Yarimotkazgichlarni olish va xususiyatlarini o’rganish

Rasm 2.6. Pe’zoelektrik yarim o‘tkazgichli epitaksal plenkalarni binar birikmalarni noizotermik epitaksiya usuli bilan ko‘p qatlamli qilib o‘stirish usuli.
Noizotermik epitaksiya usuli. Usulning asosiy g‘oyasi ma’lum bir haroratda pe’zoelektrik yarim o‘tkazgichning kristaliga kontaktlar o‘rnatish maqsadida ma’lum erituvchi yordamida eritmasi tayyorlanib olinadi va u tuyintirish holiga olib kelinadi. So‘ngra o‘stirish uchun olingan taglik bilan eritma kontaktga keltiriladi va asta-sekinlik bilan ma’lum tezlikda sovitiladi (2.6-Rasm)
Natijada eritmadagi pe’zoelektrik yarim o‘tkazgichