga chidamliligi ortadi. Bu esa QE larini koinotda ishlatilganida muxim axamiyat kasb etadi. Quyosh elementlari konstruksiyalari 3) Keng tarqalgan kremniy asosidagi QE lari konstruksiyasi p- va nmaterialning bir-biriga tutashtirishdan xosil kilinadi. YaO‘ material ichidagi p- va n-tip orasidagi utish soxasi (chegara hududi) elektron- teshik yoki p-n o‘tish deyiladi. Termodinamik muvozanatda elektron va teshiklar muvozanat xolatini belgilovchi Fermi satxi materialda bir xil xolda bulishi kerak. Bu shart p-n o‘tish hududida ikkilangan zaryadli qatlam xosil qiladi va uni hajmiy zaryad qatlami deyilib, unga taaluqli elektrostatik potensial paydo bo‘ladi. P-n tuzilma sirtiga tushgan optik nurlanish, sirtdan material ichiga karab p-n o‘tish yunalishiga perpendikulyar ravishda konsentratsiyasi kamayib boruvchi elektron-teshik juftliklar xosil kiladi. Agar sirt yuzasidan p-n o‘tishgacha bulgan masofa nurning kirish chukurligidan (1/ά dan) kichik bulsa, elektron-teshik juftliklar r-n utishdan ichkarida xam xosil buladi. Agar p-n o‘tish juftlik xosil bo‘lgan joydan diffuzion uzunlikka teng masofa yoki 89 undan kamroq masofada bo‘lsa, zaryadlar diffuziya jarayoni natijasida r-n utishga yetib kelib, elektr maydoni ta’sirida ajratilishi mumkin. Elektronlar rn utishning elektron bor bulgan kismiga (n-kismiga), teshiklar r-kismiga utadi. Tashki p- va n-soxalarni birlashtiruvchi elektrodlarda (kontaktlarda) potensiallar ayirmasi xosil bulib, natijada ulangan yuklanma karshiligi orkali elektr toki oka boshlaydi. P-n o‘tishga diffuziyalangan asosiy bo‘lmagan zaryad tashuvchilar, potensial tusik bulganligi sababli, ikkiga ajratiladi. Ortikcha xosil bulgan (tusik yordamida ajratilgan) va tuplangan, n-soxadagi elektronlar va psoxadagi teshiklar p-n utishdagi mavjud xajmiy zaryadni kompensatsiya kiladi, ya’ni mavjud bulgan elektr maydoniga karama-karshi elektr maydonini xosil kiladi. Yoritilish tufayli tashki elektrodlarda potensiallar ayirmasi xosil bulishi bilan birga yoritilmagan r-n utishdagi mavjud potensial tusikning uzgarishi ruy beradi. Xosil bulgan foto-EYuK bor bulgan potensial tusik kiymatini kamaytiradi. Bu esa uz navbatida karama-karshi okimlarning paydo bulishini ta’minlaydi, ya’ni elektron kismdan elektronlar okimini, rkismdan teshiklar okimini xosil kiladi. Bu oqimlar Rasm 3.31. Yoritilmagan p-n o‘tishli yarim utkazgichda energetik soxalar strukturasi (a), elektrostatik potensial taksimoti (b). 2l – xajmiy zaryad soxasining kenglini, UE – p- va n- soxalar chegarasidagi muvozanat xol uchun elektrostatik potensial, Eg – man kilingan soxa kengligi, shtrixlangan chizik – muvozanat xoli uchun Fermi satxi. p-n o‘tishga qo‘yilgan elektr kuchlanishi ta’siri natijasida to‘g‘ri yo‘nalishdagi tok bilan deyarli teng bo‘ladi. Yoritilish jarayoni boshlangan vaktdan boshlab ortikcha ( muvozanatdagiga nisbatan) zaryadlarning tuplanishi (elektronlarning n-soxada va teshiklarning p-soxada) potensial to‘siq balandligini kamaytiradi, yoki boshqacha qilib aytganda elektrostatik potensialni pasaytiradi (3.31-Rasmga qarang). Bu esa o‘z navbatida tashki yuklanmadan okayotgan tok kuchini oshiradi va karama-karshi okimlar xosil kiluvchi elektronlar va teshiklar okimini r-n utish orkali utishini ta’minlaydi. 90 Yoruglik tufayli xosil bulgan ortikcha juftliklar soni r-n utish yoki tashki yuklanma orkali ketayotgan juftliklar soniga teng bulganda statsionar muvozanat xosil buladi. Odatda bu xol yoritilish jarayonining mingdan bir soniyasi davomida ruy beradi. QE kiska tutashuv toki Ikz ni, tushayotgan optik nurlanish zichligi va spektral tarkibiga boglik xolda urganish, element tuzilmasi ichida bulayotgan xar bir nurlanish kvantining elektr energiyasiga aylanish jarayoni samaradorligi xakida tasavvur xosil kilish imkoniyatini beradi. Ma’lum yoruglik okimi zichligi tushayotgan QE uchun kuyidagi tenglamani keltirish mumkin. Ikzyu(λ) k Ikzt(λ)/[1-r(λ)] (3) bu yerda Ikzt(λ) va Ikzyu(λ) – mos ravishda berilgan intensivlikdagi yutilgan va tushayotgan nurlanish uchun QE kiska tutashuv tokining kiymatlari, r(λ)birlamchi kaytish koeffitsienti. Keltirilgan uchchala kattaliklar xam bir xil tulkin uzunligi bulgan xol uchun tugridir. QE ni taxlil kilish va sifatini baxolash uchun uning I kz tokining spektral xarakteristikasini yutilgan xar bir kvant nur uchun xisoblash uta muximdir. Bu kattalikni Quyosh elementining effektiv kvant chikishi deyiladi va Q eff bilan belgilanadi. Agar No – YaO‘ material sirtining birlik yuzasiga tushayotgan kvantlar soni bulsa, u xolda Qeff k Ikz/ No (4) buladi, bu yerda Ikz elek/soniya da ulchanadi, va Qeff elek/kvant (foton) larda olinishi kerak. QE effektiv kvant chiqishi ikki parametrga bog‘liq bo‘lib, u Qeff k βγ (5) β-ichki fotoeffektning kvant chiqishidir. Bu kattalik xar bir yutilgan kvant uchun fotoionizatsiya jarayonida YaO‘ ichida xosil bo‘ladigan elektronteshik juftliklarni kursatadi. γ – p-n o‘tish potensial to‘siqning tok tashuvchilarni yig‘ish (jamlash) koeffitsientidir. Boshqachasiga aytganda tok tashuvchilarning ajratish koeffitsienti ham deyiladi. Bu koeffitsient optik nurlanish yordamida xosil bo‘lgan umumiy juftliklardan qancha qismi qiska tutashuv tokida ishtirok etishini ko‘rsatadi. Tashqi o‘lchash asbobi ulangan xol uchun, βk1 bo‘lsa, har bir kvant bitta juftlik xosil qila olishini ko‘rsatadi. Har xil to‘lqin uzunlikka ega bo‘lgan optik nurlanish, materialda har xil chuqurlikka kira oladi (kvantlarning chukurlikka kirish qobiliyati ularning 91 energiyasiga bog‘liqdir). YaO‘ materiallarda yutilgan kvantlar xisobiga hosil bo‘lgan Rasm 3.32. Har xil to‘lqin uzunlikka ega bulgan nurlanishning kremniy asosidagi p-n o‘tishga perpendikulyar tushgan xol uchun xosil bo‘lgan elektron-teshik juftliklarining taqsimlanishi. 1- λ k0,619 mkm, αk2000 sm-1; 2- λ k0,81 mkm, αk700 sm-1; 3- λ k0,92 mkm, αk90 sm-1. elektron-teshik juftliklar materialda fazoviy taksimot xosil kiladi ( 3.32-Rasm ga qarang). Xosil bo‘lgan juftliklarning keyingi taqdiri YaO‘ materiallarning diffuzion yo‘li uzunligiga bog‘liqdir. Agar bu parametr kattaligi yetarlicha bulsa, u xolda nurlanish tufayli xosil bulgan ortikcha asosiy bulmagan zaryad tashuvchilar faqat diffuziya jarayoni tufayli p-n o‘tishga kelib uning elektr maydoni orkali ajratilishi mumkin. Optik nurlanishni aylantirilishi jarayonida muxim rolni elektronlarning diffuziya yuli uzunligi ( Lp ) va r-p utish chukurligi (ℓ ) uynaydi, chunki xosil bulayotgan va ajratilishi kerak bulgan juftliklar ularga boglikdir. Optik nurlanishning YaO‘ materialga tushish yunalishiga karab r-n utish konstruksiyasining ikki xili mavjud va ularni kuyidagi 3.33- rasmda keltirilgan xoli uchun kurib utamiz. 92 Rasm 3.33. Yarim o‘tkazgichli kristallda n-p o‘tishlarning joylashish sxemalariga qarab (a) perpendikulyar va (b) parallel p-n o‘tish tekisligi uchun optik nurlanishning tushishi. Ln, Lp – p- va n – soxalarda asosiy bo‘lmagan zaryad tashuvchilarning diffuzion uzunliklari; ℓ - yarim o‘tkazgichda nurlanishning kirish chegarasi; shtrixlangan sohalar – p- va n-soxalardagi metall kontaktlarning ko‘rinishi. 1-xol. Optik nurlanish yunalishiga p-n o‘tish perpendikulyar joylashgan xol. Optik nurlanish, qalinligi ℓ ga teng bo‘lgan YaO‘ materialning butunlay oxirigacha kiradi. 2-xol. Optik nurlanish yo‘nalishiga p-n o‘tish parallel joylashgan xol. Nurlanish, kengligi d ga teng bulgan tuzilmaga tushadi. Perpendikulyar va parallel joylashgan p-n o‘tishlar uchun yig‘ish (jamlash) koeffitsienti kuyidagi munosabatlar bilan aniklanadi. γ k ( Lp QLr)/ ℓ (6) va γ kk ( Lp QLr)/d (7) bu yerda, Ln, Lr – mos ravishda elektronlar va teshiklarning diffuziya yo‘li uzunligi. Birinchi qarashda p-n o‘tishning parallel joylashishi afzalroq ko‘rinadi. Chunki hosil bo‘lgan zaryad juftliklarini to‘laligicha yig‘ish va ajratish uchun YaO‘ material qalinligiga va p-n o‘tishga nisbatan ularning taqsimlanishi muhimdir. YaO‘ ichida juftliklarning material chuqurligiga nisbatan bir tekis hosil bo‘lishi ularning p-n o‘tish tomon diffuziya xodisasi orqali ajratilish jarayoni uchun o‘ta muhimdir. Shuning uchun, kup p-n o‘tishlarga ega bo‘lgan QE larda, ularning p-n o‘tishlari tushayotgan optik nurlanishga parallel joylashtiriladi. Optik nurlanishning uzun to‘lqinli qismida, bu konstruksiya zaryad tashuvchilarni yig‘ishning yuqori samaradorligiga ega bo‘ladi, hamda bir birlik yuzadan katta miqdordagi foto-EYuK olishga imkon yaratadi. 93 Takidlash lozimki, nisbatan kichkina o‘lchamli parallel joylashgan p-n o‘tishlarga ega bo‘lgan mikro QE larida rekombinatsiya xodisasining perpendikulyar joylashgan p-n o‘tishlarga nisbatan kattaligi nazariy va amaliy jixatdan aniqlandi. Shuning uchun, bu turdagi QE ning quyosh nurlanishiga qaratilgan yuzasida qisqa to‘lqinli nurlarning spektral effektivligini oshirish uchun, qo‘shimcha kirishmalar kiritilgan teskari tipdagi o‘tkazuvchanlikka ega bo‘lgan qo‘shimcha yupqa qatlam xosil qilish maqsadga muvofiqdir. Ya’ni, yana qisman perpendikulyar konstruksiya elementiga qaytish maqsadga muvofiqdir. Parallel joylashgan p-n o‘tishli QE larida xosil bo‘lgan elektron-teshik juftliklar konsentratsiyasi (M) material yuzasidan ichkarisiga qarab o‘zgaradi. Perpendikulyar joylashgan p-n o‘tishli QE konstruksiyasi uchun esa n-turdagi material uchun xam p-turdagi uchun ham xosil bo‘layotgan juftliklarning aksariyati p-n o‘tishga yakin joyda xosil buladi. Xosil buladigan elektronteshik juftliklar birlik chukurlikda kuyidagi tenglama orqali aniqlanadi. M k No α exp(-αℓ) (8) bu yerda, No-bir birlik yuzaga tushayotgan kvantlar soni. Juftliklar soni, ichkariga karab kamayib boradi. Ularning sonini YaO‘ materialda yutilishi mumkin bulgan soxada α (Ye) ni aniklash mumkin. Kremniy uchun natijasi, bir necha kiymatga ega bulgan tulkin uzunliklaridagi xisoblashlar n- va rturdagi materiallardagi zaryad tashuvchilarning diffuzion uzunliklari soxalarini, r-p utish perpendikulyar bulgan xol uchun zaryad tashuvchilar jamlash jarayonini baxolash imkonini beradi. Quyosh elementlarining planar konstruksiyasi (optik nurlanish tuzilma yuzasiga perpendikulyar tushgan xol) QE texnologiyasida va ularni amaliy ishlatishdagi asosiy konstruksiyadir. Bunday QE xar xil YaO‘ materiallar asosida ishlab chikildi .Yukorida keltirilgan taxlillar asosida yukori samarali optimallashgan konstruksiyalar ishlab chiqildi. Ammo xar qanday material uchun xam ularga qo‘yiladigan, yuqorida keltirilgan, asosiy talablar saqlab qolinishi kerakligi aniqlandi. γ va Ikz ni oshirish uchun p-n o‘tishning ikkala tomonida ham albatta diffuzion uzunlikni oshirish maqsadga muvofiqdir. Buni amalga oshirish uchun kerakli material tanlash va p-n o‘tishni texnologik tayyorlash jarayonida diffuzion uzunlikni kamaymasligiga harakat qilish kerak. Agar uning kamayishi aniq bo‘lsa uni xisobga olish zarurdir. Agar Ld ni frontal sirtda oshirish imkoniyati bo‘lmasa, u xolda frontal sirt kalinligini Lp>>ℓ ga amal kilgan xolda olish kerak. Shu asosda baza parametrlarini tanlash zarurdir. 94 Masalalar: Masalalar yechilishi namunalari 3.1.- Masala. p-turdagi kremniy materialida kovaklar konsentratsiyasi p= 5·1016sm-3 bo‘lganda Fermi sathi qanday holatda bo‘lishini aniqlang (T=300K). Masalaning yechilishi: Kirishmali yarimo‘tkazgichlarda Fermi sathi quyidagi ifoda orqali topiladi. F p =kT Ln( ) (3.37). Bu yerda Nv=l,91019 cm-3, k=8,6l • 10-5 eV/K, T=300 °K da Fermi sathini hisoblaymiz. F p =kT Ln( )=300·8,61·10-5Ln( )=0,0258Ln(3,8*102 ) =0.0258*5.9= =0.15eV Demak p-turli kremniy materialida kovaklar konstentrastiyasi r= 5*1016 sm-3 bo‘lganda Fermi sathi T=300 °K da 0.15 eV valent sohadan yuqorida joylashgan bo‘lar ekan. Sinov savollari: 1. Fermi sathi nima va uningfizik ma 'nosini tushintiring ? 2. Xususiy yarim o ‘tkazgichlarda Fermi sathi qanday joylashgan? 3. n va p turdagi yarim o ‘tkazgichlarda harorat oshishi bilan Fermi sathi qanday o ‘zgaradi? 4. T = O K haroratda n turdagi yarim o ‘tkazgichda Fermi sathi holatini ko‘rsating? 5. Fermi - Dirak taqsimo‘liningfiizik ma 'nosini tushintiring ? 6. Taqiqlangan sohada energetik sath elektronlardan bo‘sh boiishi uchun u Ferrni sathiga nisbatan qanday joylashgan boiishi kerak? 7. Taqiqlangan sohada energetik sath elektronlar bilan band boiishi uchun Fermi sathiga nisbatan qanday joylashgan bo‘lishi kerak? 8. Yarim o‘tkazgichlarda o ‘tkaznvchanlik sohasidagi elektronlar konsentratsiyasi Fermi sathini joylashishiga nisbatan qanday bog‘langan? 9. Elektr neytrallik tenglamasi nima va uning fizik ma 'nosini tushuntiring? 10.Massalarning harakatdagi qonuni nima? 95 IV-BOB FOTOLITOGRAFIYA FOTONIKA OPTOELEKTRONIKVA MOLEKULYAR ELEKTRONIKA. 4.1. Fotolitografiya va uning ahamyati. Fotolitografiyani o‘tgan asrning 50-yillarida yarimo‘tkazgichlar sanoatida qo‘llanilishi elektronikaning keyingi rivojlanishini belgilab berdi va diskret yarimo‘tkazgichli asboblar ishlab chiqarishdan integral mikrosxemalar (IMS) ishlab chiqarishga o‘tildi. Fotolitografiya planar texnologiya jarayonining ajralmas qismidir. Uning yordamida niqobli pardalarda o‘ta kichik tirqishlar ochilib, ular orqali diffuziya o‘tqaziladi. Natijada, o‘ta kichik tuzilmalar hosil qilinadi. Undan tashqari, aluminiy pardada metalllashgan rasmlar olishda ham qo‘llaniladi. Meza texnologiyada chuqur mahaliy yedirish uchun kontakt niqoblar olinadi. Hozirgi paytda fotolitografiyaning qo‘llanilish sohalari kengaydi. Yarimo‘tkazgichli asboblar va IMS ishlab chiqarishda fotolitografiya har tomonlama qulay texnologik jarayon. U turli materiallarda element o‘lchami bir mikrometr va undan kichik murakkab rasmlarni takroriy va katta aniqlikda bajarish imkoniyatini beradi. Fotolitografiya yarimo‘tkazgichli va pardali tuzilmalar tayyorlashda yarimo‘tkazgich va boshqa materiallarda turli ko‘rinishdagi nafis ariqchalar va chuqurliklar olish uchun qo‘llaniladi. Uning yordamida andozalar (shablonlar) tayyorlanib, fotolitografiya jarayonida yarimo‘tkazgichli asboblar va IMS tayyorlashda zar qog‘ozda ochiq teshiklar olishda qo‘llaniladi. Fotolitografiya tayyor tuzilmali plastinka yoki tagliklarni kristallarga bo‘lishi, pretsizion qismlar tayyorlashi, aniq shkalalar tayyorlashi va boshqalarni bajarishi mumkin. Yarimo‘tkazgichli tuzilma va IMSlarni tayyorlashda fotolitografiyaning asosiy vazifasi texnologik qatlamlarda vujudga kelti- riladigan topologiyaga mos plastinka sirtida tirqishli kontakt niqob olish va keyinchalik niqobli topologiyani taglikning berilgan qatlamiga uzatishdir. Buni amalga oshirish uchun maxsus ishlovdan o‘tgan plastinkalar sirtiga yupqa, yorug‘likka sezgir material—fotorezist qoplanadi. Plastika sirtida fotorezist qurigandan so‘ng, unda mustahkam parda hosil bo‘ladi. Bu fotorezist parda fotoandoza orqali aktinik yorug‘lik bilan nurlantirilishi uning xossasi o‘zgarishiga olib keladi. (Aktinik nurlanish—fotosezgir materiallarga fotolitografik ta'sir o‘tkazish qobiliyatiga ega bo‘lgan nurlanish). Fotorezist pardani ochiltirish va polimerlash unda kerakli rasmdagi shaklni olish imkonini beradi, ya'ni pardani ochiq (fotorezist pardadan ozod) va yopiq (fotorezist parda bo‘lishi) qismiari bo‘ladi. Fotorezist pardada hosil bo‘lgan rasmning shakli taglikka o‘tadi. Fotorezist pardada hosil bo‘lgan «oyna»-tirqish bir qancha zaruriy texnologik amallar bajarish imkonini beradi: yarimo‘tkazgich materil qatlamini ketkazish maqsadida mahaliy yedirish bajariladi va mezatuzilma yaratiladi, diffuziya ostida oyna ochish uchun dielektrik himoya qatlamlar (Si0 2 va Si3N4) 96 ketkaziladi hamda omik kontaktlar va murakkab ko‘rinishdagi tok o‘tkazuvchi metall qatlamli yoichalar yediriladi va h.k. amallar bajariladi. Fotolitografiya keng sinfdagi yarimo‘tkazgichli asboblar va mikrosxemalarni umumiy holda tayyorlashda asosiy jarayonlardan biri sifatida, diffuziya, ion legirlash, epitaksiya va oksidlash, kimyoviy ishlov berish jarayonlari bilan bir qatorda turadi. Fotolitografiya jarayonining afzalliklariga uning ommaviyligi, universalligi, texnologik qulayligi va avtomatlashtirish imkoniyatlari kiradi. Fotolitografiyaning imkoniyatlardan yana biri, bitta taglikda boiajak asbob va mikrosxema ko‘p sonli elementlarini olish mumkin. Bu esa, oldindan tayyorlangan texnologik marshrut bo‘yicha tagliklarni guruhlab ishlov berish imkoniyatini beradi. Fotolitografiya o‘ziga murakkab kompleks texnologik jarayonlarni jalb qiladi. Bular mexanik, optik, fizik, fizik-kimyoviy va kimyoviy jarayonlardir. Ravshanrog‘i, tayanch yorugiikka sezgir materiallar (fotorezistlar), uni tozalash va ishlov berish, taglikni tayyorlash (kimyoviy—dinamik tozalov), taglik sirtida yorug‘likka sezgir pardalarni yuzaga keltirish; termik ishlov, ochiltirish, ekspozitsiyalash, kimyoviy yedirish va boshqa amallar shular jumlasidandir. Fotorezistlar Fotorezist deb, avvalo eruvchanligi o‘zgaruvchi va kislotali yoki ishqoriy yedirgichlarga chidamli aktinik nur ta'sirida o‘z xossasini o‘zgartiruvchi moddaga aytiladi. Fotorezistlarning asosiy vazifasi ma'lum talabga javob beruvchi shakl, rasmning yupqa himoyaviy pardasini plastinka yoki qandaydir boshqa taglik sirtida yaratishdir. Fotorezist himoya pardasida rasm shakli pardaning alohida qismlarga yorug‘lik ta'siri natijasida, yoritilgan va yoritilmagan qismlarining differensial eruvchanligi olinadi. Nurlantirilgan fotorezist parda ochiltirilgandan so‘ng taglikda kerakli rasm qoladi va keyingi texnologik operatsiyalarda himoya niqobi vazifasini o‘taydi, qolgan qismi esa ketkaziladi. Fotorezistlar organik moddalarning murakkab monomer yoki polimer kompozitsiyalaridir. Yorug‘likka sezgir monomerli birikmalardan tayyorlangan fotorezist pardalarning himoya xossalari uncha yuqori emas. Shuning uchun fotolitografiyada monomer fotorezistlar polimerli asosga qo‘shimcha sifatida foydalaniladi. Fotorezistlarda yomgiik nuri ta'sirida yuz beradigan jarayonlar fotokimyoviy qonunlarga bo‘ysunadi: 1) yorugiikni fotorezist bilan o‘zaro ta'sir reaksiyasida yorugiik nuri yutilsa, unda reaksiya fotokimyoviy aktiv bo‘ladi; 2) yorugiikning kimyoviy ta'siri yorug‘lik jadaligining uning ta'sir vaqti ko‘paytmasiga to‘g‘ri proporsional; 3) har bir yutilgan yorugiik kvantiga bitta reaksiyaga kirishgan molekula to‘g‘ri keladi. 97 Shuning uchun fotokimyoviy jarayon tavsifnomalari uchun fotorezistda yuz beradigan kvant chiqish tushunchasidan, ya'ni reaksiyaga kirishgan molekulalar sonining yutilgan yorug‘lik kvantlar soniga nisbatidan foydalaniladi. Fotorezistda fotokimyoviy reaksiya yuz berishi uchun fotonlar energiyasi atomlarni ajratish yoki qayta birla'shtirish uchun yetarli bo‘lishi kerak. Kvant chiqish fotokimyoviy reaksiya tezligi va ularni boshqarish ko‘p jihatdan tushuvchi yorugiikni spektral tarkibi va jadalligiga, hamda nurlantiriluvchi moddaning kimyoviy tuzilishiga bog‘liq. Fotorezist tarkibida spektral sezgirlikni boshqarish uchun maxsus moddalar— sensibilizatorlar kiritiladi, ular kerakli soha spektrida eng katta yutilishga siljitadi. Fotorezistorlarda yorugiik energiyasini yutishi bilan yuz beradigan fotokimyoviy reaksiyalar murakkabligi va ko‘p ko‘rinishliligi bilan farq qiladi. Ularda fotokiyoviy aylanishlar moddaning kimyoviy tuzilishi va nurlantirish sharoitlari bilan aniqlanadi. Fotorezistlarda fotokimyoviy reaksiya ketishi xarakteriga qarab fotorezistlar ikki guruhga boiinadi: negativ va pozitiv fotorezistlar. Negativ fotorezistlarda yorugiik ta'sirida taglik sirtida fotopolimerlanish yoki fotokondensatsiya hisobiga erimaydigan parda qismlari hosil bo‘ladi va ochiltirilgandan so‘ng sirtda qoladi. Pozitiv fotorezistlarda esa uning teskarisi, yorugiik ta'sirida fotoyemirilish hisobiga eriydigan qismlar hosil bo‘ladi va ochiltirilgandan so‘ng taglik sirtida qolmaydi. Sirtda qolgan fotorezist qatlam original rasmini yuqori aniqlikda takrorlaydi. Fotorezistlarni maxsus sharoitlarda qoilash uchun ularni tavsifiy parametrlari mavjud va ulardan asosiylari quyidagilar. Yorugiikka sezgirlik-ekspozitsiyaga teskari, fotorezistni eruvchanlik (pozitiv) yoki erimaydigan (negativ) holatga o‘tkazish uchun talab darajasidagi kattalik. Yorugiik sezuvchining ko‘p jihatdan fotorezistda yuz beradigan fotokimyoviy reaksiya kvant chiqishi bilan aniqlanadi. Zarur tomoni talabdagi toiqin uzunlik diapazonida yorugiik sezgirlik eng katta bo‘lishi kerak. Ko‘pchilik hozirgi zamon fotorezistlari ultrabinafsha nur soha spektri yaqinida maksimal sezgirlikga ega. Ajrata olish qobiliyati. Fotorezistning ajrata olish qobiliyati deganda, fotolitografiya jarayonida tekis qilinlikda 1 mm plastinka sirtida tutashmagan mumkin bo‘lgan maksimal chiziqlar soni tushuniladi. Demak, ajrata olish qobiliyati bilan aniqlanadi. Bu yerda λ —fotorezistda chiziq kengligi. Agar yarimo‘tkazgichli asbob tayyorlash uchun rasm shakli eng kichik o‘lcham λ =1 mkm bo‘lsa, unda fotorezistning ajrata olish qobiliyati R= 1/2∙0.001= 500 chiziq/mm bo‘ladi. 98 Fotorezistni ajratish alohidalik qobiliyati, ya'ni alohida elementlar tasvirini eng kichik o‘lchamlarda uzatish qobiliyati bilan xarakterlash mumkin. Ajrata olish qobiliyati chegarasi fotorezistning polimer molekulalari o‘lchami bilan aniqlanadi. Asosiy texnologik muammo fotorezistni yoritilgan va yoritilmagan qism orasidagi differensiallashgan yaxshi chegarani olishdan iborat bo‘lib, bu chegara ishlovning barcha bosqichlarida eng kichik o‘zgarishi kerak. Agressiv muhit ta'siriga chidamlilik. Bu parametrni miqdoriy aniqlash qiyin. Ba'zan bu kattalik fotorezist parda qatlamini olish standart yedirgichda ishlov berish vaqtiga proporsional boiadi. Keyingi vaqtda fotorezistning kimyoviy barqarorligi shakli yedirganda taglikka beruvchi nuqsonlar zichligi bilan xarakterlanadi. Bunday baholashda olingan ma'lumotlar aniq boimasligi mumkin. Chunki, nuqsonlar fotolitografiya jarayoni ta'siridangina kelib chiqmaydi. Chidamlilik asosiy sharti — taglikka nuqsonsiz yaxshi yopishgan bir jins parda olish, kimyoviy reagentlarga mumkin qadar passiv (yedirgichlar va boshqalar) bo‘lishi kerak. a) b) 4.1-rasm. Pozitiv va negativ fotorezistlar yutish spektrlari Fotorezistlar tur g‘unligi vaqt o‘tishi bilan maMum saqlash sharoitlarida va foydalanishda ularning tavsifnomalarini o‘zgarmasligi bilan aniqlanadi. Pozitiv fotorezistlarni fotokimyoviy xossalari turg‘unligini nazorat qilish uchun ma'lum qalinlikdagi qatlam zichligini optik usulda oichanadi, u darvoqe yorugiikka sezgir markazlar konsentratsiyasiga proporsional bo‘ladi. Fotorezist tuzilmaning vaqt o‘tishi bilan o‘zgarishlari qaytmas kimyoviy aylanishlar yuz berayotganligini bildiradi. 1-rasmda pozitiv va negativ fotorezistlar yutish spektrlari berilgan bo‘lib, ularni amalda qo‘llash uchun zarurdir. h,mkm 2 1 99 hII hI HI HII H, nisb. b. 4.2-rasm. Fotorezist ochiltirilgandan keyin qatlam qalinligi o‘zgarishlari Sensibilizatorli siklo- kauchuk asosidagi bis-azid (1) turidagi rezistlar ^=350 nm da eng katta yutish kengligi bilan xarakterlanadi. Polivinilsinnamat PVS (2) turidagi fotorezistlarning ikkita yutish kengligi bor, ulardan biri sensibilizator molekulalari yorug‘lik yutishi (360-370 nm) bilan, boshqasi polivinilsinnamat molekulasining yorug‘lik yutishi (280 nm) bilan bog‘langan. Pozitiv fotorezistlar yutish spektrida ikkitadan eng katta qiymatga 350 va 400 nm larda erishadi (1-rasm, 1 va 2-chiziqlar). Bu ikkala eng katta qiymatlar naftoxinondiazid molekulalarining yorug‘likni yutishi bilan bog‘langan. Yoritiladigan (yorugiik tushirilgandan so‘ng) rezistlar yutish spektrlari etarli o‘zgarib ketadi (4.2-rasm, a-chiziq 3, b-chiziq 3). Fotorezist ochiltirilgandan keyin qatlam qalinligi o‘zgaradi. Bu o‘zgarishlarni tavsifiy egri chiziqlardan aniqlanadi (2-rasm). Rasmdan ko‘rinib turibdiki, yoritilish vaqti ortishi bilan negativ rezist qalinligi ortadi, pozitivda esa kamayadi. Tavsifiy egri chiziqlarda fotorezistni yorug‘likga sezgirligini S=1/H", bu yerda H" -pozitiv rezistda (polimer to‘la buzilgan) ekspozitsiya; kontrast λ=(h''-h')/( H''H') va fotografik kenglik L=H''-H', bu yerda H'- qatlamlar qo‘shilishi boshlanadigan ekspozitsiya. Fotorezistlar to‘g‘risidagi ma'lumotlarga asosan, ularga qo‘yilgan bir qator talablarni ko‘rsatib o‘tamiz: 1. To‘lqin uzunlik oralig‘i talabida yuqori yorug‘likga sezgirlik. 2. Yuqori ajrata olish qobiliyati (hozirgi zamon talabi 0,1 mkmgacha fotorezist qatlam qalinligida bir millimetrga 1000-2000 chiziq to‘g‘ri keladi). 3. Taglikka yuqori yopishqoqligi (yarimo‘tkazgichga, oksidga, nitridga yoki metallga). 4. Yuqori kontrast (eksponirlashgan va noeksponirlaShgan qismlar orasidagi keskin differensiallashgan chegaralarni olish). 5. Kimyoviy agressiv muhitlarda yuqori turg‘unlik. 6. Qatlam sirti bo‘yicha bir xil xossaga ega boiish. 7. Vaqt o‘tishi bilan xossalar turg‘unligi. 100 8. Kimyoviy aylanishlarda mahsulotlar bilan ifloslanish boimasligi. 9. Materiallarning nisbatan sodda, mustahkam va qoilashga havfsizligi, turli usullarda o‘tqazish va boshqa qulayliklar. 1-jadvalda ba'zi fotorezistlarning asosiy tavsiflari berilgan. 1-jadval Fotorezist 1 mkm Nuqsonlar zichligi Ochiltirishda Kinematik turi qalinlikda bo‘yicha kislotaga chidamlilik, s qovushoqli— gi ajrata olish chidamliligi, mm-2 20°C da qobiliyati, chiz. sSt L/mm 500 0,35 90 6 FP*307 400 0,5 6 FP-309 400 0,75 60 5,9 FP-330 500 0,2 180 6 FP-333 500 0,5 30 21-26 FP-617 200 0,4 7 FN-106 400 0,25 3,5 FN-108 FP-pozitiv fotorezist, FN-negativ fotorezist Fotoandozalar Fotoandozalar—aktinik nurlanishni o‘tkazmaydigan, material sirtida sxema elementlarining rasmlari vujudga keltirilgan shisha plastinkalar yoki polimer pardalar. Fotoandozadagi elementlar tuzilishi asbob tuzilma qatlamidan birining geometrik shaklini hosil qiladi. Fotoandozalar asosiy instrument boiib, uning yordamida taglikga o‘tqazilgan fotorezist qatlamda ancha murakkab bo‘lgan mikrotasvirni shaklga keltiriladi. Fotoandozalar optik shishadan tayyorlanadi, shisha sirtidagi rasm esa, fotografiya usulida o‘tqaziladi. Shisha plastinkada rasmni vujudga keltirish usuliga qarab, fotoandozalar emulsiyali, metalllashgan va ranglilarga bo‘linadi. Emulsion fotoandozalarda rasm qismi oddiy fotografiya usuli bilan emulsiya qatlamda eng katta va eng kichik optik zichlikda vujudga keltiriladi. Bu turdagi fotoandozalar uchun shaffof elementlar (rasm qismi) zichligi shisha taglik va kumush zarrachalari boimagan emulsion qatlamining optik zichliklari yig‘indisiga teng. Metallashgan fotoandozalarda yupqa xrom qatlam hisobiga rasm qismlari vujudga keltiriladi. Bu fotoandozalarda shaffof sohaning eng kichik optik zichligi shisha optik zichligiga teng, eng katta zichlik esa amaliy jihatdan shaffof boimagan xrom metalll qatlamga mos keladi. Metallashgan fotoandozalar afzalliklari yuvilishga yuqori chidamliligi bo‘lib, u bir necha yuz marta kontakt ko‘chirma qilish imkonini beradi. Kamchiligi xrom pardaning ko‘zga ko‘rinadigan nurlar uchun yuqori qaytaruvchanligi (50-60 %) va uning to‘la shaffof emasligidir. Xromlashgan fotoandozalar xrom metall pardada mikroshaklni yedirish bilan chekka notekisliklari kamligi hisobiga ancha yuqori ajrata olish qobiliyatiga ega. Xrom 101 pardaning yuqori qaytarish xossasi fotoandoza shaffof elementlari ostida joylashgan fotorezistnining chekka qismlaridagi nurlanishlarining haqiqiy rasm shakli va o‘lchami o‘zgarishiga olib keladi. Rangli fotoandozalarda naqsh (shakl) temir oksidli parda yordamida bajariladi. Eng kichik optik zichlik metallashgan fotoandozalar singari shishaning optik zichligiga teng, eng katta zichlik esa, amaliy jihatdan temir oksid pardaning ultrabinafsha diapozanda shaffofmas eng katta zichligiga mos keladi. Rangli fotoandozalarning metalllashgan fotoandozalarga nisbatan afzalligi uncha yuqori emas. Ularda ko‘rinadigan nurni qaytarish imkoniyati (10-15%) va shaffof. Rangli fotoandozalardan foydalanish kontakt nusxa olishda yorug‘likning qaytish samarasini kamaytirib, olinadigan mikrotas- virlarning sifatini yaxshilaydi. Temir oksid pardaning ko‘rinadigan nurlar uchun shaffofligi rangli fotoandozadagi shakln tayanch plastinkadagi naqsh bilan birga sodda va sifatli qo‘shilishiga olib keladi. Fotoandozalarga quyidagi asosiy talablar qo‘yiladi: naqsh elementlarining geometrik o‘lchamlarining yuqori aniqligi, qismlar orasidagi qadam o‘lchamlarining aniqligi, vaqt bo‘yicha naqsh va uning o‘lchami turg‘unligi, yuvilishga chidamliligi, ishchi sirtlari yassi parallelligi, fotoandozalar to‘plamining bir-biriga qo‘shilishi talablari qo‘yiladi. 4.2. Fotonika va fotonika materiallari. Fotonika-optik signallar bilan ishlashning fundamental va amaliy jihatlari hamda ular asosida turli maqsadlarda qurilmalar yaratish bilan shug‘ullanadigan intizomdir. Tarkiblar 1 Umumiy ma’lumotlar 2 Fotonika tarixi 2.1 Istiqbolli ishlanmalar 3 Fanlararo joylari 4 fotonikaning boshqa fan sohalari bilan aloqasi 4.1 Klassik optika 4.2 Zamonaviy optika 5 shuningdek Qarang 6 yeslatma 7 Ishoratlar Umumiy ma’lumot Fotonika aslida elektronikaning analogi bo‘lib, elektromagnit maydonning elektronlar kvantasi-fotonlar o‘rniga ishlatiladi. Ya’ni, u sezilarli darajada kam energiya yo‘qotishlari bilan bog‘liq bo‘lgan fotonik signallarni qayta ishlash 102 texnologiyalari bilan shug‘ullanadi va shuning uchun minatdorchilik yehtimoli katta. Shunday Qilib, Fotonika: ko‘rinadigan va yaqin ko‘rinadigan spektrdagi fotonlarni hosil qilish, boshqarish va aniqlashni o‘rganadi. Bunga ultrabinafsha (to‘lqin uzunligi 10...380 nm), uzoq-to‘lqin infraqizil (to‘lqin uzunligi 15...150 mkm) va spektrning ultra infraqizil qismi (masalan, 2...4 Thz 75 to‘lqin uzunligiga to‘g‘ri keladi...150 mkm) bo‘lib, bugungi kunda kvant kaskadi lazerlari faol rivojlanmoqda. optik signallarni boshqarish va aylantirish bilan shug‘ullanadi va keng ko‘lamdagi dasturlarga yega: axborotni optik tolalar orqali uzatishdan tortib, atrof-muhitdagi yeng kichik o‘zgarishlarga muvofiq yorug‘lik signallarini modulyatsiya qiluvchi yangi datchiklar yaratishgacha[2][3]. Fotonika optik, yelektro-optik va optoelektron qurilmalar va ularning xilma-xil tatbiqlarini keng qamrab oladi. Fotonika tadqiqotlarining asosiy yo‘nalishlari tolali va integral optika, jumladan nochiziqli optika, yarimo‘tkazgichli birikmalar fizikasi va texnologiyasi, yarimo‘tkazgichli lazerlar, optoelektron asboblar va yuqori tezlikli yelektron qurilmalarni o‘z ichiga oladi. Ba’zi ma’lumotlarga ko‘ra, yangi, umumlashgan "fotonika" atamasi asta-sekin "optika"atamasining o‘rnini bosmoqda[4]. Fotonika tarixi Fotonika fan sohasi sifatida 1960-yilda lazer ixtiro qilinishi bilan, shuningdek 1970-yillarda lazer diodining ixtiro qilinishi bilan, keyinchalik yorug‘lik usullari yordamida axborot uzatish vositasi sifatida optik-tolali aloqa tizimlarining rivojlanishi bilan boshlandi. Bu ixtirolar 20-asr oxirida telekommunikatsiya inqilobi uchun asos bo‘lib, Internetni rivojlantirishga yordam berdi. Tarixiy jihatdan, ilmiy jamiyatda "fotonika" atamasini qo‘llashning boshlanishi akademik A. N. Tereninning "bo‘yoq molekulalari fotonikasi" kitobining 1967 da chop yetilishi bilan bog‘liq. Bundan uch yil avval uning tashabbusi bilan ldu fizika fakultetida "biomolekular va fotonik fizika" kafedrasi tashkil yetilib, u 1970 yildan buyon "fotonika" kafedrasi deb nomlangan.[5] A. N. Terenin Fotonikani "o‘zaro bog‘liq fotofizik va fotokimyoviy jarayonlar majmui" deb atadi. Fan olamida Fotonikani fotonlar axborot tashuvchi bo‘lgan tizimlarni o‘rganuvchi fan tarmog‘i sifatida keyinchalik va kengroq ta’riflash keng tarqaldi. Shu ma’noda "fotonika" atamasi ilk bor 1970 yilda Denver (Aqsh) da 9-xalqaro tezlikda suratga olish Kongressida qo‘llanilgan. 103 "Fotonika" atamasi 1980-yillarda telekommunikatsiya tarmog‘i provayderlari tomonidan yelektron ma’lumotlarni optik-tolali uzatish keng tarqalganligi sababli keng qo‘llanila boshlandi (optik tola ilgari tor foydalanishda ishlatilgan bo‘lsa-da). IEEE jamoa deb nomlangan Arxivlangan hisobot tashkil qachon muddatli foydalanish tasdiqlandi" Photonics texnologiya harflar " kech 1980 yilda. Bu davrda 2001 ga qadar fotonika asosan telekommunikatsiyalarga qaratildi. 2001 yildan boshlab, u ham ataladi qilindi: lazer ishlab chiqarish, biologik va kimyoviy tadqiqotlar, iqlim o‘zgartirish va yekologik monitoring[6], tibbiy diagnostika va davolash, ko‘rsatish va proeksiyalash texnologiyasi, optik hisoblash. Ilg‘or rivojlanish 2015-yilda MSU kremniy nanostrukturalarida ishlaydigan ultra tezkor foton kalitini yaratdi, bu kelajakda sekundiga o‘nlab va yuzlab terabitlar tezligida axborot uzatish va qayta ishlash qurilmalarini yaratish imkonini beradi [7]. Fanlararo sohalar Fotonika usullari yordamida radio-texnik qurilmani boshqarishga misol. A fiber Bragg qator asoslangan antenna array naqsh ishlab chiqarish uchun bir blok diagrammasi, TLS bir tunable lazer manbai qaerda, MZM bir Mach-Zehnder modulator hisoblanadi, kompyuter ulagichi bo‘ladi, PD bir fotodetektörü, va FBG bir tola Bragg qator[8]. Yuqori global ilmiy-texnik faoliyat va yangi natijalarga bo‘lgan katta talab tufayli fotonika doirasida yangi va yangi disiplinlerarası yo‘nalishlar paydo bo‘ladi: Mikroto‘lqinli fotonika optik signal va yuqori chastotali (1 Ggs dan katta) yelektr signali orasidagi o‘zaro ta’sirni o‘rganadi. Bu sohaga optikmikroto‘lqinli shovqin asoslari, mikroto‘lqinli pechlarda fotonik qurilmalarning ishlashi, mikroto‘lqinli qurilmalarning fotonik boshqaruvi, yuqori chastotali uzatish liniyalari va mikroto‘lqinli mikrosxemalarda turli funksiyalarni bajarish uchun Fotonikadan foydalanish kiradi. Kompyuter fotonikasi zamonaviy fizik va kvant optikasi, matematika va kompyuter texnologiyalarini birlashtiradi va yangi g‘oyalar, usullar va texnologiyalarni amalga oshirish imkoni paydo bo‘lganda faol rivojlanish bosqichida bo‘ladi[9]. 104 Optoinformatika-optik texnologiyalar asosida axborotni uzatish, qabul qilish, qayta ishlash, saqlash va aks yettirish uchun yangi materiallar, texnologiyalar va qurilmalarni tadqiq yetish, yaratish va ishlatish bilan bog‘liq fan-texnika sohasi. Fotonika fanining boshqa sohalarga aloqasi Klassik optika Fotonika optika bilan chambarchas bog‘liq. Biroq optika yorug‘lik kvantlanishini kashf yetishni oldindan aytib bergan (fotoelektrik yeffekt 1905yilda Albert Enshteyn tomonidan tushuntirilganda). Optik asboblar-sinuvchi linza, aks yettiruvchi ko‘zgu va 1900 dan ancha oldin ma’lum bo‘lgan turli optik komponentlar. Xuygens qoidasi, Maksvell tenglamalari va yorug‘lik to‘lqinlarining mos kelishi kabi klassik optikaning asosiy prinsiplari yorug‘likning kvant xossalariga bog‘liq yemas va optikada ham, Fotonikada ham qo‘llaniladi. Zamonaviy optika Bu sohadagi "fotonika" atamasi taxminan" kvant optikasi"," kvant yelektronikasi"," elektro-Optika "va" optoelektronika" atamalari bilan ma’nodoshdir. Biroq, har bir atama turli qo‘shimcha ma’nolarga yega bo‘lgan turli ilmiy jamiyatlar tomonidan qo‘llaniladi: masalan, "kvant optikasi "atamasi ko‘pincha asosiy tadqiqotlarni," fotonika " atamasi yesa ko‘pincha amaliy tadqiqotlarni nazarda tutadi. 4.3.Optoelektronikaning rivojlanish bosqichlari. Optoelektron asboblarni yaratish texnologiyalari Optoelektronikada fan va texnikaning ko‘pgina sohalarida erishilgan muvaffaqiyatlar sintezlashgan, ularning ichidan birinchi navbatda kvant elektronikasi, yarim o‘tkazgichlar texnikasi, optikalar yangi yo‘nalishning fundamentini tashkil qiladi. Bundan tashqari fotoelektronika, elektrooptika, svetotexnika, nochiziqli optika, golografiya, tolali optika, IQ-texnikalarni sanab o‘tish lozim. Optoelektronika – elektronikaning bir sohasi bo‘lib, u asosan optik sohadagi elektromagnit to‘lqinlari bilan moddaning elektronlari (asosan qattiq jismlar) orasidagi o`zaro ta’sirlashuv hodisasini o‘rganadi, Uning zimmasiga optoelektron asboblarni (mikroelektronika texnologiyasi usuliga asoslangan) yaratish muammosi yuklangan bo‘lib unda axborotlarni hosil qilish, uzatish, qayta ishlash va aks ettirish hodisalaridan foydalanadi. Optoelektronikaning fizik asoslari. Ko‘pgina hollarda optoelektron qurilmalar (shakli bilan) amalda optik qurilma hisoblanadi, elektronika esa zaruriy, ammo yordamchi, xizmat qiluvchi vazifani bajaradi. Boshqacha aytganda mazkur hollarda optoelektronika – elektronik bilan boshqariladigan optika hisoblanadi. Qayd qilish lozim optik sistemalarga o‘tish (elektronikani chetroqa surib qo‘ygan holda) maksimal effektlarga olib keladi. 105 Optik nurlarni axborotni kayta ishlash va uzatish uchun foydalanish g‘oyasi o‘tgan asrning 50-yillarda yuzaga keldi. Ammo shu davrdagi elektr va optik signallarni o‘zaro bir-biriga aylantirish vositalari va optik signalni amalda foydalanish va uning tezligi bilan bog‘liq vositalarni ixcham qilib yaratish imkoni bo‘lmagan. Bu imkoniyat 60-yillarda lazer nuri va Yorug‘lik diodlari yaratilgandan keyin yuzaga keldi. 1966-68 yillarda yarim o`tkazgichli va suyuq kristalli indikatorlar, 1969 yili ko‘p elementli foto qabul qilgichning asosiy tipizaryadli bog‘lanishga asoslangan kremniyli ekranli asboblar, 1966-67 yillarda optik eslab qoluvchi qurilmalar yaratildi. Tolali optika tarmog‘i yaratish g‘oyasi 1966 yili paydo bo‘lgan bo‘lsa, u 1970 yilda amalga oshirildi. 1970 yilda integral optika yaratilgandan keyin optik elementlar va qurilmalarni o`ta ixchamlashtirish boshlandi. 1984 yildan sanoat miqyosida diskret optik saqlagichlar ishlab chiqarila boshlandi. Shunga binoan optoelektronika ilmiytexnik yo‘nalish sifatida uchta farq qiluvchi belgilarga ega. 1. Optoelektronikaning fizik asoslari optik va elektron jarayonlarning o`zaro muvofiqlik va bog‘liqlik prinsiplariga tegishli hodisalar, usullar va vositalargalarga tayanadi. Keng manoda optoelektron qurilmalar ko‘zga ko‘rinuvchi, infraqizil yoki ultrabinafsha sohasidagi elektromagnit nurlanishiga sezgir bo‘lgan asbob yoki spektrning shu sohalarida nurlantiruvchi va kogerent va nokgerent nurlanishlarni qayta ishlov beruvchi asbob hisoblanadi. Optoelektron jarayonlarning matematik modelida F( L,E) funksiyasidan foydalaniladi, bu yerda L va E – optik va elektr g‘alayonlanishlar. Eng xususiy va xarakterli qayta almashtirishlar (nurlatigichlarda) E →L bo‘lsa, foto qabulqilgichlarda L→E ko‘rinishida, nurlanish tarqalishida L→L’ bo‘ladi. 2. Optoelektronikaning texnik asoslari zamonaviy mikroelektronikaning konstruktiv-texnologik konsepsiyasini belgilaydi, elementlarinig miniatyurligi, qattiq jismli tekis yuzali konstruksiyalarni rivojlantirish, elementlarni va funksiyalarni integratsiya qilish, maxsus o`ta toza materiallarni qo`llashga yo‘nalganlik, mahsulotlarni guruhiy ishlov berishni qullash, masalan epitaksiya, fotolitografiya, yupqa plyonkalarni hosil qilish, diffo‘ziya, ionli implantatsiya, plazmoximiya va h.k. 3. Optoelektronikaning funksional maqsadi informatika masalalarini yechishdan iborat bo‘lib unda axborotni har xil tashqi ta’sirlarni tegishli elektr va optik signallarga aylantirib axborotni generatsiya (Shakllantirish), axborotni siljitish, berilgan algoritmga binoan axborotni qayta izlash(qayta o‘zgartirish), axborotni saqlash va Shuning ichidagi jarayonlar yozib olish, saqlash buzmasdan o‘qish, axborotni akslantirish, yoki informatsion sistemadan chiqayotgan signallarni qayta o‘zgartirib odam ko‘radigan ko‘rinishga keltirish va h.k. Konkret optoelektron asboblarda sanab utilgan farq qiluvchi belgilari ozmi yoki ko‘proq darajada mujassamlangan bo‘lishi mumkin, ammo uchchala tashkil qiluvchining bo‘lishi albatta shart. 106 Yorug‘lik to‘lqinlarining katta chastotaga ega bo‘lishi optik aloqa kanallarining juda katta axborot sig‘imiga ega bo‘lishini taminlaydi. Optik nurlanishning juda kichik to‘lqin uzunligiga ega bo‘lishi axborotni juda katta optik zichligida yozishga olib keladi. Yorug‘lik nurlarning juda kichik sochilishi va uni fokuslash optik energiyasini fazoning kerakli. sohasiga juda kichik yo‘qotish bilan yetkazib berish imkonini beradi. Shu sababli optoelektronikada kogerent nurlanishlardan foydalanish ko‘pgina xollarda bu asboblar va qurilmalarning funksional imkoniyatlarini oshiradi. Optoelektron asboblar va qurilmalarni yasash uchun bu effektlardan foydalanib axborotni generatsiya qilish, uzatish, qayta ishlash va aks ettirishga asoslangan. Optoelektronikani shartli ravishda uchga bo‘lish mumkin: fotonika, radiooptika va optronika. -Fotonika-faqat optik signal shaklidagi axborotlarni saqlash, uzatish, qayta ishlash va aks qildirishga muljallangan qurilmalarni yasash usullarini o‘rganish. -Radiooptika -Optronika - ichki optik bog‘lanishlarga asoslangan elektron qurilmalarni yasash usullarini o‘rganish. Vakuum yoki yarim o`tkazgichli elektronikadan optoelektronikaning ustunligi shundan iboratki, bu asbob va qurilmalar axborotni uzatish, saqlash, qayta ishlash va aks ettirishda optik iurlanishlardan foydalaniladi. Optik nurlanish kvantlari, fotonlar elektr jihatdan neytral bo‘lib yuqori chastotadagi Yorug‘lik tebranishlaridan iborat -1015 gersgacha. Optik nurlanish to‘lqiniga asosan 1 mm gacha, va yorug’lik nurlari kichik sochilishga (~I’) ega va uni yuqori darajada fokuslash mumkin. Fotonlarning elektrik neytral bo‘lishi optik elektr tarmoqlarini elektr maydon tasiriga berilmasligi (shovqinlardan himoya qilinganlik, o‘zaro kesishgan to‘siqlarni va h. k.) ichki optik aloqali optik elektron qurilmalarda to‘liq galvanik bo‘shash va ochilish, optik nurlanish oqimini ikkilangan modulyasiyasi (fazo va vaqt bo‘yicha) bir vaqtning o‘zida juda katta axborot ko‘lamini qayta ishlashga imkon beradi. Yorug‘lik to‘lqinlarining katta chastotaga ega bo‘lishi optik aloqa kanallarining juda katta axborot sig‘imiga ega bo‘lishini taminlaydi. Optik nurlanishning juda kichik to‘lqin uzunligiga ega bo‘lishi axborotni juda katta optik zichligida yozishga olib keladi. Yorug‘lik nurlarning juda kichik sochilishi va uni fokuslash optik energiyasini fazoning kerakli sohasiga juda kichik yuqotish bilan yetkazib berish imkonini beradi. Shu sababli optoelektronikada kogerent nurlanishlardan foydalanish ko‘pgina hollarda bu asboblar va qurilmalarning funksional imkoniyatlarini oshiradi. Optoelektronikadagi asboblarni va qurilmalarni yaratishda foydalanadigan asosiy materiallar yarim o‘tkazgichlardir. Ular: 1. AIIIBV va AIIB1V tipidagi va ularning effektiv lyuminissensiya beruvchi 107 kirishmalari hisoblanadi. Masalan: GeAs, InGa, AsP, GaP, GaAlAs, GaAsP, ZnS va fotosezgir birikmalar (AIIIBIV, AIIIBV va AIVBVI) masalan: CdS, CdSc, InAs, PbS, PbSnTe, CdHgTe. 2.Elektrooptik materiallar, masalan: LTaO3, LiNbO3 3. Akustik materiallar masalan: TeO2, SiO2, Ge. 4. Magnito optik materiallar, masalan: EuO, MnBi,TmFeO3 5. Optik materiallar optik sohaning har xil sohalarida shaffof bo‘lgan, yuqori darajadagi bir jinsli va aniq optik xususiyatlarga ega bo‘lgan optik materiallar (kvars, ayrim polimerlar, ko‘p tarkibli shishalar). Yuqoridagilarga asoslanib optoelektronikanig uchta farq qiluvchi belgilarini qayd qilish mumkin: 1. Optoelektronikaning fizik asoslaridagi hodisalar, usullar va vositalarda optik va elektron jarayonlarning muvofiklashishi va ajralmasligi turadi. Optoelektron asboblarni optik sohada ishlaydigan asboblar deyish mumkin. Matematik modeldagi optoelektron jarayonlarda F(L,E) funksiya ishlatiladi, bu yerda L va E o‘ygotishlar, qayta almashtirish EL (nurlatgichda), LE (fotoqabulqilgichda), LL (nurlanish tarqalishida). 2. Optolektronikaning texnik asoslari-elementlarni yuqori darajada ixchamlatirish: a) tekislikdagi qattiq jismli konstruksiyalar, b) elementlarni va funksiyalarni integratsiyalash, v) eng toza maxsus materiallardan foydalanish, g) tegishli detallarga guruhiy ishlov berishni yo‘lga qo‘yish, epitaksiya, fotolitografiya, yupqa plyonkada yasash, diffo‘ziya, ionli implantatsiya, plazmoximiya. 3. Optoelektronikaning funksional vazifalari axborot masalalarini yechishdan iborat. Optoelektronikani elektronika boshqarayotgan optika deb aytish mumkin va bu jarayonlar axborotni generatsiya qilshp, axborotni qayta ishlash, saqlash, o‘qish, uchirish, aks ettirishdir. Optoelektronikaning ustunliklari. 1. Yuqori chastotalilik. 2. Aniq fokuslash 109-1010 bit/cm2. Z.Yunaltirilganlik. 4. Optik aloqalarining kontaktsizligi. 5. Ko‘rish sohasiga aylantirish, aks ettirish. b. Fotosezgirlik. 7.Fazoviy modullashtirish. 8. Qoniqarsiz energetika-20%, optoelektronikada 100% gacha. 9. Gibridlilik. 9. Degradatatsiya hodisasi ta’sirini kamaytirish. Optoelektronika asboblari. 1.Indikatorlar. 2.Tasvirni Shakllantirish signallari. 3.Tolali optik aloqa tarmoqlar. 4.Optojuftlar. 5.Yorug’‘likni qayta aylantirib beruvchilar. 6.Optik xotira. 7.Optik hisoblash texnikasi. 8.Optoelektron datchiklar. Bu vazifalarni bajarish uchun optoelektron qurilmalarda optik va elektr Shaklidagi axborot signallaridan foydalaniladi, ammo optik signallar hal qiluvchi hisoblaadi, chunki shu tufayli optoelektronikani farq qildiruvchi yangi sifatga erishiladi. Optoelektronikaning prinsipial afzalligi optik sohadagi elektromagnit to‘lqinlarining spetsifik xususiyatlari bilan bog‘liq bo‘lib, ularda axborot 108 tashuvchi sifatida fotonning xususiyati bilan bog‘liq bo‘lib qo‘yidagi holatlard namoyon bo‘ladi. 1. Yuqori chastotalik 2. O‘tkir fokuslanganlik 3. Yo‘nalganlik 4. Razvyazka 5. Ko‘rinuvchanlikka aylantirish, 6. Fotosezgirlik, 7. Fazoviy modulyasiya, Kamchiligi – Qoniqarsiz energetikasi Optoelektronika asosan kvant elektronikasi, yarim o‘tkazgichlar elektronikasi, qattiq jism fizikasi va optikadagi fundamental muvaffakiyatlar tufayli yuzaga keldi. Optik nurlanish kvantlari, fotonlar elektr jixatdan neytral bo‘lib yukori chastotadagi yorug’lik tebranishlaridan iborat -1015 gersgacha. Optik nurlanish to‘lqiniga asosan 1 mm gacha, va yorug’lik nurlari kichik sochilishga (~1) ega va uni yukori darajada fokuslash mumkin. Fotonlarning elektrik neytral bo‘lishi optik elektr tarmoqlarini elektr maydon ta’siriga berilmasligi (shovqinlardan himoya qilinganlik, o`zaro kesishgan tushiklarni va x. k.) ichki optik aloqali optik elektron qurilmalarda to‘liq, galvanik bushash va ochilish, optik nurlanish oqimini ikkilangan modulyasiyasi (fazo va vakt buyicha) bir vaktning o‘zida juda katta axborot ko‘lamini kayta ishlashga imkon beradi. 4.4 Molekular elektronikaning mohiyati va fizik jihatlari. Molekulyar elektronika - yangi elementlar bazasi - molekulyar elektron qurilmalarni yaratish uchun yagona molekulalar va ularning ansambllarini elektronikaning funktsional elementlari sifatida harakat qilish, sintez qilish va qo‘llash printsiplarini o‘rganadigan elektronika sohasi. 2-qavatda shakllangan. 20-asr mikroelektronika, molekulyar fizika, kvant va strukturaviy kimyo birlashmasida. Molekulyar elektronika u ikkita alohida, ammo o‘zaro bog‘liq bo‘lgan sohalarga bo‘lingan: Nanolekulyar elektron , maqsadi - yagona molekulalar va makromolekulyar elektronlarning o‘lchamlari bilan taqqoslanadigan elektron qurilmalar (tranzistorlar, xotira elementlari va boshqalar) ning minimal ruxsat etilgan hajmiga erishish.y, elektron kontaktlarning zanglashiga olib borishga, quyosh batareyalari, fotosuratlarga sezgirligi. elementlar, kimyoviy. molekulyar tuzilmalarga asoslangan sensorlar va boshqalar. Mikroelektronikaning faol elementlari sifatida molekulyar tuzilmalardan foydalanish g‘oyasi birinchi marta R.Feynman tomonidan ilgari 109 surilgan. Mikroelektronikaning tashkil topishi 1974 yilda, A. Aviram va M. Ratnerning "Molekulyar rektifikator" asari nashr etilganida, u erda ikkita elektrod o‘rtasida joylashtirilgan metilen ko‘prigi bilan bog‘langan donor va akseptor qismlaridan iborat molekulyar tizimdan foydalanish taklif qilingan. Mikroelektronikaningning rivojlanishida katta rol. molekulyar "soliton kalitlari" yaratish g‘oyasini ilgari surgan va xalqaro tashkilotchi bo‘lgan FL Karter tomonidan ijro etilgan. elektronika rivojlanishining istiqbollariga, kvant hodisalarini ishlatadigan elektron qurilmalarni yaratishga va shu munosabat bilan yangi (molekulyar) texnologiyaga o‘tishga bag‘ishlangan magnit elektronikaga bag‘ishlangan konferentsiyalar. M. e. Rivojlanish istiqbollari. "ideal kvant tuzilishi" bo‘lgan molekulaning strukturaviy xususiyatlari va molekulyar tuzilmalarning xilma-xilligi va ularning modifikatsiyasining soddaligi tufayli, bu o‘z navbatida fizikaviy xilma-xillikni beradi. bunday tizimlarda atom (va molekulyar) darajasida amalga oshiriladigan ta'sirlar. Texnologiya xususiyatlari Molekulyar elektronika texnologiyasining muhim xususiyati. - muayyan sharoitlarda atomlar va molekulalarning o‘z-o‘zidan berilgan molekulyar birikmalarga (o‘z-o‘zini montaj qilish deb ataladigan printsipi) san'atni tashkil qilish vositasi bo‘lgan qobiliyati.kvant tuzilmalari. Bu o‘z-o‘zini montaj qilish jarayonida molekulyar tizimning sintezidir, bu yig‘ilgan ansambllarning o‘ziga xosligini (va shunga mos ravishda elementlarning o‘lchamlarini), kvant jarayonlarining ishonchliligi va samaradorligini va elektron qurilmalarning ishlashini ta'minlaydi. Ushbu omillar Ch ni aniqlaydi. molekulyar texnologiya va yarimo‘tkazgich texnologiyasi o‘rtasidagi farq elektron qurilmalarni qurishda molekulyar yondashuvning afzalliklari va istiqbollarini aniqlaydi . Mikroelektronikada molekulyar yondashuvning rivojlanishi bir qator muammolarni uchta usulda hal qilishni talab qiladi.yo‘nalishlar: ma'lumotlarni saqlash, uzatish yoki o‘zgartirishga qodir yangi molekulalar sintezi; molekulalarni supramolekulyar birikmalar va molekulyar elektron qurilmalarda tashkil etish usullarini ishlab chiqish; jismoniy rivojlanish. mos keladigan qurilmalarning ishlash printsiplari. Hozirgi vaqtda, yaqin kelajakda bo‘lgani kabi, bitta molekulalarning ishlashi asosida ishlaydigan molekulyar elektron qurilmalarni yaratish haqida gapirishga hali erta, ammo molekulyar tizimlardan foydalanish to‘g‘risida gapirish haqiqatdir, unda intramolekulyar ta'sir makroskopikdir. namoyishi (deb nomlangan). intellektual materiallar). Aqlli materiallarning (makromolekulyar elektronika) yaratilishi yarimo‘tkazgich texnologiyasidan molekulyar texnologiyaga o‘tishning ma'lum bir bosqichi bo‘lgan elektronikaning rivojlanishidagi tabiiy va zaruriy davrdir. Rivojlanish istiqbollari va qo‘llanilishi Mikroelektronikaning rivojlanishidagi birinchi va muhim qadamlardan biri. bo‘limni ulashga imkon beradigan molekulyar simlarni yaratish. molekulalar o‘zaro va elektron qurilmalarning tashqi elektrodlari bilan. Ma'lumki, deyarli 110 barcha molekulyar birikmalar dielektrikdir. Biroq, boshida. 1970 yillar Organik deb ham ataladigan Supero‘tkazuvchilar polimerlar topildi. metallar. Keyingi tadqiqotlar shuni ko‘rsatdiki, ma'lum o‘lchamdagi metall o‘tkazuvchanlikka yaqin o‘tkazuvchanlikka ega bo‘lgan bir o‘lchovli molekulyar tuzilishga ega bo‘lgan katta konjugatsiyalangan polimerlar va ular bilan bog‘liq bo‘lgan birikmalar mavjud (X. Shirakava , A. Heeger va A). McDiarmid; Nobel pr., 2000). Aytmoqchimanki, molekulyar simlar sifatida ishlatilishi mumkin bo‘lgan konjugatsiyalangan polimerlar va tegishli materiallar. kamida jismoniy tufayli. bir o‘lchovli tizimlarning xususiyatlari va elektron tarkibiy beqarorlik (Peierls beqarorligi) ta'siri bilan bog‘liq. Bir o‘lchovli tizimlarning o‘tkazuvchanligi polimerni tashkil etadigan molekulyar bloklarning tuzilishi va zaryad holatiga juda sezgir. Masalan, kontsentratsiyalangan polimerni 0,1% konsentratsiyali ionlar bilan doping qilish kifoya, uning o‘tkazuvchanligini 10 va undan ortiq kattalikdagi buyurtmalarga o‘zgartirish. Bu polimer o‘tkazuvchanligini boshqarishning yagona usulidan uzoqdir. Bir o‘lchovli tizimlarning tarkibiy beqarorligidan jismoniy asos sifatida foydalanish. qurilmalar ishlash printsipi M. e. makromolekulyar elektronika uchun g‘ayrioddiy xususiyatlarga ega yangi aqlli materiallarni yaratishni loyihalashtirishga imkon beradi. Yuqori sezgirlik makroskopik Birlashtirilgan polimerlarning zaryad holatiga va alohida molekulyar guruhlarning tarkibiy xususiyatlariga o‘tkazuvchanligi nanomolekulyar elektronika uchun elektron moslamalarni yaratish uchun ishlatilishi mumkin - bu mikroskopik o‘qish usullaridan biri sifatida. xususiyatlari va dep holati. molekulalar yoki molekulyar shakllanishlar. Birlashtirilgan polimerlar va tegishli materiallarning noyob xususiyatlari mikroskopiklar orasidagi bog‘lovchi ko‘prikka o‘xshaydi. molekulalarning individual xususiyatlari dunyosi va haqiqiy o‘lchangan fizikaning makrokosmikasi. miqdorlar. Bu ilgari ishlab chiqilgan deyarli barcha fizikalardan foydalanishga imkon beradi. elektron molekulyar asboblarning modellari, Mikroelektronikaning rivojlantirish uchun katta kuch sarflanganiga qaramay nanometr oralig‘i, amaliy natijalar amalga oshishi mumkin emas. Tijoratda yanada muvaffaqiyatli Makromolekulyar elektronikaning rivojlanishi bilan bog‘liq. Bunga misol qilib samaradorlik 20% dan yuqori bo‘lgan molekulyar yorug‘lik chiqaradigan diodlar kiradi, ular uyali telefonlarda, raqamli kameralarda keng qo‘llaniladi; displeylar va televizorlar ishlab chiqarish tayyorlanmoqda. Samaradorlik 3% dan yuqori bo‘lgan polimerli quyosh batareyalarini ishlab chiqarish boshlandi, bu xomashyo va ishlab chiqarishning arzon narxini hisobga olgan holda, uni juda daromadli qiladi. Molekulyar texnologiyalar kimyoviy moddalarni yaratishda ham keng qo‘llaniladi. datchiklar. Polimer materiallari asosida elektron mikrosxemalarni ishlab chiqarish muvaffaqiyatli rivojlanmoqda; bunday davralarning ishlash chastotasi 10 MGts 111 dan oshadi. Ular maxsus narsalar yordamida amalga oshiriladi. Murakkab sifatida siyoh sifatida ishlatiladigan echimlar parchalanadigan inkjet printerlar. dielektrik yoki yarimo‘tkazgich yoki o‘tkazgich sifatida ishlaydigan polimerlar. Polimer elektron aylanishlar, masalan, radio chastotani aniqlash ishlab chiqarishda qo‘llaniladi. ob'ektlar haqidagi ma'lumotni masofadan turib o‘qish imkoniyatini beradigan qurilmalar. Bunday qurilmalar tovarlardagi radiochastotali shtrixkodlarni tayyorlashda, banknotalarni, aviatsiyani chop etishda qo‘llaniladi. va temir yo‘l chiptalar va boshqalar. San'atning prototipi - molekulyar rezistiv xotira ishlab chiqarishni rivojlantirish va tayyorlash ishlari olib borilmoqda. sinaps va neyron. Molekulyar elektronika yordamida yaratish. san'at. neyronlar, parchalanish. bitta tarmoqqa kiritilgan datchiklar turini hisobga olsak, bu neyrokompyuter mafkurasiga xos bo‘lgan potentsial imkoniyatlarni ro‘yobga chiqarish, mutlaqo yangi axborot-hisoblash turini olish imkonini beradi tizimlari va san'at muammolarini hal qilish uchun yaqinligi aniqlangan. Masalalar: Masalalar yechilishi namunalari 4.1.- Masala. Yarimo‘tkazgichda harorat pasayishi bilan xususiy; fotoo‘tkazuvchanlikka mos keluvchi yorug‘lik to‘lqin uzunligi qaysi tomonga siljiydi. Kremniy materialida T=0 K, 100 K va 400 K teng bo‘lgan holatlar uchun hisoblang va tushuntirib bering. Masalaning yechilishi: Tushayotgan yorug‘likning to‘lqin uzunligi va shu yorug‘lik fotooenergiyasi orasidagi bog‘lanish hv=E= ifodasidan yorug‘likning to‘lqin uzunliklarini qiymatlari topib olinadi: T1 = 0K T2 = 100K Т3 = 400К haroratlar uchun λ1, λ2, λ3-? λ1 = ; λ2 = ; λ3 = 112 Javob: Si da harorat oshsa, xususiy fo‘loo‘tkazuvchanlikka mos keluvchi yorug‘lik to‘lqin uzunligi ham oshib boradi. Sinov savollari: 1. Fotoo 'tkazuvchanlik nima va u nimalarga bog‘liq? 2. Fotogeneratsiya nima? 3. Yorug‘likning qattiq jismlarda yutilish koeffsiyentining miqdori nima bilan aniqlanadi? 4. Xususiy o‘tkazuvchanlik va kirishma atomlari orqali o ‘tkazuvchanligini aytib bering? 5. Zaryad tashuvchilarning yashash vaqti nima va u nimalarga hog‘liq? 6. Fotosezgirlik nima? 7. Fotosezgirlikni oshiruvchi markazlar haqida ma 'lumot bering? 8. Buger qonunini aytib bering 9. Rekombinatsiya nima va uning turlari? 10.Yutish yuzalari haqida ma 'lumot bering 113 V-BOB. KOMPENSATSIYALANGAN KRIMNIY VA ULAR ASOSIDAGI DATCHIKLAR. 5.1. Kremniyda chuqur energetik satih xosil qiluvchi kirishmalar asosida kuzatiladigan fizik xodisalar Odatdagi kirishma atomlaridan farqli, yarimo‘tkazgich materiallarida chuqur energetik satih xosil qiluvchi kirishma atomlar, nafaqat ionizatsiyalanishi energiyasining qiymatini kattaligi bilan (E=0,l÷0,6 e/v) balki, energetik satihlarini soni va kirishma atomlami kristall panjarada joylashishi, zaryadlanish darajasiga hamda kristall panjaradagi boshqa atomlar bilan murakkab komplekslar xosil boMish va ularni, yarimo‘tkazgich materiallining elektrofizik, optik, fotoelektrik xossalariga ta’sir qilishi natijasida, ba’zi yangi fizik xodisalar kuzatildi. Shu sababli yarimo‘tkazgich materiallarning funksional imkoniyatlari yanada kengayadi va ular asosida tubdan yangi asboblar va qurilmalami yaratish mumkin boMdi. Bu bobda, chuqur energetik satih xosil qiluvchi kirishma atomlari bilan kompensatsiyalangan kremniyda kuzatilgan va nazariy tasdiqlangan ba’zi bir fizik xodisalarga oid ma’lumotlar keltirildi. Kompensatsiyalangan kremniyda fotoo‘tkazuvchanlikni infraqizil nur ta’sirida so‘nishi Yarim o‘tkazgich materiallarda kuzatilgan fotoelektrik xodisalar ichida materialni qo‘shimcha infiraqizil (IQ) nurlar bilan yoritilgan ya’ni fon yorug‘lik mavjud bo‘ganda fototokning so‘nish effekti ko‘plab olim va mutaxassislami qiziqtirib kelmoqda. Bu effektni o‘rganish birinchidan yarimo‘tkazgich materiallaridagi kirishma atomlarining fundamental parametri xisoblangan kirishma atomlarini energetik sathlarning qiymatini, tok tashuvchilami shu energerik sathda yutilish yuzasi xaqidagi ma’lumotlami bilish bilan birga, fon yorug‘lik mavjudligida ishlay oladigan imkonyatlarini ochib beradi. 114 IQ fotopremniklami yaratish Fotoo‘tkazuvchanlikni IQ nurlar ta’sirida so‘nishi, so‘nish darajasi qiymati K= bilan ifodalanadi. Bunda, f - (doimiy fon (hν>Eg) mavjud bo‘lgandagi fotoo‘tkazuvchanlik, f+ fotoo‘tkazuvchanlikga qo‘shimcha IQ etgandagi yorug‘ligi nur ta’sir hν fotoo‘tkazuvchanlikni qiymati. 10.1 rasmda marganets kirishma atomlari bilan kompensatsiyalangan p-tur kremniy materialida kuzatilgan IQ nur ta’sirida fototokning so‘nishi ko‘rsatilgan. Kompensatsiyalangan kremniyda fotoo4kuzuvchanlikni IQ nur ta’sirida so4nishini o‘rganish natijalarini taxlili asosida quyidagilar aniqlandi: 1. Fotoo‘tkazuvchanlikni IQ nur ta’siridagi so‘nish darajasini qiymati K=102÷106gacha bo‘lishi. 2. Materialni solishtirma qarshiligi o‘zgarishi bilan IQ nur ta’sirida so‘nishning kuzatilish chegarasini siljishi. 3. Materialni solishtirma qarshiligi kamayishi bilan IQ nur ta’sirida so‘nishning kuzatilish spektr oralig‘ini kengayishi. Kirishma atomlari bilan kompensatsiyalangan kremniyda fotoo‘tkazuvchanlikni IQ nur ta’sirida so‘nishi boshlangich materialdagi kirishma bor atomlarining konsentratsiyasiga bogliqligini o‘rganish maqsadidi boshlang‘ich kirishma bor atomlarini konsentratsiyasi Nv==2·1014÷2·1016sm3 oralig ‘ida o‘zgartirib olindi. Rasm 5.1 Boshlang‘ich kremniy materialidagi kirishma bor atomlarining konsentratsiyasiga bog‘liq xolda fotoo‘tkazuvchanlikni IQ nur ta’sirida so‘nishi 115 ρ-Si<B, Mn> T=80 K, E = 20 V/sm: 1 - ρ «105 Om·sm (KDB-1); 2 – ρ-105 Om·sm (KDB-10); 3 - ρ≈l05 Om·sm (KDB-100). Tajriba natijalarini taxlili shuni ko‘rsatdiki, kompensatsiyalangan kremniydagi fotoo‘kazuvchanlikni IQ nur ta’sirida so‘nishining boshlanish chegarasini qiymati, so‘nish darajasi, fotonlar energiyasi bo‘yicha so‘nish oralig‘i materialning solishtirma qarshiligiga, o‘tkazuvchanlik turiga, kirishma atomlarning elektrfoal konsentratsiyasiga, fon yoritilganlik qiymatiga hamda so‘ndírishga sabab bo‘lgan IQ nurning energiyasi va quvvatiga bog‘liq ekan (10.1 va 10.2 rasm). Bu natijalarni ilmiy asoslashda, ya’ni kompensatsiyalanga kremniyda kuzatilgan fotoo‘tkazuvchanlik xodisasining mexanizmini tushuntirishda Rouz tomonidan yaratilgan, taqiqlangan soha kengiigida ikkita chuqur energetik satx boigan klassik model asosida amalga oshirib bo‘lmaydi. Bunga quyidagi tajriba natijaiarini misol qilish mumkin. Rasm 5.2. Kompensatsiyalangan kremniyda turli fon yorug‘ligidagi fotoo‘tkazuvchanlikning so‘nishini spektral bog‘lanishi. ρ =105 Om·sm, E=20 V/sm, T =80 K. I4>I3>12>I1 I1=10-3lk. 14=0,5 Ik. Kompensatsiyalangan kremniydagi fotoo‘tkazuvchanlikni IQ nur ta’sirida so‘nishi hv=0,47-K),48eV oralig‘ida bo‘lib, yarimo‘tkazgich materialida kuzatilganda ikkilangan optik o‘tish xodisasiga mos tushmaydi. 116 1. Fotoo‘tkazuvchanlikni IQ nur ta‘sirida so‘nishi kremniy materialining solishtirma qarshiligi va kirishma atomlaming elektrfaol konsentratsiyasiga bog‘liq bo‘lishi. 2. Fotoo‘tkazuvchanlikni IQ nur ta’sirida so‘nishining darajasi K=105÷106 bo‘lib, mavjud model orqali xisoblanganda so‘nishga sabab bo‘lgan energetik sathning tok tashuvchi kovaklarni yutish yuzasi, rekombinatsion markazda kovaklarni yutish yuzasida 1012 darajasida katta bo‘lib, nazariy xisoblar natijasida mos ravishda SRMn~10'26sm'3 va SRR~1014sm'3 tashkil etdi. Odatda tok tashuvchilami bunday yutish yuzasiga ega bo‘lgan energetik sathlar yarimo‘tkazgich materiallarda uchramaydi. 5.2. Kompensatsiyalangan kremniyda fotoo‘tkazuvchanlikni harorat ta’sirida so‘nishi Kirishma atomlari bilan kompensatsiyalangan kremniyda kuzatilgan fotoo‘tkazuvchanlikni tashqi muxit haroratiga bog‘liqligini o‘rganishlar shuni ko‘rsatdiki, fotoo‘tkazuvchanlik materialni solishtirma qarshiligi va o‘tkuzuvchanlik turiga qarab T=77K÷350K harorati oraligida kuzatilar ekan. Integral yorug4likning fotoo‘tkazuvchanliknin turli qiymatlarida haroratga bog‘liqligi yoritilganda xosil T=77K÷200K bo‘lgan oralig‘ida o‘rganilganda, T=140K dan boshlab fototokni harorat ta’sirida so‘nishi kuzatildi (10.3. rasm). Integral yorug‘likning intensivligini ortishi bilan fototokni harorat ta’sirida so‘nishi yuqori harorat tomonga siljib bordi. fotoo‘tkazuvchanlikni so‘nish darajasini qiymati K= Harorat ta’sirida 106÷107ga teng bo‘lib, fotokni IQ nur ta’sirida so‘nishiga qaraganda ham ko‘proq bo‘ldi. 117 Rasm 5.3. Kompensatsiyalangan kremniyda turli fon yorug‘likni turli qiymatlarda fotoo‘tkazuvchanlikni harorat ta’sirida so‘nishi Si<B,Mn> ρ≈105 Om·sm, E=40 V/sm: 1- 25 Ik, 2-10 lk, 3- 5 Ik, 4- 1 lk, 5-0,5 lk, 6-0,1 lk. Kompensatsiyalangan kremniyda fototokni harorat ta’sir ida so‘nish effekti boshqa fotoo‘tkazuvchanlikni yarimo‘tkazgich harorat ta’sirida materiallarda so‘nish kuzatilgan xodisasidan quyidagilar bilan farqlandi. Rasm 5.4. Kompensatsiyalangan kremniyda integral yorug‘likning turli fotoo4kazuvchanlikning qiymatlarida uzoq muddatli relaksatsiyasi ρ-Si<B,Mn>v. 1. Fototokning fon yorug‘likdagi qiymatidan qattiy nazar fotoo‘tkazuvchanlikni so‘nish darajasi K=105-407 ni tashkil etdi. 2. Fotoo‘tkazuvchanlik ni so‘nishi haroratning kichik oralig‘ida kuzatilib, AT= 25+30 grad ga teng bo‘ldi. Kompensatsiyalangan kremniyda fotoo‘tkazuvchanlikni uzoq muddatli relaksatsiyasi va qoldiq o‘tkazuvchanlik Kompensatsiyalangan kremniyda kuzatilgan g‘ayri oddiy fotoo‘tkazuvchanlik xodisalardan yana bin, fotoo‘tkazuvchanlik xosil 118 qilganidan so‘ng yorug‘lik manbasi o‘chirilsa, qorong‘u xolatda fotoo‘tkazuvchanlikni qiymati o‘zini boshlang‘ich xolatiga qaytmasdan ma'lum bir qoldiq o‘tkazuvchanlikga ega bo‘lar ekan. Fototokning qiymati qoldiq o‘tkazuvchanlik qiymatiga birdan tushmasdan malum bir vaqt oralig‘ida kamayib borishi kuzatildi. Bu fizik xodisa yarimo‘tkazgich material laridagi fotoo‘tkazuvchanlikni qoldiq o‘tkazuvehanligi deb nomlanadi. 10.4 rasmda kompensatsiyalangan kremniy materialida harorat T=77K bo‘lganida hamda yorug‘lik quvvatini turli qiymatlarida yoritib yorugiik manbasi o‘chirilganda kuzatilgan uzoq muddatli relaksatsiya va qoldiq o‘tkazuvchanlikning qiymatini vaqtga bog‘liq o‘zgarishi ko‘rsatilgan. Kompensatsiyalangan kremniyda kuzatilgan qoldiq o‘tkazuvchanlikga IQ nur va haroratni ta'siri o‘rgan Uganda, qoldiq o‘tkazuvchanlikni IQ nur va harorat ta'sirida so‘nish xodisasi kuzatildi. 5.5 rasmda qoldiq o‘tkazuvchanlikga IQ nur ta'sirida so‘nishi ko‘rsatilgan. Rasm. 5.5. Kompensatsiyalangan kremniydagi qoldiq o‘tkazuvchanlikni IQ nur ta’sirida so4nishi a) 1 - hv=0,42 eV, 2- hv=0,45 eV, 3 - hv=0,5 eV, 4 - hv=0,6 eV; b) hv=0,62 eV. 119 Rasm. 5.6. a) kompensatsiyalangan kremniydagi qoldiq o‘tkazuvchanlikni harorat ta;sirida so‘nishi ta’sirini so‘nishi Kompensatsiyalangan kremniyda manfiy magnit qarshilik Marganets kirishma atomlari bilan kompensatsiyalangan p-turdagi kremniy materialiga magnit maydon kuchlanganligining ta’sirini o‘rganishda boshlangrich kremniy materiaiidagi bor atomlarini konsentratsiyasini turli qiymatlarida, ya’ni Nv=2-10l4-2·106sm-3 oraligrida tanlab olindi. Past haroratli diffuzion usul yordamida kompensatsiyalangan kremniy marganets materiali kirishma olinganidan atomlari so 4ng, bilan solishtirma qarshiligi p-6-103 Om·sm, boshlangrich bor atomlarining konsentratsiyasi Nv=2*1014 21015, 21016sm-3 qiymatlarda bo‘lgan na’munalarda tajribalar o‘tkazildi (11.7 rasm). 120 5.7 rasm. Marganets kirishma atomlarining elektrofaol konsentratsiyasini miqdoriga nisbatan solishtirma qarshilikni magnit maydon kuchlanganligini qiymatiga bog‘liqligi. Si<B,Mn>l=150 ik, E=100 V/cm, T=300 K, l-p=6,3'103Onvcm (KDB-1), 2-p=6,3 • 103 Orn-crn (KDB -10), 3-p=6,5*103 Onvcm (KDB-100). Rasmdan ko‘rinadiki marganets atomlari bilan kompensatsiyalangan pturdagi kremniy materialida manfîy magnit qarshîlik kuzatildi. Magnit maydon kuchlanganligini qiymati oshib borishi bilan manfîy magnit qarshilikni qiymati ham oshib bordi. Boshlangkich kremniy materialida bor atomlarining konsentratsiya miqdori ko‘p bo‘lganida manfîy magnit qarshilikni qiymati ham katta bo‘lish kuzatiladi. Manfîy magnit qarshilikni qiymati nafaqat boshlang4ich kremniy materialidagi bor atomlarining konsentratsiyasini qiymatiga, balki tashqi ta’sirlarga, ya’ni haroratga, yoritilganlik va elektr maydon kuchlanganligining qiymatiga, tushayotgan monoxramatik numing to‘lqin uzunligiga bogMiq ekan. Yuqorida sanab o4tilgan tashqi ta’sirlami boshqarib manfîy magnit qarshilikni vujudga keltirish va turg4un kuzatiîish mumkinligi aniqlandi. 4.3. Kirishma atomlari bilan kompensatsiyalangan kremniyni tenzo xususiyatlari Mikroelektronikani zamonaviy rivojlanishida, kompyuterlarni texnikani yaratishda, avtomatlashtirishda, texnologik jarayonlarni takomillashtirishda yangi, elektrfîzik parametrlari tashqi ta’sirlarga o‘tasezgir 121 bo‘lgan yarimo‘tkazgich materiallar asosidagi datchiklami yaratishni talab etmoqda. Kompensatsiyalan- gan kremniy materialining elektrfîzik parametrlari mexanik ta’sirlarga (bir o‘qli yoki har tomonlama bosim) oUasezgirligi tajribalardan aniqlandi. Kompensatsiyalangan kremniyning elektrofizik parametrlariga bir o‘qli va har tomonlama bosimning ta’sirini o4rganish natijalari asosida kirishma atomlami kremniy kristall panjarasida joylashishi, materialning taqiqlangan sohasining energetik qiymatini o‘zgarishi, xosil bo‘ladigan klasterlarda atomlami soni vazaryadi haqida ma’lumotlarni berishi bilan birga, bu materiallar asosida tashqi bosimni o‘Ichovchi va nazorat qiluvchi tenzodatchiklar hamda qurilmalarni yaratish imkonini beradi. Kompensatsiyalangan kremniyning tenzoxususiyatlarini o‘rganishdagi tajriba qurihnalari bir o‘qli bosim xosil qilish qurilmasi Bir o‘qli bosim xosil qilish qurilmasini tuzilishi 5.8 rasmda ko‘rsatildi.' Bu qurilma haroratni T=10(H400K oralig‘ida turg‘un ushlay oladigan hamda tajriba o‘tkazilayotgan yarimo‘tkazgich materialini integral ya monoxramatik nurlar bilan yorish, magnit maydon kuchlanganligini ta’sir ettirish imkoniyatlari mavjud etib yaratilindi. Qurilmani ko‘rinishi 5.9 rasmda berildi. Yarimo‘tkazgich materiallar va sturukturalarning bir o‘qli bosim ta’sirida tenzo xususiyatini o‘rganuvchi qurilma. Har tomonlama Kompensatsiyalangan gidrostatik bosim kremniydagi xosil kirishma qilish atomlarining qurilmasi holatini hamda materialning elektrfizik parametrlariga gidrostatik har tomonlama bosim ta’sirni o‘rganishda R=109 122 Pa gacha yuqori bosimni olish imkonini beradigan bronza kameradan foydalanildi. Kameraning ichiga har tomonlama tekis ta’sir etuvchi bosimni xosil qilish uchun PES-5 markali texnik yog‘i quyildi. Bu turdagi yog‘ keng harorat oralig‘ida har tomonlama bosimni R=l,6109 Pa gacha olish imkonini beradi (11.10 rasm). 5.10-rasm.Xar tomonlama yuqori bosim xosil qilish kamerasi.Kirishma atomlar bilan kompensatsiyalangan kremniyning tenzo xususiyatlari Bir o‘qli bosim ta’sirida yarimo‘tkazgich materiallarida kuzatilgan deformatsion effektlarning fizik mexanizmi, kirishma atomlarining chuqur energetik sathlarini siljishi natijasida tok tashuvchi elektron yoki kovaklaming konsentratsiyasini tushuntirilgan. Shu elektrovtkazuvchanligi va sababli, va Xoll o‘zgarishi xarakatlanganligini kompensatsiyalangan doimiysini bir o4qli bilan kremniyning bosim ta’sirida o‘rganish, kremniyda chuqur energetik sath xosil qiladigan kirishma atomlaming xolati va ulaming ionlashish energiyasini qiymati haqida ko‘plàb ma’lumotlami olish imkonini beradi. Rasm 5.11 Kompensatsiyalangan kremniyda bir o‘qli bosim ta’sirida kovaklaming xarakatlanganligini o‘zgarishi Yuqoridagi materialining rasmdan solishtirma ko‘rinadiki, qarshiligini kompensatsiyalangan qiymati ortib borgan kremniy sari tok tashuvchi kovaklami xarakatianligining qiymatini kamayib borar ekan. Xarakatianligning qiymatini o‘zgarishi 123 <111> kristall o‘qi asosida o‘stirilgan kremniy o‘qlarida na’munalarida o‘stirilganlariga boshqa qaraganda <110> katta va <100> bo‘lishi kristall kazatildi. Materialning solishtimia qarshiligi va Xoll doyimiysining qiymatlarini bir o‘qli bosim ta’sirida o‘zgarishdagi natijalami inobatga olib amaiga oshirilgan nazariy xisoblar yordamida tok tashuvchi elektron laming konsentratsiyasi va xarakatianligini qiymati xisoblandi. Hisoblash natijasida aniqlangan kattaliklar 5.12 rasmda berildi. Olingan natijalar asosida kompensatsiyalangan n-turdagi kremniyda kuzatilgan tenzoqarshilik elektronlaming effekti xarakatchanligini bir o‘qli bosim o‘zgarishigacha ta’sirida bog‘liq faqat bo‘lmay, ulami konsentratsiyasiga ham bog‘liq ekan. Bir o‘qli bosim ta’sirida <100>, <110> va <111> kristall o‘qlar o‘stirilgan asosida materiallarda kamayishini, kremniyning sohalarning minimumlarini elektronlar o‘tkazuvchanlik materialni sohasidagi kristallografik xarakatchanlikning 6 o‘q ta energetik yo‘nalishiga bog‘liq xolda o‘zgarishi bilan tushuntirish mumkin. Rasm. 5.12 boshlang‘ich KEF-80 va kompetsiyalangan kremniydagi elektronlar harakatlanganligi va konsentratsiyasini bir o‘qli bosim ta’sirida o‘zgarishi n-Si<B, Mn> {J <100>} i T=300K. KEF-80 OM·SM; n-Si<B,Mn>: 2- p=40 OM·CM; 3- ρ= 5·103 OM·CM; 124 4-ρ=1,3·105 OM·CM. Kompensatsiyalangan bir o‘qli bosimning kremniydagi ta’sirini (BO‘B) fotoo‘tkazuvchanlik o‘rganish xodisasiga kremniyda chuqur energetik sath xosil qiluvchi va fotoo‘tkazuvchanlik xodisasiga asosiy sababchi bo‘lgan kirishma atomlarni energetik sathlari haqida qimmatli ma’lumotlami kuzatilgan beradi. foto Shu sababli, o‘tkazuvchanlik, kompensatsiyalangan fotoo‘tkazuvchanlikni kremniyda IQ nurlar ta’sirida so‘nishi, qoldiq fotoo‘tkazuvchanlik kabi xodisa va effektlarga bir o‘qli bosimning ta'siri o‘rganildi. 5.4. Bir o‘qli bosimni kompensatsiyalangan kremniydagi fotoo‘tkazuvchanlik xodisasiga ta'siri Kompensatsiyalangan kremniydagi fotoo‘tkazuvchanlik xodisasiga bir o‘qli bosim ta’sir etgandägi tajriba natijalari 5.13 rasmda berildi. Rasm. 5.13. kompetsiyalangan kremniydagi foto o‘tkazuvchanlikni spectral bog‘anishiga bir o‘qli bosimni ta’siri Si<B,Mn> T=80K. {J//X//<100>}: 1X=105 Pa, 2-X=2-108 Pa, 3X=4 • 108 Pa, 4-X=6 • 108 Pa, 5X=8·108 125 Kompensatsiyalangan o‘tkazuvchanlikni kremniyda so‘nish kuzatilgan xodisasiga BO‘B IQ ning nur ta’sirida ta’sirini foto o‘rganish natijalari 5.13 va 5.14 rasmlarda berildi. 5.14-rasm. nur ta'siridagi FP Si<B.Mn> kompetsiyalangan so‘nishini pri T=77 bir K. kremniydagi o‘qli bosim (,I//X//<!00>): Pa; 4- X=8108 Pa. 126 fotoo‘tkazuvchanlikni qiymatiga I- X=2-10* IQ bog‘liqigi lN/ln=f(x) Pa; X=4-10· 2- 127 Tajriba natijalaridan ko‘rinadiki, fotoo‘tkazuvchanlikni IQ nur ta’sirida so‘nish chegarasi B0‘B ta’sirining qiymati oshgan sari fotonlarni kichik energiya qiymati tomon siljir ekan. 5.4. Har tomonlama gidrostatik bosimni kompensatsiyalangan kremniydagi kirishma atomlarining xolatiga ta’siri Kirishma atomlari bilan kompensatsiyalangan har qanday yarimo‘tkazgich materiallarda kirishma atomlar xajm bo‘yicha teng taqsimlanmaydi. Natijada, yarimo‘tkazgichning kristall panjarasida kirishma atomlami to‘planishlari, turli kompleks va klasterlari xosil bo‘lishi kuzatiladi. Bu o‘z navbatida yarimo‘tkazgich materialining xajmida kuchli ichki elektrostatik maydonlar va mexanik kuchlanishlarni vujudga kelishiga hamda kristall panjara simmetriyasining buzilishiga olib keladi. Bunday yarimo4tkazgich materiallarga har tomonlama gidrostatik bosim berilib va nisbatan past haroratlärda qizdirilsa kristall panjara simmetriyasi tiklanib,kirishma atomlar va nuqsonlar xosil qilgan xajmiy ichki elektrostatik maydon va mexan i k kuch lan ish larni ta’siri yo‘qolar ekan. Rasm 5.16. kompetsiyalangan kremniyda Mn kirishma atomlarining klasterlari kinetikasi Si-Mn T=423 K: 1- X = 105 Pa, 2- X=3 • 108 Pa, 3- X=6-108 Pa, 4- X=9-108 Pa. T = 438K: 5- X=6-108 Pa. T=473K: 6-X=105Pa, 7- X=6-108 Pa. T=448 K: 8- X=6-108 Pa. Tajriba natijalari asosida, haroratli ishlov berishda harorat va vaqtni boshqarib mumkinligi kirishma atomlarining ko‘rsatib berildi elektrofaol (5.16 rasm). o‘zgartirish konsentrsiyasini Harorat T=175°C da, har tomonlama bosim qiymati R=6108 Pa va haroratli ishlov berish vaqti t=25-^30 elektrfizik minut bo‘lganda parametrlari kampensatsiyalangan yarimo‘tkazgich kremniyni kremniy materialining boshlang‘ich xoldagi qiymatlariga qaytib keldi. Bu tajribalar, har tomonlama bosim ta’sirida 128 kompensatsiyalangan kremniyda kirishma atomlar xosil qilgan turli klaster và birikmalami parchalanishi hamda zaryad qiymatini o‘zgarish tezligi boshqa turdagi tashqi ta’sirlaming natijalaridan ko‘ra tezroq sodir bo‘lar ekan. Bu ilmiy xulosaga kelish uchun o‘tkazilgan tajribalarda kirishma atomlari bilan kompensatsiyalangan kremniy materiali bir xil geometrik shakilda (tayyorlab olindi va ularni solishtimia qarshiligi xam bir xil qiymatlarda olindi. Kirishma atomlari bo‘lgan kremniydagi avtotebranish xodisalar XX-asming doimiy tokning vujudga kelishi 60-yillarida ayrim avtotebranishi aniqlandi ma’lum hamda o‘rganila boshlandi. Xozirgi elementar (kremniy, germaniy) yarimo‘tkazgich turli materiallarda mexanizimlarga o‘rganildi va ular temiodinamik olim va va bogMiq (A11 epitaksial bo‘lgan yaratilgan shart-sharoitida tomonidan mutaxassislar birikmali yupqa materiallarda mutaxassislar davrgacha va asosida yarimo‘tkazgichli Vvl; A1" qatlamlarda tokning qattiq tomonidan Vv) tabiati avtotebranishlari jismli generatorlardan texnikada foydalanishda ko‘plab ixtirolar taklif etildi. Yuqorida aytganimizdek, yarimo‘tkazgich materiallar pavdo sharti, bo‘lish termodinamik tokni va strukturalarda tebranish kuzatilgan chastotasi shart-sharoitlarining aviotebranishlami avtotebranishi xususiyatlariga va tabiati qarab quyidagi ko‘plab bo‘lib, ulami vujudga kelishidagi turlicha bo‘lib, turlarga bo‘lish mumkin. 1. Yarimo‘tkazgich materiallaridagi tok tashuvchi zarrachalaming rekobinatsiya vaqtini haroratga nochiziq bog‘liqligi. Tajriba natijalari asosida, haroratli ishlov berishda harorat va vaqtni boshqarib mumkinligi kirishma ko‘rsatib atomlarining berildi elektrofaol (5.16 rasm). konsentrsiyasini Harorat T=175°C o‘zgartirish da, har tomonlama bosim qiymati R=6108 Pa va haroratli ishlov berish vaqti 129 t=25-^30 minut elektrfizik bo‘lganda parametrlari kampensatsiyalangan yarimo‘tkazgich kremniyni kremniy materialining boshlang‘ich xoldagi qiymatlariga qaytib keldi. Bu tajribalar, har tomonlama bosim ta’sirida kompensatsiyalangan kremniyda kirishma atomlar xosil qilgan turli klaster và birikmalami parchalanishi hamda zaryad o‘zgarish qiymatini tezligi boshqa turdagi tashqi ta’sirlaming natijalaridan ko‘ra tezroq sodir bo‘lar ekan. Bu ilmiy xulosaga kelish uchun o‘tkazilgan tajribalarda kirishma atomlari bilan kompensatsiyalangan kremniy materiali bir xil geometrik shakilda (tayyorlab olindi va ularni solishtimia qarshiligi xam bir xil qiymatlarda olindi. 5.5. Kompensatsiyalangan kreniniydagi past chastotali avtotebranishlar Oldingi bo‘lgan bobda effektlar hayon etilgan, yarimo‘tkazgichlar kirishma atomlar bilan materialida kuzatildi. fizikasida kompensatsiyalangan yangi kremniy Xuddi shu materiallarda, ma’lum bir termodinamik shart sharoitlarda tabiati turli xil bo‘lgan avtotebranishlarni vujudga kelishi aniqlandi hamda o‘rganildi. Marganets, rux kompensatsiyalangan (VAT) manfiy termodinamik yoki oltingugurt kremniy differensial namunalarining oHkazuvchanlik shart-sharoitlarda kirishma tokni past atomlari bilan tavsifîni volt-amper kuzatilgan qismida ma’lum chastotali (f=l(T3 +10Gs) avtotebranishlari kuzatildi. Rasm-5.17. Kompensatsiyalangan kremniydagi past chastotali avtotebranishlar shakli Bunday tebranishlar sinusoïdal, cho‘qqisimon, qo‘shimcha garmonikali hamda stoxastik ko‘rinishlarda namoyon bo‘ladi (11.17 rasm). Tashqi ta’sirlami (harorat, yoritilganlik, elektr va magnit maydon kuchlanganliklari, bir 130 o‘qli bosim) boshqarib sanab o‘tilgan avtotebranish shakillarini turg‘un xolatda vujudga keltirish va avtotebranish parametrlarini (Eb, IJ) oson boshqarish mumkinligi ko‘rsatib berildi. Kuzatilgan past chastotali avtotebranishlarning ahamiyati shundaki, tebranish amplitudasini qiymati g‘ayrioddiy katta bo‘lib, modulyasiya koeffitsenti ~ 100%ni tashkil etdi. Kremniyga kiritilgah kirishma atomlarini kristall panjaradagi xolatiga va xosil qilingan klasterlarining zaryad qiymatiga qarab avtotebranishni kuzatilishi mumkin bo‘lgan chegaraviy qiymatlaii aniqlandi (5.18 rasm). 10-2 10-6 10-6 TyBr/sm2c Rasm. 5.18 Marganets atomlari bilan kompensatsiyalangan kremniydagi past chastotali avtotebranish amplitudasini monoxramatik yorug‘lik quvvatiga bog‘liqligi. 0-NMn=2• 1016sm-3, -NM„=2·10l5sm-3. -NMn=2·1014sm-3, T=80 K, E=400 V/sm, hv=l,12 eV. Past chastotali atomlarining turiga avtotebranishning bog‘iqligi harorati hamda kiritilgan kremniyda, rux o‘rganilganda, ta’sirida yorug‘lik parametrlarini va parametrlarini kuzatilishi oltingugurt kirishma qiymati marganets atomlari kiritilgan va atomlari kremniy na’munalariga nisbatan keng sohada kuzatildi. Kompensatsialangan kremniydagi avtotebranishlarni dinamik xaos va gisterezis xolati Xozirgi kunda yarimo‘tkazgich materiallardagi avtotebranishlarda xosil boiadigan dinamik xaos va gisterezisni o‘rganishga qizijqish kun sayin oshib tebranishlar bormoqda. fan va Chunki, texnikaning nochiziq ko‘plab 131 xisoblangan sohalarida dinamik kuzatilgan xaos bo‘lib, amaiiyotda keng radiotexnika. reaksiyalami qoMlab kvant taxlili, kelinmoqda. Bu radiofizikasi, biologik sohalarga plazma jarayonlar, gidrodinamika, fizikasi, tibbiyot va kimyoviy boshqalami misol avtotebranishlar ham qilib ko‘rsatish mumkin. Kompensatsiyalangan materialning chiqarganda kremniyda elektrofizik kuzatilgan avtotebranishlar kemniydagi kuzatilgan parametrlarini ma’lum bo‘lib, dinamik xaos termodinamik xolatiga avtotebranishlarda nomuvozanat xosil o4di. xolatdan shart-sharoitlarda Kompensatsiyalangan boiadigan dinamik xaosni o‘rganish chuqur energetik sath xosil qiladigan kirishma atomlar haqida ma’lumotlami qo‘shimcha fundamental amliyotda avtotebranishlardan imkoniyatlami ochib berishi bilan foydalanishda beradi. Bundan bir yangi tashqari, qatorda, funksional kompensatsiyalangan kremniy materialini yangi material sifatida o‘rganish xozirda noma’lum boigan fizik xodisalar va effektlarni ochilishiga ham sabab boiishi mumkin. Kompensatsiyalangan vujudga kelgan qo‘yilgan amalga ravishda maydon (11.19 kuzatilayotgan kuchlanishini keskin avtotebranishîarni elektr oshirildi rasm). asta dinamik sekinlik xaosga qiymatini Kompensatsiyalangan avtotebranishni yubordi, oraligida ya’ni nur ta’sirida oiishi materialga monoxramatik kuchlanganligini AE=85V/sm 0‘zgartirib avtotebranish kremniyda ta’minlab o4zgarishi, oddiy bilan kvazi murakkab o‘zgartirish kremniyda turgan maydon avtotebranish shaktini sinusoidal koiinishidagi koiinishidagi Rasm. 11.19. Kompensatsiyalangan kremniydagi davriy va stoxostik avtotebranishlar: X=1,48 mkm; E, V/sm: a-540, b-545.4, 132 davriy elektr tebranishga o‘tdi (11.19 rasm). v-555y g-565, d=575, e-600, j-610, z-625. bilan staxostik Rasmdan ko‘rinadiki, garmonikali davriy buferkatsiyalarga avtotebranishlar o‘tib (rasmda ikki b, va undan socngra j), ko‘p dinamxaos ko‘rinishidagi tebranish larga octishi kuzatilar ekan (rasmda u). Dinamik xaos ko‘rinishdagi bo‘yicha taxlil avtotebranishlaming qilinganda, shaklini katta o‘rtasida tebranishlami vaqt oralig‘i qandaydir davriy takrorlanib turadigan avtotebranish shaklini uchratish mumkin bo‘ldi. Davriy avtotebranishlami boshlanish yoki so‘nish dinamik chegarasi xaos oidida ko‘rinishdagi avtotebranishlar kuzatildi. Avtotebranishlami xuddi shunday holati tashqi harorat va yoritilganlikning quvvatini o‘zgartirganda ham kuzatildi. Kompensatsiyalangan avtotebranishga so‘nishi, kremniyda qo‘shimcha yorugiik o‘chirilganda yorug‘lik ta’sirida yorug‘lik esa ta’sir etilganda avtotebranishni kuzatilgan avtotebranishni qayta tiklanishi ya’ni gisterezis xolati ham o‘rganildi (11.20 rasm). Rasm 5.20. Kompensatsiyalangan kremniyda yoruglik ta'sirida kuzatilgan avtotebranishga qolshmcha yorug‘lik ta’sir etilganda avtotebranishni so‘nishi, yorug‘lik o‘chirilganda esa avtotebranishni qayta tiklanish gisterezis xolati. Olingan natijalarning avtoteranishlardan asosiy sabab natijasida yoki dinamik tok xaos tashuvchilarning o‘zgarishi shaklini ilmiy boshqa ekan. taxlili ko‘rinishidagi generatsiya Haqiqatdan ko‘rinishga shuni ham oktishi 133 ko‘rsatdiki, tebranishlarga jarayonini davriy olishiga tashqi ta'sir avtotebranishlami so‘nishi kompensatsiyalangan kremniy namunalarida tokni ortishi xisobiga Joul effektini vujudga kelishi va natijada haroratni ortishi sababli sodir bo‘ladi. Kompensatsiyalangan kremniydagi avtotebranishlami tabiati va o‘zaro bog‘liqligi Kirishma atomlari (marganets, rux, oltingugurt) bilan kompensatsiyalangan kremniyda vujudga keladigan tokni avtotebranishlarini har tomonlama va tizimli o‘rganishlar natijasi shuni koMsatdiki, avtotebranishlaming termodinamik sharoitlarini boshqarib (elektr maydon kuchlanganligi, yoritilganlik, harorat va boshqalar), bitta namunada mexanizmi turli bo‘lgan avtotebranishlami vujudga keltirish mumkin bo‘lar ekan. Ilmiy adabiyotlami taxlili asosida aytish mumkinki, shu davrgacha birorta materialda tabiati turli xil bo‘lgan hamda mexanizmlari, parametrlari va vujudga kelish shartlari ham bir-biridan keskin farq qiladigan avtotebranishlar bir materialda kuzatilmagan. Shu sababli, kompensatsiyalangan kremniydagi turli xil avtotebranishlami biridan biriga o‘tish jarayoniari va har bir turdagi avtotebranishlaming kuzatilishini chegaraviy qiymatlarini aniqlash fundamental va amaliy jixatdan katta qiziqish uyg‘otadi. Nazariy jixatdan avtotebranish jarayonlarining mexanizmini tushuntirish yarimoo‘tkazgichlar fizikasida katta ahamiyatga ega bo‘lsa, amaliy tarafdan kremniydagi avtotebranishlar asosida xozirda tubdan yangi bo‘lgan qattiq jismli generatorlami hamda amplituda-chastotali chiqish signaliga ega boigan tashqi ta’simi sezuvchi ko‘p funksiyalik datchiktami yaratish imkonini beradi. Kompensatsiyalangan kremniy materialidagi avtotebranishlar keng harorat oralig‘da kuzatilinib, termodinamik shart-sharoitlami o‘zgarishi bilan bir turdan ikkinchi turdagi avtotebranishga o‘ta olar ekan. Ba’zi bir holatlarda bu uch turdagi avtotebranishlar harorat, tashqi elektr maydon kuchlanganligi, materialini solishtirma qarshiligini qiymatlari bo‘yicha kuzatilishi mutnkin bolgan chegaralari bir-birini qoplab ketar ekan. 5.2 jadvalda marganets, rux va oltingugurt atomlari bilan kompensatsiyalangan 134 kreirmiydagi avtotebranishlami kuzatilishi mumkin bo‘lgan tashqi ta’sir kattaliklarini chegaraviy qiymatlari keltirildi. Jadvaldan ko‘rinadiki, marganets kirishma atomlari bilan kompensatsiyalangan kremniyni elektrfïzik parametrlari bir xil bo‘lgan materialida uch turdagi avtotebranishlar kuzitilar ekan. Bu tajriba natijalari kompensatsiyalangan kremniy materiali asosida avtotebranish muxitini yaratish hamda avtotebranish parametrlari va shaklini keng spektr oraligTda boshqarish imkoniyatini ochib berdi (5.21 rasm). Rasm. 5.21. kompensatsiyalangan kremniyda kuzatilgan uch turdagi tebranishlaming amplyutudasini maksimal va minimal qiymatini harorat oraligMda o‘zgarishi:p=5*104om sm. 1 - XET; 2 -RT; 3 - 1T. Marganets, rux yoki oltingugurt atomlari bilan kompensatsialangan kremniydagi strukturalarda avtotebranishlar kuzatilgan boshqa avtotebran o‘tkazgich yarim ish larga material nisbatan lar va monoxramatik yoritilganlikni quwati va to‘lqin uzunliklarining qiymatini keng oraliglda kuzatildi Rasm. 5.22. Marganets, rux va oltingugurt atom lari bilan kompensatsiyalangan kremniydagi past chastotali avtotebran ish amplitudasini monoxramatik yorug‘likning to‘lqin uzunligi va quvvatiga bog‘liqligi. T=300K, p=5-!04 Om·sm, p-Si<B,Mn>; n- Si<P,Zn>; p-Si<B,S>. 5.22 rasmda kremniydagi past chastotali avtotebranishlarni amplitudasining qiymatini yoritilgan monoxramatik nurning to‘lqin uzunligi va quvvatiga bogMiqligini o‘rganish natijalari berildi. Olingan natijalardan oltingugurt atomlari bilan kompensatsiyalangan kremniydagi avtotebranishlaming amplitudasini qiymati eng katta bo‘lishi, marganets atomlari bilan kompensatsiyalangan kremnidagi past chastotali avtotebranishlar monoxramatik yorug‘likning to‘lqin uzunligi va quvvatini keng qiymatlari oralig‘ida kuzatilishi aniqlandi. Bu natijalar kremniyda kuzatilgan past chastotali avtotebranishlar tushayotgan fotonlar energiyasini qiymati hv>Egbo‘lganidagina emas, balki, fotonlar energiyasining qiymati kremniyni taqiqlangan sohasining energiya qiymatidan kichik boigan 135 xolda ham kuzatilishi mumkinligini ko4rsatdi. Rasm 5.23. Rekombinatsion to‘lqinlar turidagi avtotebranishlami kirishma atomlarining turi va materialning solishtirma qarshiligiga bogMiq xolda harorat oralig‘ida kuzatilish chegarasi. Kompensatsialangan kremniyda kuzatilgan uch turdagi avtotebranishlar ichida rekombinatsion tolqinlar xona harorati oraligMda, elektr maydon kuchlanganligini kichik qiymatlarida kuzatilishi hamda qo4shimcha injeksion kontaktlami xosil qilish zarurati bo‘lmagani uchun amaliyotga tadbiq etishda ustunlika ega ekan. Shu sababli, kompensatsiyalangan kremniyda kuzatilingan avtotebranishlardan rekombinatsion to‘Iqinlar materialning solishtirma qarshiligi va o‘tkazuvchanlik turiga bog‘liq kuzatilishining harorat oralig‘i alohida o‘rganildi (5.23 rasm). Kompensatsialangan kremniydagi rekombinatsion toMqinlami kuzatili shining harorat oralig‘ida o‘rganish natijalari kirishma atomlarni kristall panjarada joylashgan tabiati, materialni solishtirma qarshiligi va o‘tkazuvchanlik turiga bog‘liqligi haqida fundamental ma’lumotlami berdi. 4.6. Kompensatsiyalangan kremniy asosida fizik kattaliklarni o‘lchovchi datchiklar 136 Fan va texnikani texnologiyalami rivojlanishi, yaratish, yangi texnologik zamonaviy ishlab chiqarish tizimlarni avtomatlashtirish, kompyuterlaming yangi avlodini yaratish hamda ekologik muommolaming echimini ijobiy xal qilishda yarimo‘tkazgich materiallar asosida yaratilingan datchiklar va qurilmalaridan foydalanmasdan amalga oshirib bo‘lmaydi. Yarimo‘tkazgich materiallar asosidagi datchiklar yaratilish texnologiyasi, tezkorligi va sezgirligi bo‘yicha imkoniyatlarini kengaytirish chegaralari oxiriga etdi. Shu sababli, yangi yarimo6tkazgich materiallarini olish yoki mavjud materiallar asosida tezkorligi yuqori bo‘lgan ixcham datchiklar va qurilmalarni yaratish soha mutaxassislari va texnologlaridan yangi inavatsion echimlami hal qilishni talab qiladi. Yaratilingan, past haroratda kirishma atomlari bilan kompensatsiyalangan kremniy olish texnologiyasi hamda bu materiallarda kuzatilgan yangi fizik xodisa va effektlar kompensatsiyalangan kremniy asosida yaratilinadigan datchik va qurilmalarni elektronikada qoilash istiqbolli yo‘nalish ekanligini ko‘rsatadi. Chunki, bu turdagi datchik va qurilmalar olinish texnologiyasini kam energiya sarfi, material laming elektrfizik parametrlarini turg‘unligi va ular asosida yaratilingan fizik kattaliklarni o‘lchovchi datchiklami o‘ta sezgirligi hamda qurilmalarni ixchamligi va tan narxining arzonligi bilan ajralib turadi. Kompensatsiyalangan kremniyda kuzatilgan fizik xodisa va effektlar o‘zining g‘ayri oddiyligi hamda bu materiallarning elektrfizik parametrlari tashqi ta’sirlarga (harorat, integral va monoxramatik yorug‘lik, elektr va magnit maydon kuchlanganligi, bir o‘qli va har tomonlama bosim, tushayotgan fotonlaming energiyasi va quwati) o‘ta sezgirligi bilan mavjud yarimo‘tkazgich materiallaridan farqi qilishi kelajakda elektronika sanoati uchun ulami asosiy materiallardan biri bo‘lib qolishidan dalolat beradi. Yuqorida o4rganilgan fizik xodisa va effektlami ko‘pi bitta materialda kuzatilishi, kompensatsiyalangan kremniy asosida ko4p funksiyali datchiklaming yaratish imkonini beradi. Avtotebranishlar asosida yaratilinadigan datchiklar nafaqat sezgirligi balki, amplituda-chastotali chiqish signali bilan xozirda mavjudlaridan tubdan farq qiladi. 137 Infraqizil va oq nurlarni sezuvchi fotosezgichlar Zamonaviy elektronika va optoelektronikada kichik quvvatli IQ nurlami sezuvchi va qayd qiluvchi fotopremniklami yaratish muommosining echimini xal qilish dolzarb masalalardan xisoblanadi. Bunday fotopremniklardan texnikani turli sohalarida keng qollash imkoniyatlari mavjud. IQ nurlami sezuvchi yaratilinadigan fotopremniklardan masofadan boshqarish qurilmalarida, tibbiyotda haroratni o‘lchash va kasallikni aniqlovchi tamograflarda, tungi ko‘rish qurilmalarida, quyosh energiyasining tarkibini o‘rganish va nazorat qilishda, turli obektlami qo‘riqlashda hamda yong‘in xavfsizligini nazorat qilishda samarali foydalanish mumkin. Ko‘plab yarimo‘tkazgich materiallar asosida yaratilingan, fotoqarshilini o‘zgarishi xisobiga ishlydigan IQ nur fotopremniklami kichik quvvatdagi IQ nurlarni sezish imkonyatlari cheklanganligi tufayli ulardan turli sohalarda keng foydalanib bo‘lmaydi. Ayniqsa, integral yorug‘lik mavjudligida IQ nurlami seza olidigan fotopremniklar kam va ulami sezgirligi yaxshi emas. Kunduzi integral yorugMik mavjudligida qo4shimcha kichik quvvatli IQ nurlami seza oladigan fotopremniklami yaratishda kompensatsiyalangan kremniyda kuzatilgan fotoo‘tkazuvchanlikni IQ nur ta’sirida so‘nishi effektidan foydalanish mumkin. Tajriba natijasida aniqlangan hamda ilmiy xulosalar asosida, kompensatsiyalangan kremniy materialini nisbatan past haroratda (T=77+200K) integral nur bilan yoritib fotoo4tkazuvchanlikning ma’lum turg‘un qiymatiga olib kelib, so‘ngra qo4shimcha IQ nur ta’sir etilsa, tushayotgan fotonlar energiyasining hv=0,4-H),6eV oralig‘ida fotoo4tkazuvchanlikni so‘nishi kazatiladi. Fotonlar energiyasining ta’sirida fotoo‘tkazuvchanlikni so‘nishi =104÷106 ni tashkil etdi. Bunday sezgirlik xozirda mavjud bo‘lgan yarimo‘tkazgich materiallar asosida yaratilingan biron-bir foto-premnikda kuzatilinmagan. Taklif etilayotgan IQ nur fotopiyomnik T=77-K200K oralig‘ida, tashqi elektr maydon kuchlanganligini E=lCM-50V/sm qiymatigi ishlay oladi. Fotopremniklami fotonlar energiyasini sezishi hv=0,4-K),8eV oralig‘ida bo‘lib, nisbatan katta qiymatdan integral fon mavjudligida foton energiyasining quwatini kichik i=10" 9^138 10‘5Vt/sm2*s qiymatlari oralig‘ida IQ nurni seza oladi. IQ nur energiyasining bunday kichik quwatini seza oladigan o‘ta sezgir fotopremniklar xozirda mavjud emas. Kompensatsiyalangan kremniy materiali asosida taklif etilgan IQ nur fotopryomniklarini yaratiüsh texnologiyasining soddaligi, kam energiya talab qilishi, spektral sezgirligining kengligi va harorat qiymatini katta oralig4ida ishlay olishi tufayli hozirgi elektronika keng ishlab chiqarish mumkin. 4.7. Kompensatsiyalangan kremniy asosidagi magnit maydon kuchlanganligini sezuvchi datchiklar Magnit sezgir datchiklar galvanomagnit effekti asosida ishlab, ko‘plab mexanik qurilmalami avtomatlashtirishda, doimiy tokni o‘zgaruvchan tokga aylantirishda, magnit maydon induksiyasi va kuchlanishini o‘lchashda, tokning qiymatini kontaktsiz olchashda, mikrafonlarda, magnit ta’sirida axborotlami saqlash va yozishda keng qo‘llaniladi. Galvanomagnit qurilmalar va datchiklardan elektronikada keng foydalanishdagi asosiy ustunlikgaquyidagilami kiritish mumkin: 1. Galvanomagnit qurilmalaming kirish va chiqishi orasida o‘zaro elektr bog‘lanishni yo‘qligi. 2. Mexanik xarakatni elektr signalga aylantirish va uni turg‘un ushlab turuvshini osonligi. 3. Galvonomagnit qurilmalar va datchiklarni yaratishdagi elektr V sxemani soddaligi. 4. Kichik o‘lchamligi va kam quvvat talab etishi. 5. Ishlatishda ishonchligi va parametrlarini yuqori turg‘unligi. Xozirda mavjud bo‘lgan, magnit maydon kuchlanganligini o‘lchovchi datchik va qurilmalarning kamchiligi magnit maydon kuchlanganligining qiymatini sezgirligi hamda chiqish signalini kichikligidir. SHu sababli, bunday qurilma va datchiklar fan va texnikada keng qo‘llash imkoniyatlari cheklangan. Kampensatsiyalangan kremniyda kuzatilgan magnit qarshilik effektlar musbat va manfiy magnit qarshilik, magnit maydon kuchlanganligi qiymatlariga o‘ta sezgirligi va 139 chiqish signalini kattaiigi bilan ajralib turishi, uning asosida magnit maydon kuchlanganligini o‘lchovchi va nazorat qiluvchi galvanomagnit qurilmalar va datchiklami yaratish hamda turli sohalarda qoilashda katta imkoniyatlari mavjudligidan dalolat beradi. Bu qurilma va datchiklami chiqish signalining qiymatini katta boiishi qo‘shimcha signal kuchaytirish moslamalaridan voz kechish imkonini beradi. Bu o‘z navbatida uning tan narxini arzonlashishiga olib keladi. Solishtirma qarshiligi p^6* 103Onvsm bo‘lgan kompensatsiyalangan kremniy materiali magnit datchik yaratish uchun tanlab oiindi. Bunga sabab, tajriba natijalarida bu solishtirma qarshilikga ega bo‘lgan materiallarda magnit sezgirlik eng katta qiymatga erishishi kuzatilgan edi. Magnit datchikni ishlash asosi, magnit maydon ta’sirida materialning solishtirma qarshiligini oshishi yoki kamayishi natijasida elektr zanjirdan o‘tayotgan tok qiymatini oczgarishidir. Magnit datchik ko‘prik simón ulanish asosida tashqi elektr maydoniga ulanadi. Bu magnit datchikning sezgirligini yanada oshiradi. Magnit sezgir datchikning qarshiligini oczgarishi chiqish signalining yig‘indisini o‘zgartiradi: U = J (bunda J- zanjirdan o‘tayotgan tokni qiymati, AR magnit sezgir datchikni magnit maydon ta’sirida o‘zgargan qarshiligi), Ko‘priksimon sxemadagi o‘zgaruvchan qarshilik yordamida chiqishdagi kuchlanishlar farqi yo‘qotiladi, Bunda R<yz – qarshilikni o‘zgartirib zanjirdagi tokini qiymati o‘zgaradi. Kompensatsiyalangan kremniy asosida magnit maydon kuchlanganligini olchovchi datchiklar tashqi elektr kuchlanganligining qiymati standart 6V yoki 9V bo‘lganda, harorat T=-50°+70°S gacha oralig¿ida H=(H-15kEr magnit maydon kuchlanganligini a-9,1 rnV/Er sezgirlik darajasida o‘Ichay oladi. 5.8. Kompensatsiyalangan kremniy asosida foton xisblagich Xozirda, monokristall krmeniy va birikmali yarimoíkazgich materiallar (PbS, PbSe, ínSb va boshqa) asosida yaratilgan ko‘chki diodlar ko‘rinishidagi foton xisoblagichlar elektronikada keng foydalanib kelinmoqda. Bunday foton xisoblagichlami yaratishda murakkab texnologiyalardan foydalanib, faol element va kontakt sohani qatlama-qatlam qilib olish talab etiiadi. Boshqa turdagi foton 140 xisoblagichlar yanada murakkab elektrontizim asosida ishlaydi. Sezgir foton xisoblagichga tushgan fotón birlamchi signal amplitudasini xosil qiladi. Bu impuls qo‘shimcha elektr tizímida selíeksiyalanib va kuchaytirilib so‘ngra xisoblagích blokiga uzatiladi. Kompensatsiyalangan krmeniy asosida yaratilinadigan foton xisoblagich IQ numing toMqin uzunligini X=l,5+8mkrn qiymatlari oraligMda, harorat T=77+250K oralig‘ida o‘tasezgirlik bilan fotonlar oqimini aniqlay oladi. 5.24 Rasm. Kompensatsiyalangan kremniyda fotonlar energiyasiga bog4liq fototokning qiymatini vaqt oralig6ida o‘sish kinetikasi Tajriba asosida natijalari shuni yaratiladigan . ko‘rsatadiki, fotón kompensatsiyalangan xisoblagichga kremniy X=l,5^8mkm to‘lqin uzunlikdagi fotonlar kelib tushganda, fototokning qiymati o4smb borar ekan. Fototokning 5.24-rasmda krmeniy to‘lqin qiymatini berildi. asosidagi uzunligiga fotón qarab ma’lum vaqt oralig4ida Rasmdan ko‘rinadiki, xisoblagich yuzasiga fototokning o‘sish kinetikasi kompensatsiyalangan tushayotgan qiymati 2 fotonlaming marotabadan 50 marotabagacha ortib borar ekan. Foton xisoblagich yuzasi S=0,05 sm2 qalinligi d=0,l smda tayyorlab olindi. Uning ikki yoniga tok o‘tkazuvchi elektrod metall korpusga korpusning tashqi o‘tkazilib, simlar tepa elektr tashqi joylashtirildi. qismiga manbadan shaffof U=6V ta’sirlardan Materialga safir ulandi. ximoya fotonlar materiali Foton qilish maqsadida tushishi o‘rnatildi. xisoblagichga uchun Namunaga ketma-ket qilib mikroampermetr ulangan boMib, u boshlang‘ich (qorong‘u xolatdagi) va totoniar tusnganaagi xoiatiaraa tokning qiymatini o‘lchash imkoniyatini beradi. 141 Kompensatsiyalangan kremniy asosida yaratilishi taklif etilgan fotón xisoblagichning asosiy parametrlari quyidagilardan iborat.  spektrall sezgirügi X=l,5^-8mkm (hv= 0,2-HeV)  ishlash harorat oraligM T=77-K250K  tashqi elektr manba U=6V  o‘lchami 5×l×l,5mm3  sezgirlik chegarasi S=l0-9Vt/sm2·sek  o‘lchash uchun kerak b o‘lgan minimal vaqt z> 10"2sek Taklif etilgan fotón xisoblagich imkoniyatlari xozirda mavjudlari bilan solishtirilganda uning sezgirligi yuqori ekanligi va keng harorat oralig‘ida fotonlar oqimini o4ta aniqlik bilan xisoblay olishi mumkinligi ko‘rsatib berildi. Bunday fotón xisoblagichlar yaratilish texnologiyasini soddaligi, kam energiya talab qilishi bilan bir qatorda uzoq vaqt mobaynida amaliyotda foydalanish imkonini beradi. Kompensatsiyalangan kremniy asosidagi harorat o‘lchagich Yarim o‘tkazgich maieriallarining elektrofizik parametrlari tashqi ta’sirlar, ayniqsa harorat o‘zgarishi natijasida keskin o‘zgaradi. Yarim o‘tkazgich materiallarida kuzatilgan bu xususivat termoturg‘unlik tomonidan yaxshi xisoblanmasada, o‘zgarishi harorat asosida ta’sirida haroratni materialning sezuvchi, elektrofizik o‘lchovchi va parametrlarini nazorat qiladigan termodatchiklarni yaratish imkonini beradi. Kompensatsiyalangan kremniy asosida yaratilishi taklif etilgan termodatchik solishtirma qarshiügi katta bo‘lgan harorat sezuvchi -sohadan hamda uning ikki tomonida omik kontakt xosil qilingan solishtirma qarshiügi kichik bo4lgan metall qatlamdan iborat. Kompensatsiyalangan kremniy asosidagi bunday strukturaga tashqi elektr manbasi ulanganda undan mikroamper qiymatida tok o‘ta boshlaydi. Agarda struktura joylashgan muxitning harorati o‘zgarsa, uning bazasining qarshiügini qiymati ham o‘zgaradi, natijada strukturadan o‘tayotgan tokning ham qiymati o‘zgaradi. Tokning o4zgargan qiymatini mos ravishda haroratga o4tkazish orqali muxitning haroratini ±0,1°C aniqlikda o‘lchash mumkin bo4ladi. Harorat o‘lchagich T=250142 K350°C oraIig‘ida turg4un ishiab tekshirilayotgan muxitning harorati haqida aniq ma’lumot beradi, Kompensatsiyalangan krerrmiy asosida haroratni o‘lchashda fotoo‘tkazuvchanlikni harorat ta’sirida so‘nish effektidanham foydalanish mumkin. Ma’lumki, nisbatan past T=140-K200K haroratlarda fotoo‘tkazuvchanlikni harorat ta’sirida so4nish efFekti kuzatilgan edi. Bunda fototokning qiymati juda kichik harorat oralig‘ida 106-I07 darajada kamayib termosezgirlik koeffitsenti yoki α= 100% ni qiymati (35^-40) %/gradga teng boMdi (12.2-rasm). Bunda Vkoeffitsent materialning solishtirma qarshiligini haroratga bog‘liq o‘zgarishidan aniqlanadi. Rasm 5.25 Kompensatsiyalangan kremniyning qarshiligi haroratga bog‘liqligi V= lg R= (12.1) bunda; Tj va T2 mos ravishda haroratni boshlang‘ich va so‘ngi qiymatlari. Bu kattaliklami kompensatsiyalangan kremniy uchun xisoblanganda V=10 4-H,2 104; D=(35-40) %/grad qiymatlari aniqlandi. Haroratni o‘lchashda termodatchikning har bir nuqtani o‘lchash intervali T =30-35 sekni tashkil etdi. Natijalar shuni ko‘rsatdiki, kompensatsiyalangan kremniyda fotoo4kazuvchanlikni harorat ta’sirida so‘nish effekti asosida past haroratlami o‘lchashga moslashtirilgan termodatchikni yaratish mumkin ekan. Bunday termodatchiklar sezgirügi bo 4yicha, mavjud yarim octkazgich termodatchiklardan yuqori bo‘lib, yaratilish texnologiyasini soddaligi va arzoniigi bilan ajralib turadi. 5.9. Kompensatsiyalangan kremniy asosidagi tenzodatchiklar 143 Mexanik kattaliklami (bosim, siqlish, cho‘ziIish) elektr signaliga aylantirib beruvchi varimo‘txazgich datchiklami ishlashiga asos qilib tenzorezistorlar tanlab olingan. Bu yarimo‘tkazgich datchiklar metall materiallardan yasalgan tenzorezislardan sezgirligini kattaligi bilan ajralib turadi. Yarimo‘tkazgichli tenzorezistorlami turli shaklda va o`lchamda yaratish onsonligi bu materiallarni mexanik kattaliklami o‘lchashda keng foydalanish imkoniyatlari mavjudligini ko‘rsatadi. Adabiyotlardan ma’lumki, yarimo‘tkazgich materialini kirishma atomlar bilan legirlab taqiqlangan sohada chuqur energetik sath xosil qilinsa, bu material tashqi mexanik bosimga o‘tasezgir bo‘lib qoladi. Kirishma atomlari bilan kampensatsiyalangan kremniyning elektrofizik parometrlari (marganets, rux, oltingugurt, nikel, seien va boshqa) tashqi mexanik kuchlanishning o‘zgarishiga o4ta sezgir boigani uchun, ular asosida tenzoresiztor va tenzodatchiklarni yaratishda, mexanik kuchlanishlami olchashda va o‘rganishda juda katta imkoniyatlarga ega ekan. Mexanik kuchlanishni o4lchash uchun [100] kristallografik o‘q asosida o‘stirilgan kirishma atomi bilan kompensatsiyalangan kremniy tanlab olindi. Tenzodatchik uchun hona haroratida (T=300K) solishtirma qarshiligi p =103-H05 Om*sm bo‘lgan material olindi. Kompensatsiyalangan kremniy namunalari paralleopiped shakliga keltirilib, mexanik bosimni sezuvchi korpusga joylashtirildi. Bir o`qli bosim (BO‘B) qiymatini R=0^8‘108Pa oralig4ida o‘zgarganda materialning solishtirma qarshiligini 10 marotabagacha kamayishi kuzatildi (5.26rasm). Rasmdan ko‘rinadiki, tenzorezistiv effekt kompensatsiyalangan kremniy materialining solishtirma qarshiligi ortishi bilan ortib borar ekan. Bir o‘qli bosim qiymatini R=8108Pa gacha ortishida materialning solishtirma qarshiligi chiziqli kamayib bordi. Kompensatsiyalangan kremniydagi fotoo`tkazuvchanlik xolatiga BO‘B ta’sir etirilganda, fotoo‘tkazuvchan 1 ikni qiymatini K= — = 104-H010 gacha o‘zgarishi kuzatildi. Bunday sezgirlik xozirda mavjud bo‘lgan biror-bir tenzodatchiklarda kuzatilmagan. Shu sababli, kompensatsiyalangan kremniyda BO‘B qiymatining R=105-*-8108Pa 144 gacha o4zgartirib foto o‘tkazuvchanlikning qizil chegarasini 0,72eV dan 0,42eV gacha siljitish mumkinligi ham ko‘rsatib berildi. (5.27 rasm). 5.26-rasm. kompensatsiyalangan kremniyda tenzorezistiv effect =77 K. l-KDB-4; 2- 103 Omsm; 3- 104 Omsm; 4- 105 Omsm 5.27-rasm. Kompensatsiyalangan kreemniydabir o‘qli bosim ta’sirida fotoo‘tkazuvchanlikni spektral bo‘g‘lanishi T=80K. {J//X//<100>}: 1X= 105 pa, 2-X=2• 108 pa, 3X=4 • 108 pa, 4-X=6 • 108 pa, 5X=8 108 Kompensatsiyalangan kremniyda fotoofkazuvchanlik xolatini yuzaga keltirib, so‘ngra BO‘B ta’sir etirilsa tenzosezgirlik bir necha darajada oshib ketar ekan. 145 Tenzodatchik sifatida [100] kristall o‘qi asosida o‘stirilgan material tanlashga asosiy sabab, bu kristall o‘qi asosida o‘stirilgan va kirishma atom lari bilan kompensatsiyalangan kremniyning tenzosezgirligi boshqa [111] va [110] kristall o‘q asosida o‘stirilgan va kompensatsiyalangan kremniy materialidan ancha kattaligi tajriba natijalari asosida aniqlangan edi. Kompensatsiyalangan kremniy asosida yaratilishi taklif etilgan tenzodatchiklarda BO‘B ning ta’sir etish yo‘nalishi namunaga qo‘yilgan tok yo‘nalishi bilan parallel xolda amalga oshirildi (7//R). 12.6 Kompensatsiyalangan kremniy asosidagi qattiq jism generatorlari Yarim o‘tkazgich materiallari asosida qattiq jism generatorlarini yaratish ko‘plab olim va mutaxassislar tomonidan taklif qilingan bo‘lsada, xozirgacha keng harorat oralig‘ida parametralari oson boshqariladigan generatorlar yarimo‘tkazgich materiallari asosida yaratilinmagan. Bunga asosiy sabab, yarimo‘tkazgich materiallar va strukturalarda kuzatilgan avtotebranishlaming parametrlari turg‘un bo‘lmasligi hamda bunday materiallarni olish texnologiyasining murakkab va katta energiya talab qiíishidir. Elektronikada past va tovush chastotali avtotebranishlami xosil qiíishda RCgeneratorlaridan keng foydalaniladi. Bunday generatorlaming o‘lchami katta bo‘lib, murakkab elektr tizimidan tashkil topadi, hamda 1G" 2GS chastotadan kichik chastotalami olishda imkoniyati cheklangan. Kompensatsiyalangan kremniy asosidagi qattiq jism generatorlari yaratilish texnologiyasining sodda va arzonligi bilan ajralib turadi. Bu generatorlarda xosil qilingan avtotebranishlaming shakli va parametrlari (amplituda va chastota) oson boshqarilishi bilan mavjudlaridan ajralib turadi. Kompensatsiyalangan kremniyda avtotebranishlar keng harorat oralig‘ida T=77-K350K, chastotasi /=10"3-H05Gs qiymatida kuzatilgan bo‘lib, birgina materialda termodinamik shart-sharoitlami boshqarib (harorat, elektr va magnit maydon kuchlanganligi, yoritilganlik), turli tabiatdagi avtotebranishlami olish imkoni mavjudligi tajribalardan aniqlangap edi. Taklif etilgan qattiq jismli generatorlaming chastotasini /=10'3-H05Gs oraligVida onson boshqarib, amplituda qiymatini J=10'5-H A gacha olish mumkin bolad. Blinda tebranishlar modulyasiya 146 chuqurligini ~100%gi bilan ajralib turadi. 5.28 rasm. Kompensatsiyalangan kremniy asosidagi qattiq jism generatorini elektr sxemasi. 5.28 rasmda kompensatsiyalangan qattiq jism generatorining qattiq jism generatori elektr kremniy tizimi asosida berildi. kompensatsiyalangan yaratilinadigan Rasmdan kremniy ko‘rinadiki materialiga ketma- ket ulangan Ryu-yuklama qarshiligi va tashqi elektr manbasidan iborat. Kompensatsiyalangan kremniyga kuchlanishni maydonini boshqarib, cho‘qqisimon impulsli murakkab qilish mumkin. va Taklif qo‘yilgan turli tashqi ko‘rinishdagi shakildagi elektr garmonik, avtotebranishiami etilgankompensatsiyalangan kremniy xosil asosidagi qattiq jism generatorining geometrik oMchami 2x2xO?5mmJ ni tashkil etdi. 12.1 jadvalda laboratoriya kompensatsiyalangan sharoitida yaratilingan kremniy qattiq materiali jism asosida, generatorlarini parametrlari xaqida ma’lumot berildi. Jadval 12L OChka № Material Yoritili - Solishtirma zuv- qarshilik p, Spektral chanlik Omsm Monoxromtik soha^m turi. IY,Vt/sm2s km R 5103-2105 10'9-]0'5 2 Si<Zn> n 102*2-105 10's-10'5 3 Si<S> p 3102*2105 2-0J5 147 o 8104-210> lO‘-lO‘5 O n 1 Si<Mn> 'anlik Harorat T, K 80-200 80-200 3-0,75 80-180 2-0,75 80-1601 Qattiq jism generatorlarining asosi bo‘lgan kremniy materialini kirishma atomlar bilan kompensatsiyalash darajasini, kirishma atom turini, materialning solishtirma qarshiligi va o6tkazuvchanlik turini boshqarib, amaliyotda qo‘llash uchun eng qulay bo‘lgan amplituda, chastota va avtotebranish shaklini xosil qilish va tanlash mumkin bo‘lar ekan. Chastotasining qiymatini 106, amplitudasini esa 104 o‘zgarihga olib keladi. Harorat o‘zgarishiga bunday o‘ta sezgir yarimo‘tkazgichli datchiklar shu davrgacha mavjud bo‘lmagan. Xuddi shuningdek, oddiy yarimoHkazgich magnit datchiklar ham materialning solishtirma qarshiligini magnit maydon ta’sirida o‘zgarishiga asoslangan. Bunday magnit datchiklarda magnit maydon kuchlanganligining H=(H25kEr oralig‘ida o‘zgarishida magnit sezgirlik K10%ni tashkil etadi. Kompensatsiyalangan kremniydagi avtotebran ish parametrlariga (amplituda, chastota) magnit maydon kuchlanganligining ta’siri o4rganilganda, parametrlaming magnit maydon kuchlanganligini o‘zgarishiga o‘ta sezgirligi aniqlandi. Tajriba natijalari asosida magnit maydon kuchlanganligining qiymati H=(H25kEr oraIig‘ida o‘zgarganida avtotebranish amplitudasi 18 marta, chastota 180% ga o‘zgarishi aniqlandi. Bunda, magnit maydon kuchlanganligining yo‘nalishi materialdan o‘tayotgan tok oqimining yo‘nalishiga parallel va perpendikulyar qiüb olinganda ham avtotebranish parametrlaring magnit sezgirligi deyarli bir xil bo‘ldi. Avtotebranish lar asosida yaratilishi mumkin bo‘lgan yana bir funkitsional datchik bir o‘qli bosimni sezuvchi tenzodatchik bo‘lib, bunda ham bir o‘qli bosim qiymatini o‘zgarishi avtotebranish amplitudasi va chastotasini qiymatiga kuchli ta’sir etishi aniqlangan edi. Bunday tenzodatchiklami yana bir axamiyati shundaki, kompensatsiyalangan kremniy materialining o‘stirilgan kristall o‘qiga bog‘liq tenzosezgirlik ham turlicha boMar ekan. Boshlang‘ich kremniy materialini kristall o4q [111],[110],[100] yo‘nalishlarda tanlab olindi va kirishma atomlari bilan kompensatsiyalanadi. Kompensatsiyalangan kremniyda kuzatilgan avtotebran ish lam i parametrlariga tashqi ta’sirlami har tomonlama o‘rganishlar asosida, fizik kattaliklami o‘lchashda ishlashi jixatidan tubdan yangi bo‘lgan datchiklami 148 yaratish imkoniyatlari ochib berildi. Bunday datchiklarda ma’lumotlar amplitudachastotali signal chiqishiga ega bo‘lib, ulardan axborotlarni uzoq masofalarga uzatishda yoki xotira qurilmalarida saqlashda bu usuldan samarali foydalanish mumkin bo‘ladi. Ge va Si elementlariga kiritilgan kirishma elementlarining hosil qilgan kichik energetik sathlari 4-jadval Akseptorli kirishma Kirishmalaming energetik sathi (eV) Element V Al Ga In Ti Ge E+0,0104 Ev+0,0102 Ev+0,0108 Ev+0,012 Év+0,010 Si Ev+0,044 Bv+0,069 Ev+0,079 Ev+0,155 Ev+0,26 Donorli kirishma Kirishmalaming energetik sathi (eV) Element P As Sb Li Ge Ec-0,012 Ec-0,127 Ec-0,069 Ec-0,0066 Ec-0,0093 Si Ec-0,044 Ec-0,049 Ec-0,069 Ec-0,039 Ec-0,033 va SÍ3N4 SÍO2 ning 300 K dagi _________ ________ ___ 5-jadval Dielektriklar Si02 Si3N4 Sturukturasi Amorf holat Amorf holat Erish harorati (°C) 1600 - Zichligi (g/sm3) 2,2 3,1 YorugMik singduruvchanligi 1,46 2,05 Dielektrik doimiysi 3,9 7,5 Dielektrik mustahkamligi (V/sm) 10y w~ ÏQ Nurlanishning yutilish 9,3 11,5-12,0 9 5,0 chegarasi(um) Taqiqlangan soha kengligi (eV) 149 xossalari Issiqlik kengayish koifsenti^C'1) 5-KT - Issiqlik o‘tkazuvchanligi (W/sm-K) 0,014 - Solishtirma qarshiligi (Q*sm) 25 °C haroratda 10,4-1016 1o14 500 ÓC haroratda - 2I0 n HF da yemirilish tezligi (A/tt)°S 1000 5-10 Si02 va SÍ3N4 plyonkalar rangining qalinligiga bog‘liq Masalalar: Mustahkamlash uchun masalalar 5.1-Masala. Solishtirma qarshiligi 10 Om • sm bo‘lgan p - turdagi kremniyga ikki bosqichli diffuziya usuli bilan kiritilgan fosfor atomlari taqsimoti chizilsin va hosil bo‘lgan p-n- o‘tish chuqurligi aniqlansin. Diffuziya sharoiti quyidagicha: Т1=1050оС, t1=10 min, T2=l 150°C, t2=2 s. 1. Diffuziya harorati Т1=1050оС bo‘lganda fosfor atomlarining kremniydagi eruvchanligi С01, ning qiymatini 8.1 rasmdan foydalanib aniqlaymiz, ya’ni Co1=l,2·1021 sm-3ni topamiz. 2. Diffiiziya harorati Т1=1050оС bolganda fosfor atomlarinin kremniydagi diffuziya koeffistienti D1ning qiymatini 8.2 rasmda foydalanib aniqlaymiz, ya’ni D1=2,5·10-14 sm2/s ni topamiz. 3. Diffuziya harorati Т1=1050оС bo‘lganda kremniy yuzasida^ fosfor atomiarining sirtiy zichligi N ni hisoblaymiz: 150 =2·1.2·1021 N= =5.2·1015 sm-2 4. Diffuziya harorati T2=1150°C bo‘lganda fosfor atomlarining kremniydagi diffuziya koeffistienti D2 ning qiymatini 8.3 rasmdan foydalanib aniqlaymiz, ya’ni D2=4·10-13 sm2/s ni topamiz. 5. Kremniyga ikki bosqichli diffuziya usuli bilan kiritilgan fosfor atomlari taqsimotini aniqlaymiz: C(x,t)= = X ning ixtiyoriy 1-10 gacha qiymatlari uchun C (x, t) ni hisoblang aniqlangan natijalami 9.4-jadvalga kiriting. 9.4-jadval X, mkm exp(- ) C(x, t), 6. Kremniyga ikki bosqichli diffuziya usuli bilan kiritilgan fosfor atomlari taqsimotini diffuziyaning birinchi bosqichidagi taqsimoti bilan solishtirish uchun quyidagi ifoda asosida fosfor atomlari taqsimotini aniqlaymiz: C(x,t)= C01erfc( =1.2· X ning ixtiyoriy 1-10 gacha qiymatlari uchun funksiyaning qiymatini 9.6-jadvaldan toping n va C (x, t) ni hisoblang, aniqlangan natijalarni 9.5-jadvalga kiriting. 9.5-jadval X, mkm 151 C(x,t), sm-3 9.4- va 9.5- jadvallar asosida kremniyga ikki bosqichli diffuziya usuli bilan kiritilgan fosfor atomlari taqsimoti grafigini chizing (9.5- rasm). Kremniyga ikki bosqichli diffiiziya usuli bilan fosfor atomlari kiritilganda hosil bo‘lgan p-n o‘tish chuqurligini aniqlash uchun quyidagi ifodadan foydalanamiz: xj=2 Bu ifodadagi C02 quyidagiga teng: C02= . Св esa kremniydagi bor atomlari konstentrastiyasi, uning qiymatini ilovadagi rasmdan topamiz: kremniyning solishtirma qarshiligi p=10 Om sm bo‘lganda undagi bor atomlari konstentrastiyasi Св=1.2-10 sm-3 ga teng. U holda p-n-o‘tish chuqurligi xj=2 p-n-o‘tish chuqurligini quyidagi soddaroq ifodadan foydalanib hisoblanganda: xj=6 funksiyaning qiymati 9.6-jadval z erfc z z erfc z 0 1.00000 1.50 0.03390 0.05 0.94363 1.60 0.02365 0.10 0.88754 1.70 0.01621 0.15 0.83200 1.80 0.01091 0.20 0.77730 1.90 0.00721 0.25 0.72367 2.00 0.00468 0.30 0.67137 2.10 0.00298 0.35 0.62062 2.20 0.00186 0.40 0.57161 2.30 0.00114 . 0.45 0.52452 2.40 0.000689 0.50 0.47950 250 0.000407 152 0.55 0.43668 2.60 0.000236 0.60 0.39614 2.70 0.000134 0.65 0.35797 2.80 0.000075 0.70 0.32220 2.90 0.000041 0.75 0.28884 1 3.00 0.00002209 0.80 0.25790 3.10 0.00001165 0.85 0.22933 3.20 0.00000603 0.90 0.20309 3.30 0.00000306 0.95 0.17911 3.40 0.00000152 0.00000074 1.00 0.15730 3.50 3 0.00000035 1.10 0.11980 3.60 6 0.00000016 1.20 0.08969 3.70 7 1.30 0.06599 3.80 0.00000077 1.40 0.04772 3.90 0.00000035 integral α va z ning turli qiymatlari uchun hisoblangan 9.7-jadval X z 0,1 03 03 1,0 2,0 3,0 5,0 0,07 0.1 0,09015 376 0,06035 0,03655 0,01340 0,00491 0,00066 0,17422 0,10416 0,03725 0,01333 0,00174 0.5 0,41626 557 0,27058 0,15812 0,05419 0,01866 0,00224 0,7 0,54464 0,43 0,34515 0,19596 0,06398 0,02120 0,00242 Г 0,2 140 0.3 0,26295 3 0,33 153 340 0,50 0,9 0,64829 812 0,39903 0,21979 0,06867 0,02213 0,00245 0,07141 0,02247 0,00246 0’99920 698 0,49825 0,24708 0,07147 0,02247 0,00246 1,02843 0,68 0,49843 0,24709 0,07147 0,02247 0,00246 0,63 13 0,84509 065 0,47586 0,24431 0,68 3,0 892 5.2-Masala. Kremniyga ikki bosqichli diffuziya usuli bilan kiritilgan fosfor atomlari taqsimoti chizilsin va hosil boMgan p-n-o‘tish chuqurligi aniqlansin. Diffuziya sharoiti quyidagicha: Ti=1250°C, ti=10 min, T2=1150oC,t2=2s. Diffuziya harorati Ti=1250°C va T2=1150°C boMganda fosfor atomlarining kremniydagi diffuziya koeffistientlari Di va D2 ning qiymatlarini 9.24 rasmdan foydalanib aniqlaymiz, ya’ni Di=410 '‘ sm2/s va D2=4-10‘13 sm2/s ni topamiz. 154 D,t,=4-10',210-60=2.410"9 « D2t2=4-10',3-2-60-60=2.8810'9 sm2, ya’ni Dit, ning qiymati D2t2 ning qiymatiga yaqin, D,t, < D2t2 shart bajarilmagan. Bu holatda diffuziyaning birinchi bosqichidagi kirishma atomlarining taqsimoti ikkinchi bosqichidagi kirishma atomlarining taqsimotiga yaqin boMadi va bu taqsimotga ta’sir qiladi. Shuning uchun kirishma atomining taqsimoti Fik qonuning cheksiz yupqa qatlamdagi diffuziya manbaidan emas balki qalin qatlamdagi diffuziya manbaidan diffuziyalanish boMgandagi echimi, ya’ni quyidagi ifoda orqali aniqlanadi C (x, /,,/,) = jêxp (- y1 )erf (ay )dy a va z ni aniqlaymiz: x2 " ~ 4■ (D t / t + D 2 C ,) “ 4 • <2,4• 10'y + 2,88-10'9) _ 2,11 • 1 4. Kremniyga fosfor atomlari diffuziyasining birinchi bosqichidan so‘ng, kremniy yuzasidagi fosfor atomlarining konstentrastiyasini 9.23 rasmdan aniqlaymiz: T|=1250°C da Soi~1,2102' sm"3. Сц2 =arctga = к ^ ^ - -arctg 0,9=5,6• 1020srrf1 3,14 6. Kremniyga fosfor atomlari diffuziyasining ikkinchi bosqichidan so‘ngi taqsimotini aniqlaymiz: 9.7-jadvaldan foydalanib a - 0,9 bo‘lganda z = 0.1, 0.3, 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 5.0 qiymatlariga mos kelgan C (x, tj, t2) ning qiymatlari topilsin, X ning qiymatlari quyidagi ifodadan hisoblansin: + D 2 t 2 )-z = I,45-10",NC X va С (x, tb t2) ning qiymatlari 9.8-jadvalga kiritilsin. 9.8-jadval a= j D‘r> 12.4-10* м у D2 / 2 V 2,88-Ю'* X2 4■(£>,/, +D2t2) X, mkm 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.1 0.3 0.5 1.0 2.0 3.0 5.0 0.46 0.79 1.03 1.45 2.05 2.5 3.2 155 Jexp(—v: )erf s[z(av)dy C(xj,t|, t2),sm'3 0.39 0.6483 0.508 2C„, 2C„, 2Cnl 2C„, 2C„, 2C„, 2Си n n n ж 9 n 0.22 n 0.069 0.022 0.002 n •0.6483 •0.50 •0.3 •0.22 •0.06 •0.022 •0^02_ 8 99 9 5. Kremniyga fosfor atomlari diffuziyasining ikkinchi bosqichidan so‘ng, kremniy yuzasidagi fosfor atomlarining konstentrastiyasini quyidagi ifodadan aniqlaymiz: 7. Kremniyga tosfor atomlari ikki bosqichli diffuziyasining birinchi bosqichida fosfor atomlari taqsimoti quyidagi ifodadan aniqlanadi: C{x) = ll-l0 2] erfc X 2-Д4 •!()-* i,2-10 2ler/c x OM-IO‘ 4 X ning ixtiyoriy 1-10 gacha qiymatlari uchun 0.98 io4 funksiyaning qiymatini 9.6jadvaldan toping va C (x, t) ni hisoblang, aniqlangan natijalami 9.9-jadvalga kiriting. 9.9-jadval X, mkm crf- X *0,98 10'4 S(x, t), sm'3 i 5- va 6- jadvallar asosida kremniyga ikki bosqichli diffuziya usuli bilan, Diti < D2t2 shart bajarilmagan holatda, kiritilgan fosfor atomlari taqsimoti grafigi chizilsin (9.6 rasm 1-2 egri chiziq.) 156 8. Kremniyga ikki bosqichli diffuziya usuli bilan kiritilgan fosfor atomlari hosil qilgan p-n - o‘tish chuqurligini Djti < D2t2 shart bajarilmagan holat e'tiborga olingan quyidagi ifodadan foydalanib hisoblaymiz: X j =6^D t t t +D,/, =6 yj5M-lO- 4 =43S\0-*sm = 4,15mkm Nazorat savollari: 1. Kremniy uchun kisiotali yemirgichlar 2. Kremniy uchun ishqorli yemirgichlar 3. Kremniy plastinkasiga bor atomlarini difluziya qilib p-n o‘tish hosil qilish 4. Kremniy plastinkasiga fosfor atomlarining diffuziya qilib p-n o‘tish hosil qilish 5. De- Broyl to‘lqin uzunligining fizik manosi va uning qiymati nimalarga bog‘liq? 6. Mikrozarralar( elektron, proton ) to‘lqin xossalarini qaysi tajribalar asosida yaqqol ko‘rsatish mumkin? 7. Fotonlaming zarracha ekanligini qaysi fizik xodisalar asosida ko‘rsatish mumkin? 8. Kvant o‘ra, kvant ip va kvant nuqtasi deganda nima tushuniladi? va ulaming mavjudlik shartlari. 9. Potensial to‘siqlarda elektronlarning energetik sathlari qanday o‘zgaradi va u nimalarga bog‘liq ? 10.O‘ta panjara nima va uning qanday turlari mavjud? 157 VI BOB. LABORATORIYA IShIARI Laboratoriya ishi №1 Tik p-n o‘tishli quyosh elementining to‘lish koeffisientini, qisqa tutashuv tokini va salt yurish kuchlanishini hisoblash Ishning maqsadi - yorug‘lik energiyasining elektr energiyaga aylanish jarayoni bilan tanishish va o‘zgartirgichning to‘lish koeffisientini, qisqa tutashuv tokini, salt yurish kuchlanishini va FIK ini aniqlash. Nazariy qism Quyosh batereyasi quyosh nuri energiyasini bevosita elektr energiyaga aylantiruvchi qurilmadir. Quyosh elementining (QE) ishlashi ichki fotoeffekt hodisasiga asoslangan. Hozirgi davrda p-n– o‘tishli QE tuzilmasi juda keng tarqalgan. Yarim o‘tkazgichga yorug‘lik tushganda qo‘shimcha zaryad tashuvchilar yuzaga keladi va ular p-n– o‘tishning elektr maydoni ta’sirida harakatlanib, tashqi chiqarmalarda foto EYuK ni hosil qiladi. QE ning tipik tuzilishi 1-rasmda keltirilgan. n-tipli yarim o‘tkazgich plastinada p-tipli yupqa yarimo‘tkazgich hosil qilingan. Ikki yarim o‘tkazgich chegarasida p-n– o‘tish yuzaga keladi. Yorug‘lik p- qatlam tomonidan tushadi. QE ni zanjirga ulash uchun metall kontaktlarдан фойдаланилади: n – qatlam tarafdan to‘liq, yorug‘lik tushadigan p- tarafning esa tashqi qismida. p-n– o‘tish sohasiga nur tushmayotgan va tashqi kuchlanish manbai ulanmagan bo‘lsa, nima sodir bo‘lishini ko‘rib chiqaylik. p-n- o‘tish sohasida kirishma atomlarining musbat va manfiy ionlari hisobiga qo‘sh elektr qatlam yuzaga keladi va natijada kremniydagi o‘tishda p va n – sohalar orasida kattaligi 1 V ga yaqin kontakt potensiallar ayirmasi U hosil bo‘ladi. Bunda o‘tish orqali asosiy bo‘lmagan zaryad tashuvchilar -Is va asosiy zaryad tashuvchilar +Is evaziga, kattaligi bo‘yicha bir xil, yo‘nalishi bo‘yicha esa qarama-qarshi bo‘lgan uncha katta bo‘lmagan tok oqadi. Shu sababli o‘tish orqali o‘tayotgan natijaviy tok nolga teng bo‘ladi. Agar p-n– o‘tishga rezistor ulansa, unda tok bo‘lmaydi. Konturda p va n – sohalar orasida kontakt potensiallar farqi bo‘lsada, baribir rezistordagi kuchlanish nolga teng bo‘ladi, chunki uni yarim o‘tkazgich bilan metall kontaktlari orasidagi kontakt potensiallari farqi kompensasiyalaydi. Shunday qilib, yorug‘lik п-соҳага тушмаса va berk zanjirning barcha qismlarida temperatura bir xil bo‘lsa, energiyaning saqlanish qonuniga asosan elektr toki mavjud bo‘lmaydi. Yarim o‘tkazgich atomlarining tashqi valent elektronlari butunlay kristallga taalluqli, shu bilan birga ular energiyasining diskret qiymatlari kristallda energetik zonani tashkil qiladi. Yorug‘lik kvantini yutgan elektron kristalldagi yuqoriroq energetik sathni egallaydi. Masalan, elektron valent zonadan o‘tkazuvchanlik zonasiga o‘tib, valent zonada vakansiyani (kovakni) vujudga keltiradi. Natijada qo‘shimcha tok tashuvchilar – o‘tkazuvchanlik elektronlari va kovaklar paydo bo‘ladi. Bu hodisa ichki fotoeffekt deb ataladi. Ichki fotoeffekt “qizil chegaraga” ega: ichki fotoeffekt yuzaga kelishi uchun yorug‘lik kvanti (foton) energiyasi valent zona bilan o‘tkazuvchanlik zonani ajratib turuvchi taqiqlangan zona 158 kengligidan Eg ortiq, ya’ni hv>Eg bo‘lishi kerak. Bu yerda h – Plank doimiysi, vyorug‘lik chastotasi. Kremniyda ichki fotoeffekt uzunligi λ≤1,1 mkm to‘lqinlarda, ya’ni ko‘rinuvchan, ultrabinafsha va infraqizilga yaqin oradagi yorug‘liklarda kuzatiladi. 6.1-rasm Yoritilganda QE da nima sodir bo‘lishini ko‘rib chiqaylik. p –sohada yutilgan yorug‘lik p-n o‘tish yaqinida elektron-kovak juftliklarini generasiyalaydi. Elektronlar (p –sohada asosiy bo‘lmagan zaryad tashuvchilar) kontakt maydon ta’sirida n –sohaga uloqtirilib, uni manfiy zaryadlaydi. Kovaklarning aksariyat qismi potensial to‘siqni yengib o‘ta olmaydi va p –sohada qolib, uni musbat zaryadlaydi. Shunday qilib, kontaktning elektr maydoni yorug‘lik ta’sirida yuzaga kelgan manfiy elektronlarni va musbat kovaklarni fazoviy ajratadi. Buning natijasida o‘tishda to‘g‘ri siljish U shakllanib, potensial to‘siq balandligini qU qiymatga pasaytiradi. Bu yerda q – elektron zaryadi. Elektronlarning p-n-o‘tish orqali ko‘chishi birlamchi fototok deb ataluvchi –If tok hosil qiladi. Unga asosiy bo‘lmagan tashuvchilar toki singari manfiy ishora beriladi. To‘siqning pasayishi asosiy zaryad tashuvchilarning toki ortishiga olib keladi va tok Isexp(qU/kT) ga teng bo‘ladi. Shunday qilib o‘tish orqali quyidagi toklar oqadi: asosiy bo‘lmagan zaryad tashuvchilar toki -IS , asosiy zaryad tashuvchilar toki +ISexp(qU/kT) va birlamchi fototok –If . Unda p- n- o‘tish orqali to‘liq tok quyidagiga teng: (1) Bu formula ideal QE ning volt - amper xarakteristikasini (VAX) ifodalaydi. Undan osongina to‘g‘ri siljishni aniqlash mumkin. (2) Shunday qilib, p-n-o‘tish yoritilganda, undagi kontakt potensiallar farqi U qiymatga kamayadi, boshqa kontakt potensiallar farqlari esa o‘zgarmay qoladi. Natijada QE klemmalarida fotoEYuK deb ataluvchi U, qarshilikda esa tok yuzaga keladi. Demak, p-n-o‘tish tok manbaiga aylanib, unda yorug‘lik energiyasi bevosita elektr energiyaga aylanadi. FotoEYuK kontakt kuchlanishining 159 kamayishiga teng bo‘lganligi uchun, u kontakt kuchlanishining o‘zidan (kremniy uchun taxminan 1 V) ortiq bo‘la olmaydi. Har qanday tok manbaidagi kabi QE da ham bilvosita kuchlar bo‘lib, ularning tabiati elektrostatik maydon kuchlaridan farq qiladi. Elektrostatik kuchlar ta’sirida zaryadlar potensial energiyaning kamayishi yo‘nalishida ko‘chadi. Berk zanjirdan tok uzluksiz o‘tishi uchun, hyech bo‘lmaganda zanjirning bir qismida zaryadlar kichik potensialli energiyadan katta potensialli energiya yo‘nalishida ko‘chishi, ya’ni potensial to‘siqdan ko‘tarilishi kerak. Bu soha bilvosita kuchlar ta’siri doirasiga kiradi. Ularning fizik tabiati turlicha bo‘lishi mumkin. Galvanik elementlarda bilvosita kuchlar elektrodlardagi ximiyoviy reaksiyalar evaziga yuzaga keladi, reaksiya natijasida ajraladigan energiya esa tok ishiga aylanadi. Elektromagnit induksiya hodisasidagi bilvosita kuchlar-elektr maydon kuchlaridir, biroq elektrostatik kuchlar emas, balki uyurmalinikidir. QE da elektronlarning potensial energiyasi fotonlar energiyasi hisobiga ortadi. Bunda elektronlar kristallda yuqoriroqdagi energetik sathga, ya’ni valent zonadan o‘tkazuvchanlik zonasiga o‘tadi. Birlamchi fototok QE tushayotgan nurlanish oqimiga (nur quvvatiga) F proporsional: If =αF, bu yerda α proporsionallik koeffisiyenti. Yuklamadagi I tok If ga va yuklama qarshiligiga R bog‘liq. QE qisqa tutashganda, ya’ni R = 0 bo‘lganda, qarshilikdagi kuchlanish U=IR=0, tok esa (1)ga binoan If teng. Yorug‘lik ta’sirida generasiyalangan barcha tashuvchilar tashqi zanjirga keladi, p-n-o‘tishdagi to‘siqning balandligi esa o‘zgarmaydi. Agar tashqi zanjir uzilgan bo‘lsa, unda I =0. Bu holda, salt yurish kuchlanishi deb ataluvchi Usyu kuchlanish (2) ga ko‘ra quyidagiga teng: (3) (3) dan, birlamchi fototok yoki nur oqimi ortishi bilan kuchlanish logarifmik (sust) ortishi ko‘rinib turibdi. Ko‘pincha quyosh elementlari batareyaga yig‘iladi. Kuchlanishni ko‘paytirish uchun quyosh elementlari ketma-ket, tokni oshirish uchun esa parallel ulanadi. Ideal QE ning volt - amper xarakteristikasi, ya’ni tokning kuchlanishga bog‘liqligi, 2-rasmda keltirilgan. Egrilikning har bir nuqtasiga ma’lum yuklama qarshiligi mos keladi: R ortishi bilan kuchlanish ko‘payadi, tok esa kamayadi. Yuklamada P=IU elektr quvvat ajraladi. U R ga bog‘liq bo‘lib, R ning qandaydir Rm qiymatida Pm=Im Um maksimal qiymatga erishadi. Bu yerda Im va Um maksimal quvvatdagi tok va kuchlanish (maksimal quvvat 2-rasmdagi shtrixlangan to‘g‘ri to‘rtburchakning yuzasiga teng). Yorug‘lik oqimi o‘zgarganda, VAX 3-rasmda keltirilgandek o‘zgaradi. F oshishi bilan kuchlanish, tok va quvvat ortadi, optimal qarshilik esa Rm kamayadi. 160 Maksimal elektr quvvatning tushayotgan nur oqimiga nisbati QEning foydali ish koeffisiyenti deb ataladi. (4) Aksariyat jarayonlar FIK ni kamaytiradi, ulardan ba’zilarini ko‘rib chiqamiz Nur qisman yarim o‘tkazgichdan qaytadi, shuning uchun akslanishni kamaytirish maqsadida QE lari interferension shaffoflantiruvchi qatlam bilan qoplanadi. Ichki fotoeffekt uchun energiyasi yetarli bo‘lmagan fotonlar elektr energiyaga o‘z ulushini qo‘shmaydi. Ba’zi elektron-kovak juftliklari rekombinasiyalanadi va fototokga ulushini qo‘shmaydi. Yarim o‘tkazgich hajmiy qarshiligi orqali tok o‘tganda quvvat yo‘qotiladi. Nazariyaga asosan kremniyli quyosh elementining FIK 20% dan ortiq emas, amalda undan past. Hozirgi davrda QElarining tannarxini pasaytirish va FIK ni oshirish maqsadida tadqiqotlar olib borilmoqda. Mazkur ishda biz spektri quyoshnikidan farq qiluvchi cho‘g‘lanma lampani yorug‘lik manbasi sifatida olib, FIKni aniqlaymiz. Shuning uchun tajribada olingan FIK quyosh bilan yoritilgandagiga nisbatan farq qilishi mumkin. Yer atmosferasidan tashqarida quyosh nurlanish oqimining zichligi 1353 Vt/m2 tashkil qilsada, yer yuzasida undan kam, chunki quyosh gorizontdan qancha balandligiga va atmosferaning holatiga bog‘liq ravishda nur atmosferada yutiladi. O‘rtacha oqim zichligi 850 Vt/m2 ni tashkil qiladi deb qabul qilsak, yuzasi 1m2 va FIK 10 % bo‘lgan quyosh batareyasi 85 Vt elektr energiyasini ishlab chiqarishiga amin bo‘lamiz. QE(fotoelement)dan elektr energiyasi manbai sifatida foydalanishdan tashqari, uni yorug‘likni payqash va yorug‘likning miqdoriy ko‘rsatgichlarini o‘lchash uchun ham qo‘llashadi. TAJRIBA QISMI Laboratoriya qurilmasining bayoni Tajriba qurilmasining umumiy ko‘rinishi 4-rasmda keltirilgan. Tajriba qurilmasining tarkibiy qismlari 5-rasmda tasvirlangan. Quyosh energiyasini o‘rganish uchun mo‘ljallangan tajriba qurilmasida quyidagi asboblar va jihozlardan foydalaniladi: 161 6.4-rasm. Tajriba qurilmasining umumiy ko‘rinishi Yorug‘lik manbasi. Uni erkin siljitish mumkin, dasta bilan ta’minlangan, ikkita 50 Wt li galogen lampalardan tashkil topgan.  Yorug‘lik intensivligini boshqaruvchi qurilma. U lampalarni o‘chirib yoqish va yorug‘lik intensivligini 0 dan 10 darajagacha o‘zgartirishga imkon beradi;  Elektr tarmog‘iga ulash uchun kabel;  Yorug‘lik manbasini o‘rnatish uchun metall kronshteyn;  Fotoelektrik quyosh panelini o‘rnatish uchun moslama;  Fotoelektrik quyosh paneli o‘rnatilgan moslamani tutib turgich;  Qizil va ko‘k rangli ulash simlari;  Monokristall kremniyli fotoelektrik quyosh paneli. 4 ta fotoelektrik panellar yi-indisidan tashkil topgan. O‘lchami: 245x120 mm, maksimal quvvati: 500 mWt. Har bir alohida panelning texnik ko‘rsatkichlari: 0,5 A / 1,5 V. O‘lchamlari: 60x120 mm;  Amorf kremniyli fotoelektrik quyosh paneli;  Tajribada ampermetr, voltmetr va ommetr sifatida ishlatiluvchi raqamli multimetrlar;  Lyuksmetr, yoritilganlikni o‘lchash diapazoni: 0,1 - 40000 lyuks;  “LOAD 1”-qarshiliklar jamlanmasi, qarshiliklar diapazoni 0,5-200 Om. 162 5-rasm. Quyosh energiyasini o‘rganish uchun mo‘ljallangan tajriba qurilmasining tarkibiy qismlari: 1-yoritish manbai; 2 – yorug‘lik intensivligini boshqaruvchi qurilma; 3-elektr tarmog‘iga ulash kabeli; 4 - kronshteyn; 5 - fotoelektrik quyosh paneli o‘rnatilgan moslamani tutib turgich; 6-fotoelektrik quyosh paneli; 7-qizil va ko‘k rangli ulash simlari; 8 - multimetrlar. 6.6- rasm. Monokristalli(a) va amorfli(b) quyosh panellari, lyuksmetr(c) ISHNI BAJARISH TARTIBI 1. Quyosh energiyasini o‘rganish uchun tajriba qurilmasini yig‘ing. Quyosh panelini(monokristalli quyosh paneli) tik qilib o‘rnating. Yorug‘lik manbaini quyosh panelidan o‘qituvchi bergan vazifaga mos ravishda masofada joylashtiring. Lampalarni ikkalasini ham yoqing. Ularni maksimal (darajasi 10) intyensivlikka o‘rnating. 7 - rasmda tasvirlanganidek, "LOAD 1" qarshiliklar jamlanmasini monokristall kremniyli fotoelementning 2-paneliga ulang. Voltmetr va ampermetrni “LOAD 1”ga ulang. Lyuksmetr yordamida panelning yorituvchanligini o‘lchang. 2. “LOAD 1” ni dastlab cheksiz qarshilikga(OCV nuqta) o‘rnatib, ochiq zanjirdagi kuchlanish va tok kuchini o‘lchab oling va qarshilikni bosqichmabosqich kamaytirib, to SCC nuqtagacha o‘lchashni davom ettiring. Tanlangan har bir qarshilik uchun olingan kuchlanish va tok kuchi qiymatlarini 1-jadvalning mos katakchalariga yozing. Olingan natijalardan foydalanib, tok kuchining kuchlanishga bog‘lanish grafigini(VAX) tuzing. 3. Tanlangan har bir qarshilik uchun olingan kuchlanish va tok kuchi qiymatlaridan foydalanib, quvvatni hisoblang. P=U·I, Wt Olingan natijalardan foydalanib (I, U, P) quvvatning tok kuchiga bog‘liqligini tuzing. Grafikdagi mos kuchlanish va tok kuchi qiymatlaridan foydalanib maksimal quvvatni (MQ) aniqlang. 4. Yuqorida keltirilgan bandlardagi tajribani to‘rtala panelni ketma-ket va paralell ulab takrorlang. 163 7-rasm. Tajribani o‘tkazish sxemasi 1-jadval R(Om) OCV 200 100 50 25 15 10 5 3 1 0.5 SCC U(V) I(mA) P(mWt) 6. VAX dan foydalanib, quyida keltirilgan formula yordamida to‘ldirish koeffisiyentini hisoblang. , bu yerda UMQN – maksimal quvvat nuqtasidagi kuchlanish (MQN), V; IMQN – MQN dagi tok, A; Ucyu – salt yurish kuchlanishi, V; Iqt – qisqa tutashuv toki, A. 7. Quyosh panelining FIKni aniqlang. LABORATORIYA IShI BO‘YIChA HISOBOT 1. Laboratoriya ishi bo‘yicha hisobotni ilovada keltirilgan hisobot shakliga binoan rasmiylashtiring. NAZORAT SAVOLLARI 1. Quyosh elementining volt-amper xarakteristikasi. 2. Quvvatning kuchlanishga bog‘liq grafigini tushintiring. 3. Quyosh elementlari beradigan tok kuchi, kuchlanish tushuvi va quvvat kattaliklarining maksimal qiymati qanday aniqlanadi? 4. Qisqa tutashuv toki yorug‘lik intensivligi o‘zgarishi bilan qanday o‘zgaradi? 5. Quyosh elementiga temperaturaning ta’siri. Ilovalar Quyosh elementi xarkteristikalari 1. Salt yurish kuchlanishi – quyosh elementida hosil bo‘ladigan nol tokda yuzaga keluvchi maksimal kuchlanish. 164 2. Qisqa tutashuv toki – kuchlanish nolga teng bo‘lganda, quyosh elementi orqali oqayotgan tok(ya’ni quyosh elementi qisqa tutashtirilganda 3. To‘ldirish koeffisiyenti (FF)– salt yurish kuchlanishi bilan qisqa tutashuv toki bilan birgalikda quyosh elementining maksimal quvvatini aniqlovchi parametr. U quyosh elementining maksimal quvvatini salt yurish kuchlanishi bilan qisqa tutashuv toki ko‘paytmasiga nisbati orqali hisoblananadi. , UMQN – maksimal quvvat nuqtasidagi kuchlanish (MQN), V; IMQN – MQN dagi tok, A; Ucyu – salt yurish kuchlanishi, V; Iqt – qisqa tutashuv toki, A. 4. Foydali ish koeffisiyenti (FIK) – quyosh elementi ishlab chiqarayotgan quvvatini tushayotgan quyosh nurining quvvatiga nisbati kabi aniqlanadi. ; Pmax- quyosh elementining maksimal quvvati, Vt; Ptush. – tushayotgan quyosh nurining quvvati, Vt. 165 Yorug‘lik oqimi. Inson ko‘ziga ta’siri orqali baholanadigan nur oqimi yorug‘lik oqimi deb nomlanadi. Inson ko‘zi turli to‘lqin uzunlikdagi yorug‘lik oqimiga bir xil sezish qobiliyatiga ega emas. Yoritilganlik – sirtga tushayotgan yorug‘lik oqimining shu sirt yuzasiga nisbatiga teng kattalik. Yoritilganlik lyuks (lk) larda o‘lchanadi. 1 lk = 1 lm/m2. Yoritilganlikni o‘lchash uchun mo‘ljallangan asboblar lyuksmetrlar deb ataladi. Тўлқин узунлиги 555 нанометр бўлган ёруғлик нури спектр кўринувчан қисмининг марказида жойлашади ва частотаси 540 терагерцга мос келади. Ёруғлик тўлқин узунлиги 555 нм бўлганда: 1 люкс [лк] = 1,46412884333821∙10-7 Вт /см2 =1,46412884333821∙10-3 Вт /м2 Laboratoriya ishi bo‘yicha hisobot shakli № 1 laboratoriya ishi bo‘yicha HISOBOT Tik p-n o‘tishli quyosh elementining to‘lish koeffisientini, qisqa tutashuv tokini va salt yurish kuchlanishini hisoblash IShNING MAQSADI: 1. 2. Tajriba qurilmasining elektr sxemasi: Laboratriya ishini bajarishda foydalanilgan asboblar va jihozlarning ro‘yxati Asboblar va jihozlarning nomi Tip, marka Soni Jadval 1. O‘lchash va hisoblashlar natijalari 166 Laboratoriya ishi №2 Vakuumda elektron nur orqali termik bug‘latish usuli bilan materiallarning yupqa plenkalarini olishni o‘rganish. Ishning maqsadi – Vakuumda elektron nur orqali bug‘lantirish yordamida yupqa пленкаларни hosil qilish uchun mo‘ljallangan ВУП-5 universal vakuum postini ishlatish malakalariga ega bo‘lish va unda металл materiallarning yupqa пленкаlarini olish texnologiyasini o‘zlashtirish. Nazariy qism Elektronnurli bug‘latkichlarning boshqa bug‘latkichlardan asosiy farqi shundaki, bunda qizitish ensrgiyasi moddaning bug‘lanish sodir bo‘ladigan joyiga to‘g‘ridan to‘g‘ri yo‘naltiriladi. Qizitishning bunday usuli ikkita asosiy afzallikka ega. 1. Sovugiladigan tigellardan materiallarni elektron nurli buglatish yuqori soflikka ega bo‘lgan qatlamlar olishga imkon beradi, chunki bunda bug‘lanayotgan moddaiing tigel materiali bilan kimyoviy o‘zaro ta’siri bo`lmaydi. Bundan tashqari, umuman tigelsiz bug‘latish ham mumkin. 2. Elektron dastasini vaqt va sirt bo‘yicha boshqarish imkoniyati, ya’ni bug‘latish tezligini va bug‘ning oqim bo‘shlig‘ini boshqarish imkoniyati mavjud. Elektronnurli bug‘latkichlarni ikki guruhga bo‘lish mumkin: elektrostatik hamda magnitli fokuslovchi 1-rasm. Elektrostatik fokuslovchi(a) va va elektrostatik ogùvchi (b) electron-nurli bug`latgichlar. 1-elektronlar manbai; 2-elektronlar dastasi; 3-tigel; 4-bug`lanadigan material; 5-bug` oqimi bug`latgichlar. 1-rasmda elektron nurli elektrostatik og`diruvchi va fokuslovchi elektron nurli bug`latgichlar eng sodda qurilmalari keltirlgan.”a” bug`latgichda elektron nuri immersion obektiv vositasida shakillandi va og`magan holda bog`lanayotgan elektron dasta halqasimon katod yordamida hosil qilinadi va katod-anod(tigel) 167 oraligìda elektr maydan vositasida bug`lanayotgan material sirti tomonga buriladi.Bunday qurilmalarda yuqori kuchlanishli elektr tokening yorib o`tishi yoki bug`larda miltillama razryad yonishi mumkin. Shuning uchun bunday halqasimon bug`latgichlarda modddaning bug` bosimi 10-1 Pa dan yuqori bo`lishi mumkin emas, elektronlarni tezlatuvchi suv 2-rasm. Magnitli ogùvchi elektron-nur bug`latgich: a: 1-elektron pushka; 2-elektronlar dastasi; 3-magnit linza;4-ko`ndalang magnit maydon; 5-tigel; 6-bug`lanadigan material; 7-bug oqimi; b: 1-elektron pushka; 2elektronlar dastasi; 3-ko`ndalang magnit maydon; 4-tigel; 5-bug`lanadigan material; 6-bug` oqimi; kuchlanish esa 3—5 kV bo‘lishi lozim. Bundan bug‘latkich va taglik o‘rtasidagi masofa ~250 mm bo‘lganda kondensatsiyaning eng katta tezligi 1—10 nm/s dan ortiq bo‘lmasligi lozimligi kelib chiqadi. Magnitli fokuslanuvchi va magnitli og‘diruvchi elektron nurli bug‘latkichlarning ba’zi konstruksiyalari 2-rasmda keltirilgan. Bunday magnitli og‘diruvchi konstruksiyadagi qurilmada elektronlar manbai va tigel fazoviy bo‘lingan bo‘ladi. Bu yuqorida ko‘rsatilgan qiyinchiliklarni bartaraf etadi. Og‘dirish burchaklari odatda 180−270bo‘ladi. Yuqori vakuum sharoitida kechadigan asosiy fizik hodisalarni o‘rganish bilan birgalikda elektronika va mikroelektronika sohasida mutaxassisning shakllanishi uchun zamonaviy vakuum qurilmalarini ham yaxshi o‘zlashtirish muhim ahamiyatga ega. Shu sababli eng keng tarqalgan asboblardan biri bo‘lgan ВУП-5 universal vakuum posti va unda asosiy ishlami bajarish qoidalari bilan tanishish nihoyatda dolzarbdir. 1. ВУП-5 qurilmasi, uning asosiy texnik ko‘rsatgichlari bilan tanishish, yuqori vakuum olish texnikasidan ko‘nikmalar hosil qilish. 2. past vakuumni termoparali vakuummetr bilan, yuqori vakuumni ionizasion vakuummetr yordamida o‘lchashni o‘rganish. 168 3. turli inert gazlar atmosferasida ba’zi materiallarni ionlar bilan yedirish jarayonini o‘rganish. 4. yupqa plyonkalaming qalinligini nazorat qilish bilan birgalikda o‘stirish uslubini o‘rganish. ВУП-5 universal vakuum posti elektron mikroskop va boshqa tadqiqot qurilmalari yordamida o‘rganiladigan yupqa plenka namunalarini tayyorlash uchun mo‘ljallangan. Qurilma fizika, kimyo, biologiya , medisina, fan va texnikaning boshqa -jabhalarida ham qo‘llanilishi mu m k i n . Qurilma atrof- muhitdagi havoning harorati 15°C dan 25 °C gacha va nisbiy namligi 80 % da yuqori bo‘lmagan turg‘un laboratoriya sharoitida foydalanishga mo‘jallangan. Xonada agressiv bug‘lar bo‘lishiga yo‘l qo‘yilmasligi shart. Qurilma bitta asosda yig‘ilgan bo‘lib, unda obyektlarni tayyorlash uchun mo‘ljallangan ishchi kamera 1; ishchi hajmda talab qilingan vakuum maromini olish uchun mo‘ljallangan vakuum sistemasi; moslamalar va boshqarish pulti uchun ta’minlash manbalari jovlashtirilgan. (3-rasmga qarang). Asos ikki qismga ajratilgan bo‘lib, ularning birida (4) kommutasiya uchun elektromagnit klapanlari bo‘lgan vakuum sistemasi, vakuumni nazorat qilish va vakuum sistemasini Аvtomatik tarzda boshqarish uchun ПМТ-4M va ПМИ-2 aylantirgichlari, pezoyeelektrik ventil va argonli ballon joylashtirilgan. Asosning iklcinchi qismida qurilmani va moslamalami ta’minlash bloklari va bug‘latgich qizdirgichlarining transformatorlari o‘rnatilgan. Montaj, profilaktik va ta’mirlash ishlarini bajarishda qulaylik yaratish uchun orqa va yon berkitgichlar yechiladigan. oldingi eshik esa ikki tarafga ochiladigan qilib yasalgan. Asosda ishchi hajm 1 va boshqarish pulti bo‘lgan vakuum darajasini ko‘rsatish blogi joylashgan 2. Vakuum tizilmasi va turli moslamalarni boshqarish pulti asosning yuqorigi qismida burchak ostida joylashtirilganligi, operatoming ishlashi uchun qulaylik yaratadi.Boshqarish pulti bilan ishchi hajmning ikki tarafida barcha ta’minlash manbalari joylashtirilgan va ular kabellar orqali bir-biri bilan elektrik bog‘langan. Obyektlarni tayyorlash bo‘yicha operasiyalar ishchi hajmda gazlaming qoldiq bosimi 1,3 10-2 ÷ 1,3 10-4 Pa bo‘lganda bajariladi. Bunday bosimni hosil qilish uchun mexanik aylanma vakuum nasosi va keyin bug‘ moyli yuqori vakuum nasosi qo‘llanilgan klassik vakuum sistemasi ishlab chiqilgan. Vakuum tuzilmasi qo‘lda boshqariladigan va Аvtomatik maromda ishlashi mumkin, ya’ni ishchi hajmdan 1,3 ·10-4 Pa bosimgacha gazlarni so‘rib olishda vakuum tuzilmasining kommutasiyasi operator boshchiligida yoki uning ishtirokisiz amalga oshirilishi mumkin. Asosda ion yedirish moslamasi, obyektlarni qizdirish moslamasi, plyonkalarni o‘tqazish moslamasini ta’minlash uchun va qalinlik indikatorining datchigini ulash uchun uzatgichlar, ion yedirish va elektron bug‘latgichni ta’minlash uchun yuqori voltli o‘tkazgich, bug‘latishda obyektlar stolchasini buradigan moslamani ta’minlash uchun kontakt, bug‘latgichlami ulash uchun kontakt va elektron zambaraklarning katodlarini yoki rezistiv bug‘latgichlarning ikkinchi ta’minlash manbasi bilan 169 ulush uchun kontaktlar joylashgan. Ishchi hajm asosi vakuum tuzilmasi bilan flanesli birikma yordamida ulangan. 3- rasm.Qurilmaning umumiy ko‘rinishi. Asosda maxsus o‘tkazuvchi teshiklar bo‘lib, ularda qurilmaning harakatlanuvchi dastalari o‘matilgan .Ishchi hajmning shisha qalpog‘i organik shishadan tayyorlangan silindr 12 bilan himoyalangan. Himoya silindrisiz asbobda ishlash mutloqa taqiqlanadi. Bug‘latgichlarni ta’minlash uchun qizdirgich transformatorlari va bug‘latgichlar quvvatini rostlagichlar ВУП - 5 asosining o‘ng tarafida joylashgan. Qizdirgichlarni ulash va uzish signal lampalari va “ВКЛ”, “ОТКЛ” tugmalari, “ИСП 1”, “ИСП 2A”, “ИСП 2Б” tugmalari va “МОЩНОСТЬ 1”, "МОЩНОСТЬ 2 “ qizdirgichlar quvvatini rostlash dastalari boshqarish pultining o‘ng tomonida, “НАПРЯЖЕНИЕ” tugmasi esa - vertikal pultda joylashgan. Yoysimon reyka vakuumda aylanma harakatni amalga oshiruvchi kiritgich valiga o‘rnatilgan tishli g‘ildirakka ilashgan. Kiritgichning aylanishi bug‘latgichlarni berkitgichlarini navbat bilan ochish yoki vopishga imkon beradi. Bug‘latgichlarni himoyalovchi ekranlari bir bug‘latgichning ikkinchisi bilan prazit changlanishini oldini olish, hamda bir vaqtning o‘zida issiqlik ekrani bo‘lib ham hizmat qiladi. “1” va “2A”, “2Б” bug‘latgichlari mustaqil taminlash manbalariga ega. "1” bug‘latgichni yoki ko‘mirlarni bug‘latish moslamasini ulash uchun o‘ng pultning “ВКЛ” va “ИСП1” tugmalarini vertikal pultdagi “НАПРЯЖЕНИЕ” tugmasini bosish va “МОЩНОСТЬ 1” roslagichi bilan talab qilingan bug‘latish rejimini olish mumkin. “2А” (yoki”2Б”) bug‘latgichni ulash uchun o‘ng pultdagi “ВКЛ” va “ИСП2A” (yoki “ИСП2Б”) tugmalarini, vertikal pultdagi “НАПРЯЖЕНИЕ” tugmasini bosish va “МОЩНОСТЬ 2” rostlagichi bilan talab qilingan bug‘latish maromi olish mumkin. 170 Rezistiv bug‘latgichlardan iborat termik bug‘latish uchun mo‘ljallangan moslama bir-biridan alohida bo‘lgan bir qator elementlardan tashkil topgan bo‘lib, ular bir-biri bilan elektrik bog‘langan. “1”, “2A”, “2Б” klemmalari (bug‘latgichlar magazini, bug‘latgichlarni o‘rnatish uchun) ishchi hajmda o‘matilgan. Elektron bug‘latgich 4- rasmda keltirilgan. Bu moslama sochiluvchi moddalami tigellardan bug‘latish , hajmda katta miqdorda moddani bug‘latish zaruryati tug‘ilganda qo‘llaniladi. Bug‘latgich ishchi hajmining asosida (4-rasm) elektrik yerga ulangan tirgakka o‘rnatilib, maxsus ugolok 13 da qistirgich bilan qotiriladi. va 8 tig‘larga yuqori voltli to‘g‘irlagichdan o‘tkazgich 9 orqali yuqori kuchlanish beriladi. Katodlar 7 o‘tkazgichlar 10 orqali “2A”, “2Б” bug‘latgichlarga ulanadi. Korpus 1da korpus 3dan izolyator 14 bilan izolyasiyallangan tigellar o‘rnatiladi. Bunda katta miqdorda yoki sochiluvchi moddalami bug‘latish imkoni tug‘iladi. Elektron bug‘latgich ishlaganda tigel 5 yoki 8 dan biri o‘matiladi. Ekranlar (2 va 4) fokuslovchi elektrod vazifasini bajaradi. Elektron bug‘latgichni ulash va ishlatish uchun bug‘latgichni ishchi hajmga yuqorida keltirilganidek joylashtirish zarur. O‘ng pultdagi “ПЭ1” yoki “ПЭ2” tugmasini va vertikal pultdagi “НАПЫЛЕНИЕ” tugmasini bosish va “МОЩНОСТЬ 1” yoki “МОЩНОСТЬ 2” rostlagichlari bilan moddani bug‘latishning talab qilingan maromini o‘rnatish zarur. 4-rasm. Elektron bug‘latgich. “МОЩНОСТЬ 1” yuqori kuchlanish rostlagichi, “МОЩНОСТЬ 2” esa katodlar qizdirgichining rostlagichi hisoblanadi. TAJRIBA QISMI ISHNI BAJARISH TARTIBI 1. Elektron bug‘latgichni(2-rasm) ishchi hajmga o‘rnating. 171 2. Tigellarga bug‘lantirilishi kerak bilan moddani joylashtiring. 3. Taglikni ishchi hajmga o‘rnating. 1. Ishchi hajmni berkitib, qurilmaning vakuum olish tizimini ishga tushiring. Buning uchun 7-laboratoriyada keltirilgan ko‘rsatmalarni bajaring. 2. Kerakli darajada vakuum hosil bo‘lgandan keyin bug‘latish jarayonini boshlang. 3. O‘ng pultdagi “ПЭ1” yoki “ПЭ2” tugmasini va vertikal pultdagi “НАПЫЛЕНИЕ” tugmasini bosish va “МОЩНОСТЬ 1” yoki “МОЩНОСТЬ 2 “ rostlagichlari bilan moddani bug‘latishning talab qilingan maromini o‘rnating. NAZORAT SAVOLLARI 1. Elektron nurli bug‘latish bilan yupqa plenkalarni olishning afzalliklari. 2. Qurilmaning vakuum hosil qilish tizimi. 3. Yupqa plenkalarning xossalariga vakuumning ta’siri Laboratoriya ishi bo‘yicha hisobot shakli № 2 laboratoriya ishi bo‘yicha HISOBOT Vakuumda elektron nur orqali termik bug‘latish usuli bilan materiallarning yupqa plenkalarini olishni o‘rganish ishning maqsadi: 1. Tajriba qurilmasining elektr sxemasi 2..... Tajriba qurilmasining elektr sxemasi: Laboratriya ishini bajarishda foydalanilgan asboblar va jihozlarning ro‘yxati Asboblar va jihozlarning nomi Tip, marka Jadval 1. O‘lchash va hisoblashlar natijalari 172 Soni Laboratoriya ishi №3 Vakuumda rezistiv termik bug‘latish usuli bilan materiallarning yupqa plenkalarini olishni o‘rganish. Ishning maqsadi – Vakuumda rezistiv termik bug‘latish usuli bilan металларнинг yupqa plenkalarini olish texnologiyasini o‘zlashtirish. Nazariy qism Hozirgi vaqtda bug‘lanish va metall atomlarining kondensasiyasi jarayonlarining fizikaviy asoslari yetarlicha batafsil ishlab chiqilgan. Metall va qotishmalarning bug‘lanishini tasvirlaydigan keng qamrovli nazariya ishlab chiqilgan. Bu nazariya gazlarning molekulyar-kinetik nazariyasiga asoslangan. Metall atomlarning bug‘lanishini ta’riflovchi asosiy tenglama Hyertz-Knudsen tenglamasi htsoblanadi: dN  1  S (2mRT ) 2 ( P *  p ), dt Bu yerada N  -sirt maydonini tark yetgan atomlar soni; m- atomlarning massasi; p - gaz bosimi; P * - termodinamik muvozanat bosimi; p- gaz fazasida bug‘langan moddalarning gidrostatik bosimi. Xertz-Knudsen tenglamasini tahlil qilish shuni ko‘rsatadiki, bug‘lanish har qanday haroratda amalga oshiradi. Xona haroratida ham materiya bug‘lari hosil bo‘ladi, bosim (yoki zichligi) juda kichik bo‘lishi mumkin. Vakuumli qoplamalar texnologiyasida modda ~ 1 Pa (10-2 mm Hg) bosimiga ega bo‘lgan atom oqimi hosil bo‘lib, v > 0,1 nm / s tezlikda qoplamlar hosil bo‘lishini ta’minlaydi. Aksariyat metallar uchun bu shart 1000-2000 °C gacha bo‘lgan bug‘lanish haroratiga mos keladi. Umumiy holda, metall atomlarining gaz fazasiga o‘tishi qattiq bug‘ (sublimasiya) yoki suyuq bug‘ mexanizmlari orqali amalga oshishi mumkin. Vakuumdagi moddalarning bug‘lanishi maxsus qurilma - bug‘latgich yordamida amalga oshiriladi. Bunday holda bug‘lanish moslamasi quyidagi asosiy talablarga javob berishi kerak:  Bug‘latgich moddasining bug‘lanish bosimi bug‘lanish haroratida kichik bo‘lishi kerak. Agar bu shart bajarilmasa, kimyoviy toza qoplamalarni olish mumkin yemas. Bunga qo‘shimcha ravishda, bug‘lanish moslamasi ishlaganda u ishdan chiqishi mumkin;  bug‘lantiruvchi moddaning sirti bug‘langan moddalarning yeritmasi bilan yaxshi namlanishi kerak va shu bilan birga ular orasida yaxshi issiqlik uzatilishi mavjud bo‘lishi kerak;  bug‘langan moddalar bug‘latgich moddasi bilan kimyoviy birikmalar hosil qilmasligi kerak. Pirovardida olingan kimyoviy birikmalar yuqori issiqlik stabilligiga ega bo‘lsa va yuqoridagi talablarga javob bersa, unda ruxsat yetiladi;  bug‘lanish moslamasi yetarlicha plastik bo‘lishi kerak va undan turli shakldagi bug‘latgichlarni yasash mumkin bo‘ladi. 173 Yuqorida aytib o‘tilganidek bug‘langan atomlarning oqimidan hosil qilingan dastlabki qoplamalar 1857 yilda Faradey tomonidan, elektr tokini ular ichidan o‘tkazilganda inert atmosferada metall simlarni bug‘lantirish bilan amalga oshirilganda olingan. Hozirgi vaqtda ushbu texnologiya alyuminiy, mis, kadmiy, sink va nisbatan past bug‘lanish haroratga ega bo‘lgan boshqa metallar qoplamalarini olishda keng qo‘llaniladi. Rezistiv bug‘lanish orqali qoplamalarni olish texnologiyasi quyidagi asosiy afzalliklarga ega:  Metall, dielektrik, yarimo‘tkazgichlardan qoplama olish imkoniyati;  Texnologiya nisbatan oddiy qurilmalar yordamida amalga oshiriladi;  Qoplamalarni yuqori tezlikda biriktirish va keng ko‘lamdagi tartibga solish imkoniyati. Biroq, ushbu texnologiya quyidagi kamchiliklarga ega:  Bug‘lanish jarayonining yuqori darajadagi inertligi;  Atomlarning oqimini nazorat qilishdagi qiyinchilik;  Oqimdagi atomlarning past darajada ionlashi va buning natijasida, cho‘kindi qoplamalarning past adgeziyasi va turg‘unligi;  ayrim hollarda qiyin eriydigan metallardan qoplamalarni olishning iloji yo‘q. Yuqorida ta’kidlab o‘tilganidek, bug‘latish bug‘latgichlar yordamida amalga oshiriladi. Chidamli bug‘latgichlar, ularning tuzilishiga qarab, tasmali, burmalilarga ajratiladi. Simli bug‘latgich qurilmalari oddiy tuzilish va ishlab chiqarish texnologiyasi bilan ajralib turadi. Bug‘lantiruvchi moddalar sifatida qiyin eriydigan metallardan foydalaniladi: volfram, molibden, tantal va boshqalar. Bug‘latgichning shakli turlicha bo‘lishi mumkin. Bug‘latgichning eng keng tarqalgan variantlari 1-rasmda keltirilgan. Simning diametri 0,5-1,5 mm dir va u kesma bo‘ylab bir xil bo‘lishi kerak, aks holda lokal isib ketish va keyinchalik uzilishi mumkin. Simli bug‘latish qurilmalari quyidagi asosiy kamchiliklarga ega:  kukunlarni bug‘lanish imkoni yo‘q;  moddaning atomlari barcha yo‘nalishlarda tarqaladi va uning sarfi katta. (bug‘langan materialning foydali sarflanishi past bo‘ladi). 1 –rasm. Simli bug‘latgichlar: a - shoxsimon shakldagi sim; b - sinusoidal sim; v- ko‘p qatlamli spiral; g-o‘zagi volframli isitgich; d - konusli spiral. 174 Tigelli bug‘latgich vannachadan tashkil topgan bo‘lib, uning ichiga metall joylashtiriladi. Tigel elektr toki o‘tkazmayligan materialdan tayyorlanishi mumkin. Bunday holda bug‘lanish haroratini ta’minlash uchun alohida isitish yelementi ishlatiladi. Tigel materiallari sifatida BeO (Tm ~ 1800 °C), ToO (Tm = 2200 °C), grafit, Al2O3, W, Mo, Ta, TrO2 va boshqa qiyin eriydigan materiallar qo‘llaniladi. 2 –rasm. Tasmali bug‘latgichlar: 1, 2 va 3 - sirtiy bug‘latgichlar; 4 – qayiqchali bug‘latgich; 5- 9 - silindrli bug‘latgich. Tigelli bug‘latgich moslamasidan foydalanib, bug‘langan materialni bug‘lanish zonasiga yetkazib beradigan maxsus tizimlardan foydalanmasdan ham qalin qoplamalar olinilishi mumkin. Hozirgi vaqtda ushbu turdagi bug‘latgichlarning ko‘plab turlari ishlab chiqilgan. Ularning asosiy kamchiligi, gaz oqimlari yeritilgan metall orqali o‘tishi kerak, chunki harorat tigel devorlarida eng yuqori bo‘ladi. Natijada, yuqori bug‘lanish temperaturalarida (bug‘lanish tezligi) gaz oqimlarida tomchi fazalar yuzaga keladi. Taglik yuzasida metall tomchi joylashsa, qoplamlarning fizikaviy va mexanik xrssalari keskin yomonlashadi. Qotishmalar, murakkab birikmalarning qoplamalarini olishda ham bir qator qiyinchiliklar yuzaga keladi. Qotishmalardan qoplamalar ikki asosiy usulda olinishi mumkin: 1. Qotishmani isitish va bug‘lantirish. Bunday holatda, yuqori muvozanat bug‘lari bosimiga ega bo‘lgan qotishmaning tarkibiy qismi dastlab bug‘lanadi deb hisoblash kerak. Natijada, yuzada kimyoviy tarkibi bir xil bo‘lmagan qalinlikdagi qoplama hosil bo‘ladi. Kimyoviy tarkibni tenglashtirish uchun bu qoplamalar, albatta, issiqlik bilan ishlov berishga (diffuzion toblash) jalb qilinadi. 2. Bug‘ komponentlarini alohida bug‘latgichlardan bug‘latish. Misol uchun, bunday usullar bilan mis va sink alohida bug‘lantirilib, latun qoplamalar olinadi. Ushbu usulning asosiy kamchiliklari taglikda bir xil qoplamalar olish uchun 175 maxsus choralarni ko‘rish zarurati (taglikni yoki bug‘lantiruvchilarni harakatlantirish, ekranlarni ishlatish va boshqalar). Bir qator texnologik yechimlarda, qotishmaning stexiometrik tarkibini saqlab qolish va uning yuqori fizikaviy va mexanik xossalarga ega bo‘lishi uchun qotishmalarni olishda portlab bug‘latish usullari (issiqlikdan chaqnash) ishlatiladi. TAJRIBA QISMI Laboratoriya qurilmasining bayoni Tajriba qurilmasining umumiy ko‘rinishi 3-rasmda keltirilgan. 3- rasm.Qurilmaning umumiy ko‘rinishi. Asosda maxsus o‘tkazuvchi teshiklar bo‘lib, ularda qurilmaning harakatlanuvchi dastalari o‘matilgan .Ishchi hajmning shisha qalpog‘i organik shishadan tayyorlangan silindr 12 bilan himoyalangan. Himoya silindrisiz asbobda ishlash mutloqa taqiqlanadi. Bug‘latgichlarni ta’minlash uchun qizdirgich transformatorlari va bug‘latgichlar quvvatini rostlagichlar ВУП - 5 asosining o‘ng tarafida joylashgan. Qizdirgichlarni ulash va uzish signal lampalari va “ВКЛ”, “ОТКЛ” tugmalari, “ИСП 1”, “ИСП 2A”, “ИСП 2Б” tugmalari va “МОЩНОСТЬ 1”, "МОЩНОСТЬ 2 “ qizdirgichlar quvvatini rostlash dastalari boshqarish pultining o‘ng tomonida, “НАПРЯЖЕНИЕ” tugmasi esa - vertikal pultda joylashgan. Bug‘latgichlar magazinida rezistiv tipdagi bug‘latgichlar uchun uchta o‘rnatiladigan joy ko‘zda tutilgan: savatchalar, spiralchalar va effuz tipli bug‘latgichlar. Har bir o‘rnatiluvchi joy ochiladigan berkitgichli 13 osongina olinadigan himoyalovchi ekranlar bilan ajratilgan. Berkitgichlar yoysimon reykadagi vosita yordamida harakatga keltiriladi. Yoysimon reyka vakuumda aylanma harakatni amalga oshiruvchi kiritgich valiga o‘rnatilgan tishli g‘ildirakka ilashgan. Kiritgichning aylanishi bug‘latgichlarni berkitgichlarini navbat bilan ochish yoki vopishga imkon beradi. Bug‘latgichlarni himoyalovchi ekranlari bir bug‘latgichning ikkinchisi bilan prazit changlanishini oldini olish, hamda bir vaqtning o‘zida issiqlik ekrani bo‘lib ham hizmat qiladi. “1” va “2A”, “2Б” bug‘latgichlari mustaqil taminlash manbalariga ega. "1” bug‘latgichni yoki ko‘mirlarni bug‘latish moslamasini ulash uchun o‘ng pultning “ВКЛ” va “ИСП1” tugmalarini vertikal pultdagi “НАПРЯЖЕНИЕ” tugmasini bosish va 176 “МОЩНОСТЬ 1” roslagichi bilan talab qilingan bug‘latish rejimini olish mumkin. “2А” (yoki”2Б”) bug‘latgichni ulash uchun o‘ng pultdagi “ВКЛ” va “ИСП2A” (yoki “ИСП2Б”) tugmalarini, vertikal pultdagi “НАПРЯЖЕНИЕ” tugmasini bosish va “МОЩНОСТЬ 2” rostlagichi bilan talab qilingan bug‘latish maromi olish mumkin. Rezistiv bug‘latgichlardan iborat termik bug‘latish uchun mo‘ljallangan moslama bir-biridan alohida bo‘lgan bir qator elementlardan tashkil topgan bo‘lib, ular bir-biri bilan elektrik bog‘langan. “1”, “2A”, “2Б” klemmalari (bug‘latgichlar magazini, bug‘latgichlarni o‘rnatish uchun) ishchi hajmda o‘matilgan. ISHNI BAJARISH TARTIBI 4. Bug‘latgichni ishchi hajmga o‘rnating. 5. Tigellarga bug‘lantirilishi kerak bilan moddani joylashtiring. 6. Taglikni ishchi hajmga o‘rnating. 7. Ishchi hajmni berkitib, qurilmaning vakuum olish tizimini ishga tushiring. Buning uchun 7-laboratoriyada keltirilgan ko‘rsatmalarni bajaring. 8. Kerakli darajada vakuum hosil bo‘lgandan keyin bug‘latish jarayonini boshlang. 9. O‘ng pultdagi “МОЩНОСТЬ 1” yoki “МОЩНОСТЬ 2 “ rostlagichlari bilan moddani bug‘latishning talab qilingan maromini o‘rnating . NAZORAT SAVOLLARI 1. Termik bug‘latish bilan yupqa plenkalarni olishning afzalliklari. 2. Qurilmaning vakuum hosil qilish tizimi. 3. Yupqa plenkalarning xossalariga vakuumning ta’siri Tajriba qurilmasining elektr sxemasi: Laboratriya ishini bajarishda foydalanilgan asboblar va jihozlarning ro‘yxati Asboblar va jihozlarning nomi Tip, marka Soni Jadval 1. O‘lchash va hisoblashlar natijalari Jadval 2. O‘lchash va hisoblashlar natijalari 177 Laboratoriya ishi №4 Lazer nuri bilan bug‘latish orqali materiallarning yupqa plenkalarini olishni o‘rganish. Ishning maqsadi – Lazer nuri bilan bug‘latish orqali materiallarning yupqa plenkalarini olishni texnologiyasini o‘zlashtirish. Nazariy qism Lazer usuli bilan yupqa parda olinganda, modda elektromagnit nur bilan qizdiriladi va bug‘latiladi. Lazer bilan yupqa parda olish sxemasi 1-rasmda keltirilgan. Vakuum kamerasidan tashqarida optik kvant generatori joylashtirilgan. Shaffof oyna 4 orqali o‘tgan lazer nuri 1 ko‘zgudan qaytadi va namuna sirtiga tushadi. Odatda, lazer nurining namuna sirtida skanlanishi ko‘zguni siljitish orqali amalga oshiriladi. Qoplama olish uchun lazer nuri qo‘llanilsa, metall atomlari bug‘lanadi va keyinchalik taglik sirtiga o‘tiradi. 3 4 OKG (lazer) 1 2 vakuum 1-rasm. Lazer usuli bilan yupqa parda olish sxemasi.       Lazer texnologiyasi quyidagi afzalliklarga yega: Bug‘lantiruvchi qurilmalar uchun yuqori voltli manbalarni qo‘llash shart yemas. Qoplama olish uchun deyarli ideal sharoit yaratiladi, chunki lazer nuri bilan faqat bug‘lanuvchi modda qizdiriladi. Oqimdagi yuqori yenergiyali zichlikka yerishish yehtimoli 108 ... 109 Vt / sm2 ni tashkil yetadi va buning natijasida yeng qiyin eriydigan materiallardan va diyelektriklardan yupqa pardalar olish mumkin. Oniy katta tezlikda bug‘latish amalga oshirilganligi sababli (103-105 nm/s), qatlamlarning sifati yaxshi bo‘ladi, yupqa parda bir jinsli, uzluksiz va yuqori dispersli strukturaga ega bo‘ladi. Bug‘lanish jarayoni yuqori darajada turg‘un, chunki lazer bilan bug‘latish tizimida vakuum darajasiga nisbatan qat’iy talablar qo‘yilmaydi. Yuqori mahsuldorliksamaradorlik va texnologoviylik. 178 Materiallarning bug‘lanishi uchun odatda to‘lqin uzunligi λ = 10,6 mm bo‘lgan CO2 lazerlar, shuningdek λ = 0,6943 mm va λ = 1,06 mm bo‘lgan neodim lazerlar bilan qattiq jismli(rubin) lazerlardan foydalaniladi. Ko‘pincha bug‘lanish va lazer nurlanishini nazorat qilish samaradorligini oshirish uchun impulsli lazerli tizimlar qo‘llaniladi. Metall va qotishmalarning bug‘lanishi uchun impuls chastotali f = 50 Hz va impuls davomiyligi 10-8 s va impuls quvvati 5·108 ... 5·109 Vt / sm2 bo‘lgan impulsli lazerli tizimlar tavsiya yetiladi. Yarimo‘tkazgichlarning samarali bug‘lanishi lazer nurining quyidagi parametrlarida amalga oshadi: chastota f = 10 kHz, puls davomiyligi ~ 200 ns va impulsdagi quvvat 107 ... 108 Vt / sm2. Lazer nurini sirt ustida skanerlash taglik sirtida bir jinsli va uzluksiz yupqa pardalar olish imkonini beradi. Lazer bilan bug‘latishning eng muhim fiziko-ximiyoviy parametri bo‘lib OKGning ish maromi hisoblanadi.U bug‘lanish zonasidagi temperaturani va bug‘lanish tezligini va mos ravishda murtaklar hosil bo‘lish jarayonining mexanizmini, strukturasini va yuzaga kelayotgan yupqa pardaning xossalarini belgilaydi. Lazerning uch asosiy maromi mavjud: 1. Sekundli impuls (SI) ish maromi. Ushbu marom bilan hatto yeng murakkab organik birikmalarni ham ajratmasdan bug‘lantirish imkoni mavjud. Kechayotgan fazaviy o‘zgarishlar nisbatan muvozanat xarakterga yega. 2. Milisekundli (MI) ish maromi. Impulsning bunday davomiyligida lazer nuri zonasida ximiyoviy birikmalarning dissosasiyalanishi kuzatilishi mumkin. 3. Nanossekundli impuls (NI) ish maromi. Ushbu maromda alohida impulslarning yenergiyasi juda yuqori, shuning uchun bug‘lanish zonasida oniy vaqtda juda yuqori haroratli temperaturalar yuzaga keladi, bug‘ning to‘liq dissosasiyasi va ionlashuvi sodir bo‘ladi. NI rejimida solishtirma bug‘lanish ϐ ~ 0,01 mg / J ni tashkil qiladi, MI maromida esa solishtirma bug‘lanish ϐ ~0,1 mg / J. Kukunlardan foydalanilganda ϐ kattaroq bo‘ladi, chunki issiqlik o‘tkazuvchanlikga yo‘qotishlar kamayadi. NI rejimida bug‘latilganda turli energiyaga ega bo‘lgan elektronlar, ko‘p marta ionlangan atomlar va molekullardan tashkil topgan yo‘nalgan oqim yuzaga keladi. zarrachalarning zarba ichidagi vaqtinchalik ajratilishi sodir bo‘ladi. Natijada bug‘lanish zonasida harakatlanadigan zarrachalar paketi hosil bo‘lib, uning old qismi yuqori energiyaga ega bo‘lgan yelektronlardan va ko‘p zaryadli ionlardan tashkil topadi (2-rasm). Ularning yenergiyasi 100 eV va undan yuqori. 179 2-rasm. NI ish maromida lazer nuri ta’sir qilishi natijasida yuzaga kelgan zarrachalar paketi oqimining tarkibi. Paketning o‘rtasida nisbatan sekin bir marta zaryadlangan ionlar va yelektronlar harakatlanadi. ~ 1 yeV yenergiyaga yega neytral zarrachalar paketning yakunida joylashadi. Bunday tezkor zarrachalar ta’sirida taglik yuzasidagi sirt qatlamlari qisman yemiriladi va sirtning qizishi ham yuz beradi. Bunday ta’sir natijasida sirt qatlamlarida radiasiion nuqsonlar ham hosil bo‘lishi mumkin. Shu nuqtai nazardan qaraganda, NI maromda yupqa pardalar shakllantirilganda bug‘lanuvchi sirtdan taglikgacha bo‘lgan masofa muhim texnologik parametr hisoblanadi. Ushbu masofani o‘zgartirish orqali, yupqa pardani shakllantirish sharoitlarini o‘zgartirish mumkin. Zarralar paketi yetarli darajada katta masofani bosib o‘tganda, tezliklar farqlanishi hisobiga taglikga kelayotgan zarrachalarni moslashtirish mumkin va ularning impulsi sirtga ta’sir etmaydi. Shuni ham nazarda tutish kerakki, impulsli yupqa pardalar qo‘llanilganda, taglik yuzasi siklik termal deformasiyalarga uchraydi va u yupqa pardalarning tuzilishiga va xususiyatlariga ta’sir ko‘rsatishi mumkin. TAJRIBA QISMI Laboratoriya qurilmasining bayoni Tajribani o‘tkazish uchun “Kvant-15” sanoat lazer qurilmasi va VUP-5 vakuum qurilmasidan foydalaniladi. VUP-5 vakuum qurilmasining texnik ko‘rsatgichlari va mo‘ljallanishi 2,3, 7 laboratoriya ishlarida batafsil bayon qilingan. “Kvant-15” lazer qurilmasi bilan ishlash ko‘rsatmasi alohida tayyorlangan. ISHNI BAJARISH TARTIBI “Kvant-15” lazer qurilmasidan foydalanish bo‘yicha ko‘rsatmani to‘liq o‘rganib chiqing. 11.Bug‘latgichni ishchi hajmga o‘rnating. 12.Tigellarga bug‘lantirilishi kerak bilan moddani joylashtiring. 13.Taglikni ishchi hajmga o‘rnating. 14.Ishchi hajmni berkitib, qurilmaning vakuum olish tizimini ishga tushiring. Buning uchun 7-laboratoriyada keltirilgan ko‘rsatmalarni bajaring. 10. 180 15.Kerakli darajada vakuum hosil bo‘lgandan keyin bug‘latish jarayonini boshlang. 16.“Kvant -15” lazer qurilmasini ishga tushiring. Lazer nurining kerakli quvvatin i tanlang va bug‘latishni amalga oshiring. NAZORAT SAVOLLARI 4. Lazerli bug‘latish bilan yupqa plenkalarni olishning afzalliklari. 5. Qurilmaning vakuum hosil qilish tizimi. 6. Yupqa plenkalarning xossalariga vakuumning ta’siri № 4 laboratoriya ishi bo‘yicha HISOBOT Lazer nuri bilan bug‘latish orqali materiallarning yupqa plenkalarini olishni o‘rganish. IShNING MAQSADI: 1. 2..... Tajriba qurilmasining elektr sxemasi: Laboratriya ishini bajarishda foydalanilgan asboblar va jihozlarning ro‘yxati Asboblar va jihozlarning nomi Tip, marka Soni Jadval 1. O‘lchash va hisoblashlar natijalari 181 Laboratoriya ishi №5 Ionli changitish metodi bilan yupqa plenkalar olish texnologiyasini o‘rganish. Ishning maqsadi – Vakuumda иonli changitish metodi bilan металларнинг yupqa plenkalarini olish texnologiyasini o‘zlashtirish. Nazariy qism Qattiq jismning sirti undagi atomlarning bog‘lanish energiyasidan katta energayali atomlar, ionlar yoki molekulalar bilan bombardimon qilinganda shu jism atomlarini urib chiqarish — changitish sodir bo‘ladi. Changitilgan zarralar tezligi ularning issiqlik tezligidan sezilarli darajada katta bo‘ladi. Shunday katta tezlikdagi zarralar kondensasiyasidan qatlam qoplamalari olishda foydalanish mumkin. Changitishning bombardimon qiluvchi zarralari musbat ionlar bo‘lgan quyidagi bir necha usullari bor: 1-rasm. Changitilgan diod usuli tarhi 1. D i o d u s u l i. Usulning tarfii 1-rasmda keltirilgan. Bunda katod 1 changitiladi. Changitilgan material tagliklarda 3 kondensasiyalanadi, Tagliklar anod plastinkada 2 mahkamlangan bo‘ladi. Qizdirgich 4 yordamida tagliklar haroratini o‘zgartirish mumkin. Katodni changitish uni katod va anod o‘rtasida yondirilgan miltillama razryad ionlari bilan bombardimon qilinganda sodir bo‘ladi. Tizimdagi gaz bosimi ikki talabga javob berishi kerak: miltillama razryad yoqishi va changitilgan zarrachalarning erkin yugurish yo‘li uzunligani imkoni boricha kamroq chegaralashi kerak. Odagda bu bosim 10-2 tor ni tashkil qiladi. 2. T r i o d u s u l i (2-rasm). Cho‘g‘latilgan katod 1 va anod 2 orasida kam tokli yoysimon razryad yoqiladi. Nishon 3 changitiluvchi material sifatida ishlatiladi (u Lengmyur zondining xuddi o‘zidir). Razryadda vujudga kelgan musbat ionlar elektr maydon ta’sirida nishon 3 ga yo‘naltiriladi, uni changitadi va changatilgan material 4 tagliklarga o‘tiradi, tagliklar harorati 5 qizdirgich 182 yordamida o‘zgartirilishi mumkin. Qizdirilgan katod termoelektron emissiyasini qo‘llash natijasida yoysimon razryad miltillama razryadning yonish bosimi (~10−3 mm sim. ust.) dan kam bo‘lgan bosimlarda yonadi. Bosimni bundan ham kamaytirish magayetron ta’siri (effekti) ni qo‘llashda amalga oshirilishi mumkin. 2-rasm. Changitgichning triod usuli tarihi 3-rasm. Ar+ ionlari bilan bombordimon qilingan Cu ning changitish koeffisiyentining energiyaga bog`lanishi. Razryad yo‘nalishida kuchsiz magnit maydon hosil qilinsa, ko‘pchilik elektronlar trayektoriyasi spiralsimon ko‘rinishga kelib, buning oqibatida elektronlarning yo‘l uzunligi ortadi va bitta elektron vujudga keltiradigan Y u q o r i c h a s t o t a l i c h a n g i t i s h. O‘zgarmas tok razryadini dielektrik materiallarni changitish uchun qo‘llab bo‘lmaydi, chunki nishonda musbat zaryad to‘planib qoladi. Bunday hollarda chastotasi 10—50 MHz bo‘lgan yuqori chastotali razryad (o‘zgaruvchan tok razryadi) ishlatiladi. Nishon bunday razryadda galma-gal musbat ionlar va elektronlar tomonidan bombardimon qilinadi, bu esa unda zaryad to‘planishining oldini oladi. 183 Yuqoridagi usullarning hammasida qatlam kondensasiyasi changitish jarayoni qonuniyatlari asosida aniqlanadi. Bu jarayon changitish koeffietsiyenti (bitta ion yordamida urib chiqarilgan zarrachalar soni) bilan aniqlanadi. 1-2rasmlarda changitish koefisiyenti uchun asosiy bog‘lanishlarga misollar keltirilgan. Changitish koeffisiyentining bombardimon qilinayotgan materialning atom nomeriga bog‘liqligi 3-rasmda ko‘rsatilgan. 1-jadvalda bir qator ionlar va materiallar uchun changitishning eng kichik energiyalarining qiymatlari berilgan. Changitish usulining muhim afzalligi shundaki, yetarli darajadagi katta tezliklar bilan nisbatan sovuq tagliklarda qiyin eruvchan materiallar qatlamlarini olish mumkin. 4-rasm. Misnni changitish koeffisiyentini 45 keV energiya bilan bombordimon qiluvchi ionlarning atoм raqamiga bog`liqligi. 5-rasm. Mo, Ni, va Pt uchun changitish koeffisiyentini 200 keV energiyali simob ionlarining tushish burchgiga bog`liqligi. 184 Ionli changitish qotishmalar qatlamini olishda eng samarali usul hisoblanadi. Chunki, changitish past haroratlarda, nishon atomlarining amaliy jihatdan diffuzion aralashuvi bo‘lmaydigan paytda sodir bo‘ladi. Umumiy holda changitish jarayonining tanlovchanlik xususiyatini e’tiborga olish kerak. Biroq changitishning tanlovchanligi shunga olib keladiki, ozgina vaqt o`tgandan so‘ng, changiyotgan sirtning stexiometrik tarkibi o`zgaradi. Ammo namunaning muvozanat holati ko‘pincha dalabki holatdan uncha farq qilmaydi. Masalan, nixrom changiganida (Ni — 80%, Cr — 20%) nikelning qatlamidagi miqdori (tarkibi) 72—90% atrofida bo‘ladi. Changish tezligi (𝑣 ) deb vaqt birligida sirt birligidan changigan modda miqdoriga aytiladi. Qatlam o‘stirish nuqtai nazaridan changish tezligiga mutanosib bo‘lgan qatlam olish tezligi 𝑣𝑞.𝑜 kattaligani kiritish maqsadga muvofiqdir. Tabiiyki, 𝑣𝑞.𝑜 ishchi qiymati o‘z ichiga nafaqat (𝑣𝑟 ) ning fizik xarakteristikasini, balki chagitish qurilmasi geometriyasini ham oladi. 2-jadvalda misol tariqasida magnetron qurilmada ba’zi metallar qatlamlarini olish tezliklari berilgan. -j a d v a l. Ionli changitishning chegaraviy qiymatlari (eV larda) Ionlar Ionlar N e Ar Kr X e Metalla r Be 12 15 15 15 Al 13 13 15 18 Ti 22 20 17 V 21 23 Cr 22 Fe H g Metalla r N e Ar K r X e H g 3 2 Mo 24 24 28 27 18 Rh 25 24 25 25 18 25 Pd 20 20 20 15 25 28 25 Ag 12 15 15 17 22 18 20 23 Ta 25 26 30 30 20 25 22 22 W 35 33 30 30 Co 20 25 22 22 Re 35 35 25 30 Ni 23 21 25 20 Pt 27 25 22 22 Cu 17 17 16 15 Au 20 20 20 18 20 185 2 0 3 0 3 5 2 3 Ge 23 25 22 18 25 Th 20 24 25 25 Zr 23 22 18 25 30 U 20 23 25 22 Nb 27 25 26 32 2 7 2-j a d v a l Ba’zi materiallar uchun qoplanish tezligi qiymatlari Material Kumish 𝒗𝒒 𝒏𝒎/𝒔 30 Material Material Oltin 25 ,8 𝒗𝒒 𝒏𝒎/𝒔 Kremniy 4 , 6 Alyuminiy 11,7 Molibden 9, Tantal 5 7 , 5 Xrom 1,2 Niobiy 6. Titan 5 0 , 0 Mis 21 Palladiy 22 Vanadiy 9 ,2 , 2 Germaniy 11 Platina 16 Volfram 5 ,7 , 5 Changitish usulining muhim afzalligi — katta yuzaga bir xil qalinlikdagi qatlamlar yuritish imkoniyati borligida bo‘lib, bu holda zarrachalar bug‘lantirish qurilmalaridagidek nuqtali manbadan emas, balki katta yuzali changlanayotgan nishondan uchib chiqadilar. Texnologaya nuqtai nazaridan bu usulning inersiyasizligini ham qayd qilish zarur, chunki changitish jarayoni bombardimon qiluvchi ionlarni tezlantiruvchi kuchlanishni ulash yoki uzish bilan boshqariladi. Changitish usulini amalga oshirish uchun unumdorligi yuqori bo‘lgan bo‘shliq qurilmalari yaratilgan. Masalan hozirgi paytda mikroelektron ishlab chiqarish texnologiniyasi tarkibida "Oratoriya-5" nomli uzluksiz ishlovchi agregat qo‘llanilmoqda. U asosan kremniy tagliklariga alyuminiy qatlamlarini yuritishga mo‘ljallangan. Bir butun texnologik siklda plastinalarga ketma-ket ishlov berish prinsipi agregatning ish asosini tashkil qiladi Qatlam olish texnologiyasi quyidagi jarayonlarga bo‘linadi: 1. Tagliklarni joylashtirshm va olish. Bir tekislikda ko‘chiruvchi mexanizmdagi tagliklar vakuum kamerasiga joylashtiriladi. Vakuum tizimida 186 ~5 ∙ 10−7 mm. sim. ust gacha bosim olinadi. Shundan so‘ng kameraga texnologiya gazi (O2, freon) kiritiladi va tagliklarni yuqori chastotali razryadda plazmaviy-kimyoviy tozalash jarayosh amalga oshiriladi. 2. Qizdirish. Tozalash uchun kiritilgan gazlar so‘rib olingandan so‘ng tagliklar 2-holatga (pozisiyaga o‘tkaziladi va unda ularni qizdirish amalga oshiriladn qizdirish quvvati ~3 kWt ni tashkil etadi. 3. Bu holatda qatlam olish jarayoni kechadi. Ikkita magnetron changitkich yordamida metallar qatlamini olish ta’minlanadi. Fizikaviy va reaktiv changitishning afzalliklari: - changitilgan zarrachalarning energiyasi yuqoriroq bo‘lganligi natijassda plenkaning taglikga yaxshi adgeziyasi; - jarayonning inersion emasligi; - dastlabki komponentlar nisbatini o‘zgartirmay ko‘p komponentli moddalarni changitish va o‘tqazish; - changitishning past temperaturasi. TAJRIBA QISMI Laboratoriya qurilmasining bayoni Tajriba qurilmasining umumiy ko‘rinishi 6-rasmda keltirilgan. 6- rasm.Qurilmaning umumiy ko‘rinishi. Asosda maxsus o‘tkazuvchi teshiklar bo‘lib, ularda qurilmaning harakatlanuvchi dastalari o‘matilgan .Ishchi hajmning shisha qalpog‘i organik shishadan tayyorlangan silindr 12 bilan himoyalangan. Himoya silindrisiz asbobda ishlash mutloqa taqiqlanadi. Bug‘latgichlarni ta’minlash uchun qizdirgich transformatorlari va bug‘latgichlar quvvatini rostlagichlar ВУП - 5 asosining o‘ng tarafida joylashgan. Qizdirgichlarni ulash va uzish signal 187 lampalari va “ВКЛ”, “ОТКЛ” tugmalari, “ИСП 1”, “ИСП 2A”, “ИСП 2Б” tugmalari va “МОЩНОСТЬ 1”, "МОЩНОСТЬ 2 “ qizdirgichlar quvvatini rostlash dastalari boshqarish pultining o‘ng tomonida, “НАПРЯЖЕНИЕ” tugmasi esa - vertikal pultda joylashgan. Bug‘latgichlar magazinida rezistiv tipdagi bug‘latgichlar uchun uchta o‘rnatiladigan joy ko‘zda tutilgan: savatchalar, spiralchalar va effuz tipli bug‘latgichlar. Har bir o‘rnatiluvchi joy ochiladigan berkitgichli 13 osongina olinadigan himoyalovchi ekranlar bilan ajratilgan. Berkitgichlar yoysimon reykadagi vosita yordamida harakatga keltiriladi. Yoysimon reyka vakuumda aylanma harakatni amalga oshiruvchi kiritgich valiga o‘rnatilgan tishli g‘ildirakka ilashgan. Kiritgichning aylanishi bug‘latgichlarni berkitgichlarini navbat bilan ochish yoki vopishga imkon beradi. Bug‘latgichlarni himoyalovchi ekranlari bir bug‘latgichning ikkinchisi bilan prazit changlanishini oldini olish, hamda bir vaqtning o‘zida issiqlik ekrani bo‘lib ham hizmat qiladi. “1” va “2A”, “2Б” bug‘latgichlari mustaqil taminlash manbalariga ega. "1” bug‘latgichni yoki ko‘mirlarni bug‘latish moslamasini ulash uchun o‘ng pultning “ВКЛ” va “ИСП1” tugmalarini vertikal pultdagi “НАПРЯЖЕНИЕ” tugmasini bosish va “МОЩНОСТЬ 1” roslagichi bilan talab qilingan bug‘latish rejimini olish mumkin. “2А” (yoki”2Б”) bug‘latgichni ulash uchun o‘ng pultdagi “ВКЛ” va “ИСП2A” (yoki “ИСП2Б”) tugmalarini, vertikal pultdagi “НАПРЯЖЕНИЕ” tugmasini bosish va “МОЩНОСТЬ 2” rostlagichi bilan talab qilingan bug‘latish maromi olish mumkin. Rezistiv bug‘latgichlardan iborat termik bug‘latish uchun mo‘ljallangan moslama bir-biridan alohida bo‘lgan bir qator elementlardan tashkil topgan bo‘lib, ular bir-biri bilan elektrik bog‘langan. “1”, “2A”, “2Б” klemmalari (bug‘latgichlar magazini, bug‘latgichlarni o‘rnatish uchun) ishchi hajmda o‘matilgan. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 1. 2. ISHNI BAJARISH TARTIBI Bug‘latgichni ishchi hajmga o‘rnating. Tigellarga bug‘lantirilishi kerak bilan moddani joylashtiring. Taglikni ishchi hajmga o‘rnating. Ishchi hajmni berkitib, qurilmaning vakuum olish tizimini ishga tushiring. Buning uchun 7-laboratoriyada keltirilgan ko‘rsatmalarni bajaring. Kerakli darajada vakuum hosil bo‘lgandan keyin bug‘latish jarayonini boshlang. O‘ng pultdagi “МОЩНОСТЬ 1” yoki “МОЩНОСТЬ 2 “ rostlagichlari bilan moddani bug‘latishning talab qilingan maromini o‘rnating. NAZORAT SAVOLLARI Ionli edirish bilan ghaghlatish bilan yupqa plenkalarni olishning afzalliklari. Qurilmaning vakuum hosil qilish tizimi. 188 3. Yupqa plenkalarning xossalariga vakuumning ta’siri Laboratoriya ishi bo‘yicha hisobot shakli № 5 laboratoriya ishi bo‘yicha HISOBOT Ionli changitish metodi bilan yupqa plenkalar olish texnologiyasini o‘rganish IShNING QSADI: 1. 2..... Tajriba qurilmasining elektr sxemasi: Laboratriya ishini bajarishda foydalanilgan asboblar va jihozlarning ro‘yxati Asboblar va jihozlarning nomi Tip, marka So ni Jadval 1. O‘lchash va hisoblashlar natijalari Jadval 2. O‘lchash va hisoblashlar natijalari Asboblar va jihozlarning xarakteristikalari: Ish bo‘yicha xulosalar: ________________________________________________________________ _ ________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ 189 Laboratoriya ishi №6 Mis va indiy diselenidi asosidagi yupqa plenkali quyosh elementining parametrlarini aniqlash. Ishning maqsadi - mis va indiy diselenidi asosidagi yupqa plenkali quyosh elementining to‘lish koeffisientini, qisqa tutashuv tokini, salt yurish kuchlanishini va FIK ini aniqlash. Nazariy qism I III IV A V C 2 yarim o‘tkazgichlar to‘liq valentli to‘rt elektronli ximiyoviy birikmalarga kiradi va A II B VI tipli yarim o‘tkazgich materiallarning elektron va kristallografik analogi hisoblanadi. Kimiyoviy formulasi CuFeS2 tabiiy mineralga javob beradigan (xalkopirit struktura) birikmalar ma’lum bo‘lganligiga 80 yildan oshdi. Ammo, bu materiallar yarim o‘tkazgich sifatida tadqiqotchilarning qiziqishiga 50-yillarda sazavor bo‘lgan. AIBIIICVI2 yarim o‘tkazgich birikmalar xalkopirit strukturasida kristallanadi, uning elementar yacheykasini sfalerit elementar yacheykasining balandligi bo‘yicha ikkilanganligi ko‘rinishida ifodalash mumkin. Xalkopiritning elementar yacheykasi sakkizta atomga ega. Sfalerit panjarasidagidek metall atomlari (I guruhning 2 atomi va III guruhning 2 atomi) to‘g‘ri tetraedr hosil qilib uning markazida xalkogen atomi joylashadi. (1-rasm.). Xalkopiritning kristall strukturasi D 2 d 1 2 (142d) fazoviy guruhiga kiradi va sfaleritning ust panjarasi hisoblanadi. Xalkopiritning elementar yacheykasida I va III guruhlarning har bir atomi VI guruhning to‘rtta atomi bilan o‘rab olingan, shu bilan birga VI guruh atomining eng yaqin qo‘shnisi bo‘lib, I va III guruhning ikkitadan atomi bo‘ladi. Bunday strukturada tetraedrik bog‘lar deformasiyalangan bo‘ladi. AIBIIICVI2 birikma kristallografik tuzilishining asosiy o‘ziga xosligi shundaki, aksariyat hollarda kristallar kristall panjaraning to‘rtinchi tartibli o‘qi bo‘yicha siqilishga ega bo‘ladi. Bu sinfga tegishli 30 dan ortiq birikmalar ichida faqat uchta vakiligina xalkopirit elementar yacheykasi deformasiyasining qaramaqarshi ishorasiga ega. 1-rasm. Sfalerit (a) i xalkopirit (b) strukturasi 190 Bu birikmalarga mis indiyli xalkogenidlar CuInCVI2, bunda CVI – S, Se, Te. Aftidan Cu va In kationlarining tabiati, hamda xalkopirit strukturasidagi bu atomlar tetroedrik atrofining o‘ziga xosligi tetragonal buzilishga eng muhim ta’sir qiladi. Yuqorida qayd qilinganidek, AIBIIICVI2 yutuvchi qatlamni hosil qilishning juda ko‘p turli usullari mavjud. Qatlamni olish metodi, odatda ularning xossalariga hamda olinadigan mahsulotning tannarxiga jiddiy ta’sir qiladi. Biz faqat quyosh elementlarini sintezlashda eng yaxshi natijalarni ta’minlaydigan usullargagina e’tiborimizni qaratamiz. Qo‘llanilayotgan o‘tqazish metodidan qat’iy nazar, AIBIIICVI2 asosidagi yuqori samarali asboblarning yutuvchi qatlami silliq sirtga ega bo‘lishi va xalkopirit strukturasiga ega bo‘lgan yirik zich joylashgan donalardan tashkil topishi va sirtda mis bilan kambag‘allashgan tartibli vakansiya (OVC) hosil bo‘lishi uchun bir oz kambag‘allashgan misga ega bo‘lishi kerak. Qatlamda yana qandaydir qo‘shimcha fazalarning mavjud bo‘lishi ham maqsadga muvofiq emas. Ayniqsa, quyosh elementlari uchun mis diselenidi maqbul emas, chunki Cu2-xSe juda yuqori o‘tkazuvchanlikga ega bo‘lib, bu narsa zulmat toklarining katta qiymatiga olib keladi. Qatlamlarni sintez qilishdagi asosiy muammo ularning stexiometrik tarkibini nazorat qilish hisoblanadi. Hozirgi kunda xalkopirit qatlamlarining eng istiqbolli namunalarini ikkita asosiy metod bilan olishadi. a) bir vaqtning o‘zida birikmaning tarkibiy elementlarini bug‘latish (keyinchalik kuydirishni amalga oshirish bilan yoki kuydirishsiz); b) Cu-In metall qatlamlarini olib keyinchalik tarkibida selen bo‘lgan bug‘larda (H2Se yoki elementar Se) selenlash; Biroq, misning ko‘p komponentli birikmalari asosida yaratilgan quyosh elementlarining samaradorligini oshirish bo‘yicha ancha tarraqiyotga erishilganiga qaramay, sanoat miqiyosi uchun yaroqli bo‘lgan yupqa qatlamli texnologiya ishlab chiqilmagan. Bundagi asosiy muammo, yetarli darajada sodda va takrorlanuvchan metod yordamida yutuvchi qatlamning(ko‘p qatlamli birikma Cu-VIIICVI2) yuqori sifatli qatlamini olish hisoblanadi. Mis birikmalari asosidagi qatlamlarni olish uchun turli texnologiyalar qo‘llanilgan: vakuumda o‘tqazish, yuqori chastotali changitish, ximiyoviy o‘tqazish metodlari, pulverizasiya qilib keyinchalik piroliz bilan, elektroo‘tqazish, hamda Cu-In-Ga metall qatlamlarni H2Se atmosferasida ikki bosqichli selenlash. Keng masshtabli qo‘llash uchun yaroqli bo‘lgan metod, iqtisodiy, ekologik mezonlarni qondirishi va materialning yuqori sifatini (optimal stexiometrik tarkib, xalkopirit strukturasi, donaning yuqori o‘lchami, o‘tkazuvchanlikning zarur tipi, solishtirma qarshilik va b.) ta’minlashi kerak. Birgalikda bug‘latish. Mazkur metodning mohiyati birikmaning barcha tarkibiy elementlarini bir vaqtda taglikga o‘tqazishdan iborat. Shu bilan birga elementlarni o‘tqazish paytidagi temperaturaga bog‘liq ravishda bir bosqichli va ikki bosqichli jarayonlar bo‘lishi mumkin. CuInSe2 yutuvchi qatlamlar bir bosqichli birgalikda bug‘latish bilan o‘tqazilganda, birikmaning tarkibiy elementlari bevosita qizdirilgan taglikga o‘tqaziladi (2-rasm) va spontan nazorat qilib bo‘lmaydigan reaksiyalar hisobiga xalkopirit birikma hosil bo‘ladi. 191 2-rasm. Cu(In,Ga)Se2 yupqa qatlamlarini birgalikda chiziqli bug‘latish orqali olish. Bunda elementlarni o‘tqazish termik bug‘latish bilan ham, molekulyar yoki ion dastalardan yoki yoyli bug‘latishdan foydalanib amalga oshirilishi mumkin. Texnologik nuqtai-nazardan ushbu jarayon eng foydali hisoblanadi, chunki bor yo‘g‘i bitta amalni o‘tkazishni talab qiladi va eng katta FIKni (Cu(In,Ga)Se2 yutgich quyosh elementlari uchun 19,2 %) ta’minlaydi. Ko‘pincha o‘tqazish o‘ta yuqori vakuum sharoitida molekulyar nur epitaksiyasidan foydalanib amalga oshiriladi. US National Renewable Energy Laboratory (NREL)da amalga oshirilgan jarayonda, nisbatan taglikning past temperaturasida (300÷350°C yaqin) (In,Ga)2Se2 birinchi o‘tqazish o‘tkaziladi va keyin esa mis bilan boyigan CIGS qatlamini olish uchun yuqoriroq temperaturada (500÷560°C) Cu va Se bug‘latiladi. (In,Ga)2Se2 ning yana qandaydir miqdori o‘tqazilganidan keyin esa yakunda tarkibi mis bilan bir oz qambag‘allashgan qatlam olinadi. Sovutish jarayonida selen bug‘ida ishlov berish amalga oshiriladi. Ga/(Ga+In) nisbat odatda qatlam qalinligi bo‘yicha o‘zgaradi. CGS ning taqiqlangan zonasi kengligi CIS ning mos qiymatidan katta bo‘lganligi uchun Ga tarkibini bir tekis o‘zgartirish taqiqlangan zona kengligini 1,1 dan 1.2 eV bir tekis o‘zgarishiga olib keladi, bu esa o‘z navbatida fotogenerasiyalangan zaryad tashuvchilarning ajralishini yaxshilaydi va ortki kontaktda rekombinasiyalanishini kamaytiradi. Biroq, mazkur metodni amaliyotda amalga oshirishda quyidagi qiyinchiliklar yuzaga keladi: 1) Berilgan stexiometrik tarkibli birikmani olish uchun (jarayonni soddalashtirish uchun bitta manbadan Cu, In va Ga larni birdaniga bug‘latish mumkin) tarkibiy elementlarning o‘tqazish tezligini aniq nazorat qilish zaruriyati; 2) O‘tqazilayotgan qatlamning yuzasi oshirilganda parametrlarning yomonlashuvi. Masalan, Cu(In,Ga)Se2 katta yuzaga o‘tqazilayotganda yoki manbaning o‘lchamlarini katta qilish kerak, bu esa o‘tqazish tezligini nazorat qilishni yomonlashtiradi, yoki elementlar oqimida taglikni kichikroq tezlikda bir me’yorda harakatini amalga oshirish kerak, bu esa texnologiyaning murakkablashishiga olib keladi. Ikki bosqichli birgalikda bug‘latishda birinchi bosqichda barcha tarkibiy elementlar sovuq taglikga (birgalikda) o‘tqaziladi, ikkinchi bosqichda esa talab qilingan birikmani olish maqsadida yuqori haroratda ishlov beriladi, shuning uchun 192 bu jarayonni keyingi o‘rinlarda kuydirishli birgalikdagi bug‘latish deb ataymiz. Birinchi bosqichda elementlarni bitta siklda emas, balki ketma-ket o‘tqazish mumkin, bunda qatlamlarning qalinligiga qarab, o‘tqazilgan moddaning miqdori to‘g‘risida xulosa qilish mumkin. Bu esa bir vaqtda barcha o‘tqazilayotgan elementlarning o‘tqazish tezligini nazorat qilishning murakkab sistemasisiz optimal stexiometrik munosabatlarga (Cu=0,5mkm; In=0,83mkm; Se=3mkm) erishishga imkon beradi. Jarayonning ikkinchi bosqichida o‘tqazilgan qatlamlar 450÷550ºC temperaturalarda vakuum yoki gaz muhitida bir necha minut davomida kuydiriladi. Bunda termik ishlov berishning vaqti o‘tqazilgan qatlamlarning qarshiligini nazorat qilish orqali optimallashtirilishi mumkin. Tez bo‘lib o‘tadigan termik ishlov berish jarayonida taglikga o‘tqazilgan selenning bir qismi bug‘lanishi mumkin. Shuning uchun, talab qilingan birikma hosil bo‘lishi uchun seden miqdorini keragidan ortiqroq o‘tqazish yoki kuydirishni tarkibida selen bo‘lgan atmosferada (selen yoki H2Se-Ar aralashma bug‘lari) o‘tkazib, qatlamdagi bu elementning tanqisligini kompensasiyalash kerak. Uncha katta bo‘lmagan yuzalarda yuqori sifatli material tayyorlashda, mazkur metodning inkor qilib bo‘lmaydigan afzalliklariga qaramay, katta yuzalarda birgalikda bug‘latish yordamida qatlamlar olishning o‘ziga yarasha muammolari mavjud. Gap shundaki, birgalikda bug‘latish qatlamning tarkibi, teksturasi, elektr xossalari kabi talab qilingan xossalarini olish uchun bug‘ oqimlarini qat’iy nazorat qilishni talab qiladi. Ayniqsa, buni katta yuzali tagliklarda amalga oshirish qiyin. Buning muqarrar natijasida katta yuzali yacheykalarning va modullarning aylantirish effektivligi kichik yuzali elementlarnikiga qaraganda ancha past. Bufer qatlam sifatida ko‘pincha CdS dan foydalaniladi. Bufer qatlamdan keyin oyna deb ataluvchi qatlam yaratiladi. Buning uchun ko‘pincha qalinnligi 50100 nm bo‘lgan ZnO tipli keng zonali yarim o‘tkazgich qo‘llaniladi. Omik kontakt esa ZnO ga alyuminiy legirlab tayyorlanadi. Kontakt yuzasida metall kontakt to‘r shakllantiriladi. Afzalliklari:  Yuqori darajada turg‘un FIK ega (modulning FIK 11–13% tartibida).  CuInSe2 qatlamlarini hosil qilish usuli juda oddiy, masalan ulardan biri Ga, Sye va Cu yupqa qatlamlarini taglik sirtiga termik bug‘lantirish yordamida ketma-ket o‘tqazish va keyin tezlik bilan termik kuydirishdan iborat. Kamchiliklari:  Jarayonlarni nazorat qilish va qaytarish nihoyatda mushkul (yaroqli elementlarning chiqishi past).  Moduldagi takrorlash murakkab bo‘lgan yo‘laklar va tirqishlarni diqqat bilan loyihalashtirish talab qilinadi. 193 3-rasm. Yupqa qatlamli quyosh elementining tipik tuzilishi.  O‘tqazish jarayoni yuqori temperaturalarda amalga oshiriladi. CIS va CIGSlarni shakllantirish uchun bir qator usullardan (bug‘latish, changitish, gazli transport, purkash va keyinchalik piroliz, elektrokimyoviy o‘tqazish, trafaret bosish) foydalaniladi va ularni selenlash usuliga asosan quyidagilarga ajratish mumkin: - birikmaning boshqa elementlari bilan Sye birgalikda bir vaqtda o‘stiriladigan metodlar; - birikmaning boshqa qatlamlarini o‘tqazish natijasida Se bilan ta’sirlashuv amalga oshadigan metodlar. Har ikkala holda ham taglikka o‘tqazish uni 400–500°S temperaturagacha qizdirish, yoki shakllangan qatlamni shu temperaturalarda kuydirish orqali amalga oshiriladi. Reaksiya jarayonida qalinligi 1,5–2 mm bo‘lgan CIS qatlam yuzaga keladi.  Indiy va galliy kamyob yer metallari. 1GWt elektroenergiyani generasiya qila oladigan yupqa qatlamli CIS quyosh elementlarini ishlab chiqarish uchun taxminan 50 tonna indiy talab qilinadi.  Narxlarning o‘zgarishi, xom ashyo materialining narxi turg‘un emasligi muammosi ham mavjud.  Selenidlar zaharli bo‘lgani uchun atrof muhitni muhofaza qilish muammolari va ikkilamchi ishlov berish xarajatlari e’tiborga olinishi lozim. TAJRIBA QISMI Laboratoriya qurilmasining bayoni Tajriba qurilmasining umumiy ko‘rinishi 4-rasmda keltirilgan. Quyosh energiyasini o‘rganish uchun mo‘ljallangan tajriba qurilmasida quyidagi asboblar 194           4-rasm. Tajriba qurilmasining umumiy ko‘rinishi va jihozlardan foydalaniladi: Yorig‘lik manbasi. Uni erkin siljitish mumkin, dasta bilan ta’minlangan, ikkita 50 Wt li galogen lampalardan tashkil topgan. Yorug‘lik intensivligini boshqaruvchi qurilma. U lampalarni o‘chirib yoqish va yorug‘lik intensivligini 0 dan 10 darajagacha o‘zgartirishga imkon beradi; Elektr tarmog‘iga ulash uchun kabel; Yorug‘lik manbasini o‘rnatish uchun metall kronshteyn; Fotoelektrik quyosh panelini o‘rnatish uchun moslama; Fotoelektrik quyosh paneli o‘rnatilgan moslamani tutib turgich; Qizil va ko‘k rangli ulash simlari; Tajribada ampermetr, voltmetr va ommetr sifatida ishlatiluvchi raqamli multimetrlar; Lyuksmetr, yoritilganlikni o‘lchash diapazoni: 0,1 - 40000 lyuks; “LOAD 1”-qarshiliklar jamlanmasi, qarshiliklar diapazoni 0,5-200 Om. 5-rasm. Quyosh energiyasini o‘rganish uchun mo‘ljallangan tajriba qurilmasining tarkibiy qismlari: 1-yoritish manbai; 2 – yorug‘lik intensivligini boshqaruvchi qurilma; 3-elektr tarmog‘iga ulash kabeli; 4 - kronshteyn; 5 - fotoelektrik quyosh paneli o‘rnatilgan moslamani tutib turgich; 6-fotoelektrik quyosh paneli; 7-qizil va ko‘k rangli ulash simlari; 8 - multimetrlar. ISHNI BAJARISH TARTIBI 195 17.Quyosh energiyasini o‘rganish uchun tajriba qurilmasini yig‘ing. Quyosh panelini(mis va indiy diselenidi asosidagi yupqa plenkali quyosh paneli) tik qilib o‘rnating. Yorug‘lik manbaini quyosh panelidan o‘qituvchi bergan vazifaga mos ravishda masofada joylashtiring. Lampalarni ikkalasini ham yoqing. Ularni maksimal (darajasi 10) intyensivlikka o‘rnating. 7 - rasmda tasvirlanganidek, "LOAD 1" qarshiliklar jamlanmasini monokristall kremniyli fotoelementning 2-paneliga ulang. Voltmetr va ampermetrni “LOAD 1”ga ulang. Lyuksmetr yordamida panelning yorituvchanligini o‘lchang. 18. “LOAD 1” ni dastlab cheksiz qarshilikga(OCV nuqta) o‘rnatib, ochiq zanjirdagi kuchlanish va tok kuchini o‘lchab oling va qarshilikni bosqichmabosqich kamaytirib, to SCC nuqtagacha o‘lchashni davom ettiring. Tanlangan har bir qarshilik uchun olingan kuchlanish va tok kuchi qiymatlarini 1-jadvalning mos katakchalariga yozing. Olingan natijalardan foydalanib, tok kuchining kuchlanishga bog‘lanish grafigini(VAX) tuzing. 19. Tanlangan har bir qarshilik uchun olingan kuchlanish va tok kuchi qiymatlaridan foydalanib, quvvatni hisoblang. P=U·I, Wt Olingan natijalardan foydalanib (I, U, P) quvvatning tok kuchiga bog‘liqligini tuzing. Grafikdagi mos kuchlanish va tok kuchi qiymatlaridan foydalanib maksimal quvvatni (MQ) aniqlang. 7-rasm. Tajribani o‘tkazish sxemasi 1-jadval 0.5 SCC R(Om) OCV 200 100 50 25 15 10 5 3 1 U(V) I(mA) P(mWt) 6. VAX dan foydalanib, quyida keltirilgan formula yordamida to‘ldirish koeffisiyentini hisoblang. , bu yerda UMQN – maksimal quvvat nuqtasidagi kuchlanish (MQN), V; IMQN – MQN dagi tok, A; Ucyu – salt yurish kuchlanishi, V; 196 Iqt – qisqa tutashuv toki, A. 7. Quyosh panelining FIKni aniqlang. LABORATORIYa IShI BO‘YIChA HISOBOT 1. Laboratoriya ishi bo‘yicha hisobotni ilovada keltirilgan hisobot shakliga binoan rasmiylashtiring. NAZORAT SAVOLLARI 7. Quyosh elementining volt-amper xarakteristikasi. 8. Quvvatning kuchlanishga bog‘liq grafigini tushintiring. 9. Quyosh elementlari beradigan tok kuchi, kuchlanish tushuvi va quvvat kattaliklarining maksimal qiymati qanday aniqlanadi? 10.Qisqa tutashuv toki yorug‘lik intensivligi o‘zgarishi bilan qanday o‘zgaradi? 11.Quyosh elementiga temperaturaning ta’siri. Ilovalar Quyosh elementi xarakteristikalari 1. Salt yurish kuchlanishi – quyosh elementida hosil bo‘ladigan nol tokda yuzaga keluvchi maksimal kuchlanish. 2. Qisqa tutashuv toki – kuchlanish nolga teng bo‘lganda, quyosh elementi orqali oqayotgan tok(ya’ni quyosh elementi qisqa tutashtirilganda 3. To‘ldirish koeffisiyenti (FF)– salt yurish kuchlanishi bilan qisqa tutashuv toki bilan birgalikda quyosh elementining maksimal quvvatini aniqlovchi parametr. U quyosh elementining maksimal quvvatini salt yurish kuchlanishi bilan qisqa tutashuv toki ko‘paytmasiga nisbati orqali hisoblananadi. , UMQN – maksimal quvvat nuqtasidagi kuchlanish (MQN), V; IMQN – MQN dagi tok, A; Ucyu – salt yurish kuchlanishi, V; Iqt – qisqa tutashuv toki, A. 197 4. Foydali ish koeffisiyenti (FIK) – quyosh elementi ishlab chiqarayotgan quvvatini tushayotgan quyosh nurining quvvatiga nisbati kabi aniqlanadi. ; Pmax- quyosh elementining maksimal quvvati, Wt; Ptush. – tushayotgan quyosh nurining quvvati, Wt. Yorug‘lik oqimi. Inson ko‘ziga ta’siri orqali baholanadigan nur oqimi yorug‘lik oqimi deb nomlanadi. Inson ko‘zi turli to‘lqin uzunlikdagi yorug‘lik oqimiga bir xil sezish qobiliyatiga ega emas. Odatda kunduz kuni ko‘zlar 555 nm to‘lqin uzunlikdagi yorug‘likga eng sezgir bo‘ladi. Shuning uchun bir xil quvvatga, ammo turli to‘lqin uzunligiga ega bo‘lgan yorug‘lik oqimlarini inson ko‘zi turlicha his qiladi. Inson ko‘zi his qilishi nuqtai nazaridan yorug‘lik oqimining o‘lchash birligi lyumen (lm) hisoblanadi. Yoritilganlik – sirtga tushayotgan yorug‘lik oqimining shu sirt yuzasiga nisbatiga teng kattalik. Yoritilganlik lyuks (lk) larda o‘lchanadi. 1 lk = 1 lm/m2. Yoritilganlikni o‘lchash uchun mo‘ljallangan asboblar lyuksmetrlar deb ataladi. To‘lqin uzunligi 555 nanometr bo‘lgan yorug‘lik nuri spektr ko‘rinuvchan qismining markazida joylashadi va chastotasi 540 teragersga mos keladi. Yorug‘lik to‘lqin uzunligi 555 nm bo‘lganda: 1 lyuks [lk] = 1,46412884333821·10-7 Wt /sm2 =1,46412884333821·10-3 Wt /m2 198 Laboratoriya ishi №7 Yuqori vakuumli bug‘ purkalovchi diffuzion nasosini o‘rganish I. Ishdan maqsad: Talabalarda yuqori vakuum olish va uni o‘lchash texnikasi bilan ishlash ko‘nikmalarini hosil qilish. II. Kerakli jixozlar: Universal vakuum posti ВУП-5. III. Umumiy ma’lumotlar Yuqori vakuum hosil qilish uchun ВУП-5 qurilmasida bug‘ purkalovchi yuqori vakuum nasosi qo‘llanilgan. ВУП-5 universal vakuum posti o‘tkazgichlar, yarim o‘tkazgichlar va dielektriklarning yupqa plyonkalarini vakuumda termik bug‘latish usuli bilan olish uchun mo‘ljallangan. Qurilmadan fizika, ximiya, biologiya, meditsina va fan hamda texnikaning boshqa jabhalarida ham foydalanish mumkin. Qurilma bitta asosda yig‘ilgan bo‘lib (1-rasm), unda ob'ektlarni tayyorlash uchun mo‘ljallangan ishchi kamera 1, ishchi hajmda talab qilingan vakuumni olish uchun mo‘ljallangan vakuum sistemasi uskunalari va boshqarish pulti uchun mo‘ljallangan ta'minlash manbalari joylashtirilgan. Asbob ikki qismdan iborat bo‘lib, ularning birida kommutatsiya uchun elektromagnit klapanlapi bo‘lgan vakuum sistemasi, vakuumni nazorat qilish va vakuum sistemasini aВТomatik tarzda boshqarishda foydalaniladigan ПМТ-4M va ПМИ-2 aylantirgichlari (manometrlar), peyzoeltrik ventil va argonli ballon joylashtirilgan. Asosning ikkinchi qismida uskunalarni taminlash bloklari va bug‘latgich qizdirgichlarining transformatorlari o‘rnatilgan. Montaj, profilaktik tamirlash ishlarini bajarishda qulaylik yaratish maqsadida orqa va yon berkitgichlar olinadigan, oldingi eshik esa ikki tarafga ochiladigan qilib yasalgan. Asosda ishchi hajm 1 va vakuumni boshqarish pulti hamda sistemadagi vakuum darajasini ko‘rsatuvchi asboblar joylashtirilgan.Vakuum tizimining turli qurulmalarini boshqarish uchun mo‘ljallangan pult esa asosning yuqori qismida burchak ostida joylashtirilganligi operatorning ishlashi uchun qulaylik yaratadi. Boshqarish pultlari, taminlash manbalari asosning ikki tarafiga joylashtirigan kabellar orqali bir-biri bilan elektrik bog‘langan. Ob'ektlarni tayyorlash bo‘yicha operatsiyalar ishchi hajmdagi qoldiq bosim 1,3·10-2÷1,3∙10-4 Pa bo‘lganda bajarlladi. Bug‘ purkalovchi yuqori vakuum nasoslarning ishlash tarzi quyidagicha: nasosning soplosidan uchib chiqayotgan ishchi suyqlikning bug‘li oqimdagi parsial bosimi bilan hajimdagi so‘rib olinayayotgan gazlarning parsial bosimlari orasidagi farqi evaziga, gazlarning bug‘ oqimiga diffuziyalanishi yuz beradi. Shuning uchun, kopincha bunday nasoslar diffuzion nasoslar deb ataladi. Bug‘ oqimining ta'sir qilish doirasiga kirgan, gaz molekulalariga oqim harakati yo‘nalishi bo‘ylab qo‘shimcha tezlik uzatiladi (2-rasm). 199 1-rasm. ВУП-5 abobining umumiy ko‘rinishi 2-rasm. Yuqori vakuumli bug‘ purkalovchi diffuzion nasosning sxemasi 1-qizdirgich, 2,3-koaksial quvurlar, 4,5-konus naylar (soplo) Bug‘ burkalovchi diffuzion nasos quyidagicha ishlaydi. Ishchi suyuqlik, tashqi yoki ichki qizdirgich orqali qizdirilib qaynatiladi. Ishchi suyuqlik qaynashi natijasida hosil bo‘lgan bug‘lar bug‘uzatkich bo‘ylab, nasosning soplolariga keladi va soplolardan tovish tezligidan ham yuqori tezlikda otilib chiqadi. Bug‘ oqimi nasosning sovuq devorga urilganda kondensasiyalanadi va kondensat qaynatgichga oqib tushadi. Bug‘ purkalovchi nasosning chiqishiga ulangan 200 dastlabki siyraklantrish nasosi kondensatdan ajralgan gazni so‘rib olib bug‘ oqimining butunligini taminlaydi. Bug‘ purkalovchi diffuzion nasoslarda ishchi suyuqlik sifatida maxsus moylar va kam hollarda simob qo‘llaniladi. Simob, moylardan farqli, atmosfera bilan qisqa tutashganda termoturg‘un va qizib ketganda ham parchalanmaydi. Xona haroratida simobning to‘yingan bug‘lari bosimi (10-10-3) mm .sim. ust. tashkil etganligi sababli, nasosdan so‘rib olinayotgan hajmga qarab harakatlanayotgan simob bug‘larining yo‘lini to‘sish uchun sovuq tuzoqlar qo‘llanilishi shart. Simob purkalovchi nasoslarning afzalliklariga qaramay, simob bug‘lari inson sog‘ligiga salbiy ta’sir etganligi sababli, ularldan faqat maxsus hollardagina foydalaniladi. Bug‘ purkalovchi nasoslarning ishchi suyiqliklari sifatida, ko‘pincha neft moylari va kremniyli organik suyiqliklar qo‘llaniladi. Bunday moylarning bug‘lari simob bug‘laridan farqli inson sog‘lig‘i uchun zararsizdir. IV. Ishni bajarish tartibi 1.СЕТЬ tugmachasini bosing. Bunda tugmacha yonidagi indukator yonishi kerak. 2. Vakuum tizimini boshqaradigan tashqi pultning holatini tekshiring. АВТ tugmachasi bosilmagan holatda bolishi kerak. 3. АВТ tugmachasini bosing. Ishchi hajmdagi qoldiq gazlar bosimi 1,3·10-3 Pa pasaymaguncha, qurilmada so‘rib olish jarayoni avtomatik maromda amalga oshadi. Bu jarayon yarim soatlar chamasi davom etadi. Qurilmada havoni so‘rib olishning avtomatik maromidan tashqari qo‘l bilan boshqarish maromi ham ko‘zda tutilgan. Bu maromda ishlash uchun AВТ tugmachasi bosilmagan holatda o‘tkaziladi (3-rasm). Qo‘l bilan boshqarish maromi bilan ishlaganda, vakuum tizilmasidagi bosimni nazorat qilib borish mumkin. Qoldiq gazlar bosimini nazorat qilish uchun, boshqarish blogidagi ПМТ-4M tugmasi bosiladi va ko‘rsatilgan manometrning ishchi toki o‘rnatiladi. Shundan so‘ng FV tugmachasi bosiladi. Qoldiq gaz bosimini P1, P2, P4 datchiklar yordamida nazorat qilib boring. Diffuzion nasosni sovutish uchun suv yuborish kanali jo‘mragini oching. Diffuzion nasosni ishga tushiring. Buning uchun BF va ND tugmalarini bosing. Diffuzion nasos ulangandan keyin 1,5 soatdan so‘ng diffuzion nasosdagi vakuumni P3 datchigi yordamida o‘lchang. 201 3-rasm. ВУП-5 asbobining vakuum tizilmasi sxemasi: CN – ishchi hajm; ND – diffuzion nasos; NL – forvakuum nasos; BF –forvakuum ballon; V1-V8 – vakuum sistemmasining kommutasilash klapanlari; P1,P2,P4 – termojuftlikli ПМТ-2 datchiklar; P3 – ionizasion ПМИ-2 datchik. 4. Qurilmani o‘chirish: a) ND tugmachasini bosilmagan holatga o‘tkazing, diffuzion nasos o‘chadi. b) 25-30 minutlardan so‘ng, fornasosni (mexanik vakuum nasosini) o‘chiring. Buning ucnun FN tugmasini bosilmagan holatga o‘tkazish kerak. Diffuzion va forvakuum nasoslarining o‘chganligidan , mos tugmachalar ustida joylashgan yorug‘lik indikatorlarining o‘chishi dalolat beradi. V. Ish to‘g‘risidagi hisobotda ishdan maqsad, ВУП-5 asbobining vakuum tizilmasi sxemasi, ВУП-5 asbobida aВТomatik usulda vakuum hosil qilish tartibi yoritilgan bo‘lishi kerak. Nazorat savollari 1. Elektron ionizasiyali manometrning ishlash tarzi qanday fizikaviy hodisa yoki jarayonga asoslangan? 2. Nima uchun diffuzion nasos suv bilan sovutiladi? 3. Diffuzion nasosning boshlang‘ich bosimi nimaga teng? 4. ВУП-5 qurilmasida, nima uchun vakuum hosil qilishning qo‘lda boshqariladigan maromi ko‘zda tutilgan? 202 ILOVA Glossariy – Atamalar 0‘zbekcha Ruschа Englizcha Ajratmoq alohida atom Amplitude Amplitudaqiymati Ampula Aralashma Aralashma araiashma atomi aralashmali yutilish aralashtirish, araiashma Aralashtirmoq Ariqcha Asbob Asos asosiy bo‘lmagan zaryad tashuvchi asosiy kattalik atom nomeri Avtomatik Aynimagan Birjinsli birjinsli bo‘lmagan birjinsli maydon boMinish sirti bog‘lanish bogManish bog‘lanish energiyasi bosim datchigi bug1, bug‘lar bug‘lanish bugManish chastotali tavsif chegara sirti Chiqarmoq chiqish ishi cho‘ktirilgan diffuzion nasos diffuziya uzunligi Dififuziyalamoq Distillyator doimiy tok Don donor sathi Dyuar idishi effektiv qiymat ekstremum elektr maydon kuchlanganligi eiektron (kovak)ning effektiv massasi eiektron Разделять изолированный атом Амплитуда амплитудное значение Ампула Примесь Примесь атом примеси примесное поглощение смешивание, смесь Смешивать Канавка Инструмент Основание неосновной носитель заряда основная величина атомный номер автоматический невырожденный однородный неоднородный однородное поле поверхность раздела Связь зависимость энергия связи датчик давления пар, пары испарение испарение частотная характеристика поверхность раздела испускать работа выхода погруженный диффузионный насос диффузионная длина диффундировать дистиллятор постоянный ток Зерно донорный уровень сосуд Дьюара эффективное значение экстремум напряженность электрического поля эффективная масса электрона (дырки) электронная uncouple atom isolated amplitude value crest ampoule admixture intermixture atom foreign impurity absorb mix interfuse gash tool infrastructure minority quantity fundamental number atomic unmanned nonsingular inndiscreate inhomogeneous field uniform interface bond dependence energy binding (bond) transducter pressure vaper evaporation transpiration resistance band-pass boundary emit function work immersed pump diffusion length diffusion Diffuse ~~ finest! Her ~~ current direct ~~ Granule level donor vessel Dewar value effective value extreme intensity electric ~~~~ 203 mass effective electron (hole) admittance electronic o‘tkazuvchanlik eiektron sathi eiektron-kovak jufti element, bo4lak epitaksial nafis qatlam erkin zaryad Fermi sathi fotoelektrik yutilish fotoo‘tkazgich fotoo4tkazuvchanlik fotoqarshilik fototok g‘adir-budur, qo‘pol gcovak gaz gelio qurilmasi generatsiya tezligi generatsiya tezligi grafik had, energiyaviy sath hajm hajm birligida harakat, amal, ish harakat, ko‘chish harakatchanlik havfsiz hisob-kitob hodisa id ish inert* sekin infraqizi I vorugMik ionlash ishchi temperatura ishlash ishlov berilmagan ishlov beri lmagantebratmoq isitgich issiqlikka chidamli izolyatsiya iadval qiymat jo‘mrak ioy, kovak juft son kam legirlangan kambag4 allashgan qatlam kambag6allashgan soha kamera, xona kezish, ko4chish kimvoviy yedirgich kimyoviy yedirish kimvoviy yuvish kirishma sathi проводимость электронный уровень электронно-дырочная пара элемент эпитаксиальная пленка свободный заряд уровень Ферми фотоэлектрическое поглощение фотопроводник фотопроводимость фоторезистор фототок шероховатый, грубый Пора Газ гелиоустановка скорость генераций скорость генерации Г рафик член, энергетический уровень Объём в единице объёма операция движение, перемещение подвижность безопасный Расчет явление Сосуд инертный инфракрасный свет ионизация рабочая температура обработка необработанный необработанный level electronic pair electron-hole cell film epitaxial charge free level Fermi absorption photoelectric photoconductor photoconduction cell photoconductive photocurrent rugged pore , gas solar power plant rate generation velocity generation plot term volume volume in unit job movement mobility safe ___________ estimation ______ phenomenon _ vessel passive light infrared ionization temperature operating treatment uncured unprocessed подогреватель теплостойкий изоляция табличное значение кран,вентиль Г нездо четное число малолегированный обедненный слой preheat heat-resistant insulation value tabulated faucent jack number even low-alloy layer depletion обедненная область Камера миграция, перенос травитель химическое травление травить, травление примесный уровень 204 reflection depletion j chamber , migration __J etchant etching chemical etch level impurity kirishma zonasi kirishma zonasi kirishmali markaz Kirishmasiz kiritmoq, ioriy etmoq ko4chirish hodisasi ko4paytirish, kuchaytirish ko‘rinuvchi yorugMik ko4rsatish Konsentrats iy a kontakt iulanish) joyi kontakt potensial tarqi Kovak kovshar. kovsharlamoq Kovsharlagich Kremniy Kuchaytirgich Kuchaytirish Kuchaytirish Kuchlanish kukun,chang kuydirish yoki quritish pechi kuydirish, qizdirish Kuydirmoq Kuzatish Lyuksmetr magnit maydon kuchlanganligi massa soni misol, namuna mm. sim. Ustuni model, shakl, nazariya Monokristall moydan tozalamoq rf-n turdagi o‘tish Mamlik namuna, sinash namuna, tur nazoratdagi namuna nodir yerli nomonoton nomuntazam n-p-n (p-n-p) turdagi tranzistor nur chiqarish, nurlantirish nurlanish nurianish nurlantirishsiz o‘rtacha yashash vaqti o‘sish o‘sish markazi o‘sish markazi примесная зона примесная зона примесный центр беспримесный внедрять явления переноса __ умножение, увеличение, усилитель видимый свет показание концентрация контактное гнездо контактная разница потенциалов Дырка припой,запаивать паяльник (дземний усилитель усиление усиление с напряжение > порошок, пыль < печь для обжига или 1 сушки Обжиг отжигать наблюдение люксметр напряженность магнитного поля массовое число пример, образец миллиметр ртутного столба модель, теория монокристалл обезжиривать переход типа п^-п влажность образец, проба образец, тип контрольный образец редкоземельный немонотонный нерегулярный транзистор типа п-р-п (Р-П-Р) .... ...... лучеиспускание, облучение излучение излучение безызлучательный среднее время жизни Рост затравка затравка 205 zone extrinic zone impurity center impurity uncontaminated implant phenomena transport multiplication light visible score concentration jack pin difference contact hole solder tool soldering silicium intensifier amplification inhancement ~~1 /oltage iust kiln I kilning anneal observation illumi nometer intensity magnetic number nucleon example millimeter of mercury model crystal single degrease junction n"-n humidify sample exponent sample check rare-earth nonmonotonic nonregular transistor n-p-n (p-n-p) irradiation emittance radiation nonradiative life average growth crystal seed seed o‘stirish o‘ta yuqori vakuumii o‘tkazuvchanlik elektroni o‘tkazuvchanlik sohasi o‘tkazuvchanlik sohasining tubi o‘zaro ta’sirlashmoq o‘zgaruvchan tok 1 O‘zi yozgich o‘zi yozuvchi asbob < o‘zi yozuvchi asbob oksidlanmaslik olmoq, hosil qilmoq o‘niy qiymat oraliq, tirqish oqim oqish, oqim oraliq q at lam orqaga urish ortiqcha ortiqcha qizish panjara pasayish vaqti, o‘sish vaqti past temperaturali pastki qatlam paydo qilmoq, o‘sish markazlari hosil qilmoq payvandlangan p-n o‘tish p-n o‘tish probirka qarshilik qatlamdor qatlamdor, plastinkasimon qattiq ¡ism qayta kompensatsiyalash qayta ulash qaytarish, qaytish qisqa tutashuv qisqich, qistirish qiyshayuvchilar oilasi Qizdirgich qizdirgich, pech qizdirish toki Qorishma qorong‘ulik qarshiligi qorong‘ulikdagi tok Qurilma qurirish kamerasi Quritish Quritmoq quyma blok, chorqirrali bo‘lak rezina, kauchuk rivoj markazi ruhsat etiigan ruhsat etiigan energiyaviy sath ruhsat etiigan soha выращивание сверхвысоковакуумный электрон проводимости growing ultra-vacuum electron conduction зона проводимости дно зоны проводимости band conduction bottom of conduction band interact current alternating self-recorder apparatus registering instrument recording Unoxidizability obtain value instantaneus gap jet flow layer interfacial kickback overbalance overheat grate time decay взаимодействовать переменный ток самописец самопишущий прибор самописец неокисляемость получать мгновенное значение зазор, промежуток Струя течение, поток промежуточный слой Отдача избыток перегрев решетка время спада, время затухания низкотемпературный нижний слой зарождать, образовывать зародыши запаянный р-п переход р-п переход пробирка сопротивление слоистый слоистый, пластинчатый low-temperature underlayer nucleate sealed boundary p-n junction electron-hole glass test resistance schistose lamellar твердое тело перекомпенсировать solid state overcompensate переключение отражение короткое замыкание зажим, скреплять семейство кривых печь печь ток накала смесь тем новое сопротивление темновой ток установка сушильная камера высушивать сушить слиток, брусок keying __________ reflection circuit short clip family of curves oven furnace current filament interfusion resistance dark current dark erection baker __ desiccate, exiccate bake Pig ~ резина, каучук _____ затравка разрешенный разрешенный энергетический уровень нижний край rubber ~~ Nucleator ~~ permitted level permitted energy 206 bottom of allowed band Sakrash Saqtgich saqíovchi xalqa sath Sayqallash Sayqallash sayqallash qurilmasi Selsiy shkalasi ' ShafFof shar, bosh, kalla shkala, masshtab Shovqinlar Shtrix Shunt sig‘ im Siljish siljish, qo‘zg‘ash silliqlash dastgohi Singdiruvchanlik so‘rib oiish so‘ruvchi nasos Soha soha modeli sozlash dastasi spektrning ko‘rinuvchi qismi ta’minlovchi tok ta'minot bloke ta’qiqíangan energetik 1 soha ta’sir etmoq Taglik Taglik taqiqlangan soha taqiqlangan soha kengligi taqiqlangan zona taqsimlanish koeffitsiyenti tashiama, tashlash tashuvchi tasma, nafis qatlam tebranish konturi tebratmoq tekshiril may digan temperatura datchigi разрешенной скачок предохранитель охранное кольцо уровень шлифовать полирование полированный станок шкала Цельсия прозрачный шар, головка шкала, масштаб шумы штрих шунт ёмкость смещение перемещение, смещение шлифовальный станок проницаемость откачка откачивающий насос зона зонная модель ручка настройки волны видимой части спектра ток питания блок питания запрещенная энергетическая зона воздействовать, влиять подложка подложка запрещенная область ширина запрещенной зоны запрещенная зона ; коэффициент распределения сброс носитель пленка колебательный контур колебаться неконтролируемый температурный датчик termoelement termojuft termojuft tigel qizdirgich tigelli eritish to^rilagich, ventil to‘la o‘tkazuvchanlik toMdiriigan soha toblash tok kuchi tok qoidig‘i tok, oqim toluol tozalamoq tozalash термоэлемент термопара термопара тигельная печь тигельная плавка выпрямитель, вентиль полная проводимость заполненная зона закалка сила тока остаточный ток ток, поток толуол очищать очистка 207 jerk safeguard ring guard level abrade polish machine buffing scale Celsius translucent knob scale hash hatch resistance shunt capacitance bias displacement machine grinding penetrability pumping-out pump dump band model band knob tuning optical waves current feed unit supply band forbidden affect back undercoat __ region forbidden __ >ap band zone forbidden number distribution jettison Carrier film circuit oscillating vacillate uncontrolled unit transduser temperarure-sensing thermal pyod thermocouple oven crusible melting crucibly rectifier admittance band filled hardening intensity current aftercurrent current toluene refine fining tozalash tugun tugun, joy tugunlararo diffuziya tugun lararo joylashgan atom tutashgan joy, ulangan tutib olish uchib o‘tish vaqti ulanish Joyi utash, payvandlash ushlab olish ushlab olish ko‘ndalang kesim yuzi ustki qatlamni olib tashlash uzuq-uzuq vakuum jo‘mragi vakuumning buzilishi valentlik Volt-amper tavsifi xalqa xarakteristika, ta vs if Xoll effekti Xoll harakatchanligi Xoll potensiallar farqi xususiy o‘tkazuvchanlik xususiy yutilish yarimtoMqin yashash vaqti yashash vaqti yo‘qotishsiz Yoritilganlik yorug‘iik sezgirlik yorugiikka sezgir yoyilish vaqti yoyma, yoyilma yuqori vacuum Yutmoq yuvib tozalash zaryadli holat zonali eritish П-simon impuls (kristallning) o‘sish markazi (potensial) o‘ra очистка узел узел, место диффузия по междоузлиям внедренный атом sanding knot site diffusion interstitial соединение захватывать время пролета спай пайка захват сечение захвата join entrap time transit weld soldering grip cross-section capture удаление поверхностьного слоя прерывистость вакуумный кран ухудшение вакуума валентность вольт-амперная характеристика кольцо характеристика эффект Холла холловская подвижность холловская разность потенциалов собственная электропроводность собственное поглощение полуволна время жизни время жизни без потерь освещенность светочувствительность светочувствительный длительность развертки сканирование, развертка высокий вакуум поглощать промывание зарядовое состояние зонная плавка П-образный импульс desurfacing затравка (потенциальная) яма etch flat well 208 atom interstatial jerkiness tap vacuum loss of vacuum valency characteristic current voltage ring characteristic effect Hall mobility Hall voltage Hall conductivity intrinsic intrinsic absorb wave half lifetime lifetime zero-loss intensity illumination light sensitivity photosensitive lengtlr sweep scan * microvac absorb wash state charge melting zone wave flat-toppede Fizikaviy kattaliklar birliklarining lotin alifbosida belgilanishi № Belgilanishi Nomi lotin alifbosidagi o‘zbek tilida Kirill alifbosida 2 Xalqaro 1 1 Amper A A A 2 Amper-soat Asoat A.h A*soat 3 Angstrem °A °A °A 4 Astronomik birlik Ab AU Ab 5 Bar bar bar Bar 6 Barn b b B 7 Bekkerel Bk Bq Bk 8 Bel B B B 9 Ber ber rem Ber kal/K cal/K kal/K kg kg kg 3. Kilogramm (grey)ga Joul J/kg J/kg J/kg 4. Kilogrammga kilokaloriya kkal/kg kcal/kg kkal/kg 5. Kilogrammga Vatt Vt/kg W/kg Vt/kg 6. Kilogramm-kuch kg*k kg.f kg*k 7. Kilogramm-kuch-metr kgk*m kgf*m kgk*m 8. Kilojoul kJ kJ kJ 9. Kilokaloriya kakl kcal kkal 10. Kilometr km km km 11. Kilomol kmol kmol kmol 12. Kilopaskal kPa kPa kPa 13. Kilovatt kVt kW kVt 14. Kilovatt-soat kVt* soat kWh kVt*soat 1. 1Kelvinga kaloriya 0 2. Kilogramm 3 Lotin alifbosida o‘zbekcha 209 4 5 15. Kulon Kl C Kl 16. Kvadrat metrga kandil kd/m 2 cd/m2 kd/m2 17. Kvadrat sekundga santimetr 18. Kyuri sm/s 2 cm/s2 sm/s2 Ki Ci Ki 19. Litr l l l 20. Litr-atmosfera l*atm Uatrn Uatrn 21. Lyuks lk lx lk 22. Lyumen lm lm lm 23. Lyumen-sekund lm*s lmc lm*s 24. Maksvell Mks Mx Mks 25. Massaning atom birligi m .a.b. u m.a.b. 26. Megahertz MGs MHz MHz 27. Megakaloriya Mkal Mcal Mkal 28. Megapaskal Mpa MPa MPa 29. Megatonna Mt Mt Mt MVt MW MW Megavatt Quyidagi jadvallarda bir necha o‘tkazgichlarning ayrim xossalari keltirilgan: 1.1 – jadval. O‘tkazgichlarning solishtirma qarshiligi. ρ № O‘tkazgichlar Om∙mm2/m Om·m 1 Alyuminiy 0.027 2.7*10-8 2 Volfram 0.055 5.5*10-8 3 Grafit 8.0 8.0*10-6 4 Temir 0.1 1.0*10-7 5 Oltin 0.022 2.2*10-8 6 Iridiy 0.0474 4.74*10-8 7 Konstantan 0.50 5.0*10-7 8 Litiyli po‘lat 0.13 1.3*10-7 9 Magniy 0.044 4.4*10-8 10 Magnin 0.43 4.3*10-7 11 Mis 0.0172 1.72*10-8 210 12 Molibden 0.054 5.4*10-8 13 Neyzilber 0.33 3.3*10-8 14 Nikel 0.087 8.7*10-8 15 Nixrom 01.дек 1.12*10-6 16 Qalay 0.12 1.2*10-7 17 Platina 0.107 1.07*10-7 18 Simob 0.96 9.6*10-7 19 Qo‘rg‘oshin 0.208 2.08*10-7 20 Kumush 0.016 1.6*10-8 21 Chuyan 1.0 1.0*10-6 22 Rux 0.059 5.9*10-8 1.2 – jadval. O‘ta o‘tkazuvchanlik Element Kritik temperatura Tc , K Нс,Gs Al Cd Ga Hf Hg α(romboedr) In Ir La α Mo Nb Os Pa Pb Re Ru Sn Ta Tc Th Ti Tl U α U γ V W Zn Zr 1.196 0.56 1.091 0.09 4,15 3,4 0,14 4,9 0,92 9,26 0,655 1,4 7,19 1,698 0,49 3,72 4,48 7,77 1,368 0,39 2,39 0,68 1,8 5,3 0,012 0,875 0,65 99 30 51 − 411 293 19 798 98 1980 65 − 803 198 66 305 830 1410 162 100 171 − − 1020 1 53 47 1.3 – jadval. Eng asosiy yarimo‘tkazgich materiallarning parametrlari. 211 Materiallar Atomlar soni (sm-3) Atom massasi g/mol Teshilish kuchlanishi V⁄sm Ge 4,42 1022 Si 5,0*102 GaAs 4,42*102 GaP 5,02*102 CdS СdTe 1,46*102 ZnS 2 2 2 4*1022 2 5*1022 72,6 28,09 144,63 100,7 144,46 240 97,45 ~ 10 ~ 3*10 Kristall strukturasi Olmos Zichligi g⁄sm3 5,3267 Solishtirma dielektrik singdiruvchan lik 16 O‘tkazuvchan lik zonasida effektiv holatlar zichligi Nc, 1,04*10 19 sm-3 Valent zonasida effektiv zichligi Nv, 6,0*101 -3 8 sm Xususiy yarim o‘tkazgichni solishtirma qarshiligi Ω ·sm 47 Olmos ~ 4*10 Ruh Ruh obmanka obmanka si si Vyursit Ruh Ruh obmanka obmanka si si 2,328 5,32 4,07 4,82 5,86 4,09 11,9 13,1 11,1 5,4 10,2 5,2 2,8*101 9 8,6*1019 18 19 1,04*10 19 2,3*10 19 2,1*1019 8,32*10 7,0*10 5,2*10 10 4,16*10 19 5,26*10 Vyursit 4,1 2,9*101 1,04*10 4,7*1017 ZnS 9,6*10 19 1,4*10 2,9*1019 9 1,42*101 1,42*10 9 19 1,8*10 1.3 – jadval. Yarimo‘tkazgich materiallari. Element Element yoki birikmalar C Ge Si Sn IV-IV SiC III-V AlAs Material Nomlanishi Uglerod Germaniy Kremniy Qalay Karbit Kremniy Arsined Alyuminiy 212 Kristal strukturasi D D D D Panjara doimiysi (Ao) 300 K da 3,56683 5,64613 5,43095 6,4892 W a=3,086: c=15,117 Z 5,6605 AlP AlSb BN BP GaAs GaN GaP GaSb InAs InP III-V InSb CdS CdS CdSe II-VI СdTe ZnO ZnS ZnS PbS PbTe IV-VI PbSe Alyuminiy Fosfid Alyuminiy Antimonidi Bor Nitrit Bor Fosfid Galiy Arsinet Galiy Nitrit Galiy Fosfid Galiy Antimonidi Indiy Arsenit Indiy Fosfid Indiy Antimonidi Kadmiy Sulfid Kadmiy Sulfid Kadmiy Selenid Kadmiy Tellurid Rux Oksid Rux Sulfid Rux Sulfid Qo‘rg‘oshin sulfid Qo‘rg‘oshin tellurid Qo‘rg‘oshin selenid Z 5,451 Z Z Z Z W Z 6,1355 3,615 4.538 5,6533 a=3,189; c=5,185 5,4512 Z Z Z 6,0959 6,0584 5,8686 Z 6,4794 Z 5,832 W a=4,16; 6,756 Z 6,05 Z R Z W 6,482 4,58 5,42 a=3,82; c=6,26 R 5,9362 R 6,462 R 6,12 D – olmos, W – vyursit, Z – ruh obmankasi, R – osh tuz. 213 1.5 – jadval. Dielektriklar. Dielektriklar Bakelit Benzol Qog‘oz Distrlangan suv Dengiz suvi Quruq daraxt Ho‘l yer Kvars shisha Kerosin Mramor Parafin Parafin yog‘ Pleksiglas Polistirol Polixlorvinil Polietilen Silikon yog‘ Slyuda Shisha Transformator yog‘i Farfor Shifer 1. Solishtirma elektr qarshiligi ρ (Om·m) (T=300K) 1016 15 10 …1016 1015 104 0,3 109…1013 102 1016 10 10 …1012 108 14 10 …1016 1014 1013 1016 1013 10 10 …1013 1014 1011 1010…1013 1014 105 1016 1018 Modda Formula Ferromagnetik xususiyati Temir Fe 1043 Kobalt Co 1403 Nikel Ni 631 Gadoliniy Gd 289 Kyuri Modda temperaturasid a Tc, ºC RbNiF3 139 CsNiF3 150 Gd3Fe5O12 564 MgFe2O4 713 GdFe2 789 Fe3O4 858 SmCO2 1020 FOYDALANILGAN ADABIYOTLAR Bubert, H. Jenett. Surface and tin film analysis. WILEY-VCH, 2002. 214 “Fundamentals of Microelectronics” , Behzad Razavi, John Wiley India Pvt. Ltd, 2008. 3. “Microelectronics – Analysis and Design”, Sundaram Natarajan, Tata McGraw- 2009. 4. Parfenova Ye.L., Parfenova Ye.L.., Tereteva L.A., Xusainov M.G. Fizicheskie osnovы mikro- i nanoelektroniki. Uchebnik.– M.: Feniks, 2012.240 s. 5. Lozovskiy V.N., Konstantinova G.S., Lozovskiy S.V. Nanotexnalogiya v elektronike. Uchebnik. – Cankt-PeterburgMoskvaKrasnodar: Lan, 2008.– 336 s. 6. Pul Ch., Nanotexnologii. Ch. Pul, F.Ouens.- izd.4-ye ispr. I dop. M.:Texnosfera, 2009.- 336 s. 7. S.K. Mazumder. High-FrequencyInverters. - Burlington, Massachusetts: Academic Press, 2014 8. .Suzdalev I.P. Nanotexnologiya: fiziko-ximiya nanoklasterov, nanostruktur i nanomaterialov. Uchebnik.– M.: KomKniga, 2006, 592 s. 9. Gusev A.I. Nanomaterialы, nanostrukturы, nanotexnologii. Uchebnik.– M.: Fizmatlit, 2007. – 324 s. 10. Mirziyoev Sh.M. Tanqidiy tahlil, qat’iy tartib-intizom va shaxsiy javobgarlik – har bir rahbar faoliyatining kundalik qoidasi bo‘lishi kerak. O‘zbekiston Respublikasi Vazirlar Mahkamasining 2016 yil yakunlari va 2017 yil istiqbollariga bag‘ishlangan majlisidagi O‘zbekiston Respublikasi Prezidentining nutqi. // “Xalq so‘zi” gazetasi. 2017 y., 16 yanvar, №11. 11. O‘zbekiston Respublikasi Konstitutsiyasi. - T.: O‘zbekiston, 2017- 46 b. 12. Бахадырханов М.К., Ортиков И.Б. Малый энциклопедический справочник по полупроводниковым материалам. Справочник. – Т.: 2009. 200 с. 13. Чаплыгина Ю.А. Нанотехнологии в электронике. Учебное пособие.- М. РАН Техносфера. 2005. – 448 с. 14. Драгунов В.П., Неизвестный И.Г., Гридчин В.А. Основы наноелектроники. Ученое пособие. – М .: Физматкнига, 2006.– 496 с. Internet saytlari 2. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. www.lex.uz – O‘zbekiston Respublikasi Qonun hujjatlari ma’lumotlari milliy bazasi www.gov.uz – O‘zbekiston Respublikasi xukumat portali. http://www.Interactive.com; www.acceltech.com veb – sayt firmы Accel Technologies Inc. – razrabotchiki ACCEL YeDA; www.ziyonet.uz; www.lex.uz. www.radio.ru; www.electronic.ru; 215 MUNDARIJA I-BOB. KIRISH. FANNING MAQSADI VA VAZIFALARI…..…………………. 5 1.1. Mikroelektronika va nanoelektronikaning rivojlanish bosqichlari…….……... 5 1.2. Tubdan yangi nanoelektron materiallar yaratish va olishning fizik asoslari.. 10 1.3. Nanometrlar dunyosidan yangiliklar ……………………………………..... 14 1.4 Nanotexnalogiyaning istiqbollari …………………………………………… 18 1.5. Quyosh elementlarini yaratishning yangi texnologik yechimlari……………………………………………………………………………19 II-BOB. KVANT FIZIKASINING ASOSIY TUSHUNCHALARI……………..30 2.1.Kvant fizikasining asosiy tushunchalari. Kvant effekt Xollning fizikasi……..30 2.2.Potensial o‘ra va undagi mikrozarralar xaqida tushuncha……………………31 2.4.Kvant o‘lchamli effektlar, de-Broyl to‘lqin uzunligi………………………….32 2.5.Kvant nuqtalari , kvant ipi, kvant o‘ralari va ularda elektronlarning energetik spektri…………………………………………………………………..33 2.6.Kichik o‘lchamli sohalarda elektronlar energetik spektri va elektron holatlar zichligi.Jismlarning muhim kvantomexanik tavsiflari………………..…36 III-BOB. NANOKLASTERLARNI YARATISH TEXNOLOGIYASI……...….43 3.1. Nanoklasterlarni yaratish texnologiyasi va fizikasi…………………………..43 3.2. Nanoklasterli yarimo‘tkazgichlar xossalari va ular asosidagi tubdan yangi bo‘lgan fizik kattaliklarni o‘lchaydigan sezgichlar…………………………..…..46 3.3. Nopok nanoklasterlar va nanokristallikning pastki chegarasi……….……….50 3.4.Gaz fazasida nanozarralarni olish usuli. “Bug‘latish-kondensatsiya” jarayonida nanozarralarni olish………………………………………………….53 3.5.Kremniy sirtiga elektrolit usuli yordamida yupqa va o‘ta yupqa metalli plyonka hosil qilish………………………………………………………………58 3.6.Tunnel effekti. Kristalda energetik spektrlar……………………………...…..64 3.7. To‘g‘ri burchakli potеntsial to‘siqlarning enеrgеtik va simеtrik diagrammalari……..…………………………………………………….67 3.8.Yarimo‘tkazgichli ust panjaralar.Ust panjaraning diagrammasi. Geteroo‘tishlar……………………………………………………………………71 3.9.Epitaksiya usuli yordamida strukturalar olish va nanoepitaksiya…………….80 3.10.Geteroo‘tishli yangi turdagi fotoelementlar. Getero‘tishlar tushunchasi………………………………………………………..86 IV-BOB.FOTOLITOGRAFIYA FOTONIKA OPTOELEKTRONIKA VA MOLEKULYAR ELEKTRONIKA …………………………………………..….96 4.1. Fotolitografiya va uning ahamyati……………………………………………96 4.2. Fotonika va fotonika materiallari…………………………………………...102 4.3.Optoelektronikaning rivojlanish bosqichlari.Optoelektron asboblarni yaratish texnologiyalari …………………………………………………………105 4.4. Molekular elektronikaning mohiyati va fizik jihatlari ………..…….………109 V-BOB. KOMPENSATSIYALANGAN KREMNIY VA ULAR ASOSIDAGI DATCHIKLAR. ………………………………………………………………...114 5.1. Kremniyda chuqur energetik sath xosil qiluvchi kirishmalar asosida kuzatiladigan fizik xodisalar…………………………………………….114 216 5.2. Kompensatsiyalangan kremniyda fotoo‘tkazuvchanlikni harorat ta’sirida so‘nishi…………………………………………………………………………..117 5.3.Kirishma atomlari bilan kompensatsiyalangan kremniyni tenzo xususiyatlari……………………………………………………………………..121 5.4.Bir o‘qli bosimni kompensatsiyalangan kremniydagi fotoo‘tkazuvchanlik xodisasiga ta'siri ………………………………………………………………...125 5.5. Har tomonlama gidrostatik bosimni kompensatsiyalangan kremniydagi kirishma atomlarining xolatiga ta’siri ………………………………………….128 5.6. Kompensatsiyalangan kreniniydagi past chastotali avtotebranishlar ...….…130 5.7. Kompensatsiyalangan kremniy asosida fizik kattaliklarni o‘lchovchi datchiklar………………………………………………………………………...136 5.7.Kompensatsiyalangan kremniy asosidagi magnit maydon kuchlanganligini sezuvchi datchiklar………………………………………………………………139 5.8.Kompensatsiyalangan kremniy asosida foton xisoblagich…………………..140 5.9.Kompensatsiyalangan kremniy asosidagi tenzodatchiklar………………..…143 VI BOB. LABORATORIYA ISHLARI……………...………………..………..158 Laboratoriya ishi №1……………………………….……………………………158 Laboratoriya ishi №2……………………………….……………………………167 Laboratoriya ishi №3……………………………….……………………………173 Laboratoriya ishi №4……………………………….……………………………178 Laboratoriya ishi №5……………………………….……………………………182 Laboratoriya ishi №6……………………………….……………………………190 Laboratoriya ishi №7……………………………….……………………………199 Ilova …..……………………….………………………………………………...203 Foydalanilgan adabiyotlar ….…………………………………………………....215 Mundarija .……………………………………………………………………….216 217 O‘quv nashri 2021-2022 o‘quv yili Suyarova Matluba Xusanovna Hamzayev Akbarxon Ilash o‘g‘li «MIKRO VA NANOELEKTRONIKA» FANIDAN O‘QUV QO`LLANMA 5310800 - “ Elektronika va asbobsozlik ” (elektronika sanoatida) yo‘nalishida ta’lim olayotgan bakalavrlar uchun Muharrir: dots. Sh. Doniyorov Sahifalovchi: Tursunov M. Tuzuvchilar : Suyarova Matluba Xusanovna, Hamzayev Akbarxon Ilash o‘g‘li Bosishga ruxsat etildi_______________ 20__ yil Qog‘oz bichimi 84X108. 1/32 ofsat bosma usulida bosildi. Adadi 1000 ta. Bosmaxona manzili: Jizzax shahar I.Karimov shoh ko`chasi Jizzax politexnika instituti. Redaksion nashriyot bo`limi. JIZZAX-20____ y. 218 Nashrga ruxsat berildi Ofset qog‘ozi. Buyurtma № Bosma. Tiraj nusxa Jizzax politexnika instituti JizPI Ilmiy – uslubiy kengashining 20___”___” _____ dagi №___- sonli bayonnomasiga asosan nashrga tavsiya etilgan Javobgar muxarrir 219 Mualliflar haqida qisqacha ma’lumot Suyarova Matluba Xusanovna 1965 yil 28 iyunda Jizzax viloyati, Forish tumanida ziyoli oilasida tug‘ilgan. O‘rta maktabni 1982 yilda tugatdi. 1982-1987 yillarda Jizzax Davlat pedagogika institutining “Umumtexnika fanlari va fizika” fakultetida o‘qidi. Oliy ma’lumotli bo‘lgach bir qator davlat idoralarida turli lavozimlarda pedagogik faoliyatini davom ettirdi. 2005 yildan to hozirgi kunga qadar Jizzax politexnika institutining “Radioelektronika” kafedrasiga katta o‘qituvchilik lavozimida faoliyat yuritib kelmoqda Hamzayev Akbarxon Ilash o‘g‘li 1991 yil 30-noyabrda Jizzax viloyati Forish tumani Garasha qishlog‘da ishchi oilasida tug‘ilgan. 2009 yilda Forish tumanidagi 79-sonli o‘rta maktabni tugatgan. 2018 yilda O‘zMUning Fizika fakultetini “Kondensatsiyalangan muhitlar fizikasi” magistraturasi yo‘nalishini tamomlagan. 2018 yildan to hozirgi kunga qadar Jizzax politexnika institutida kafedrasida “Radioelektronika” kafedrasiga assistent lavozimida faoliyat yuritib kelmoqda 220

Mikro va nanoelektronika

Products

Support

Mikro va nanoelektronika

Add this document to collection(s)

Add this document to saved

Suggest us how to improve StudyLib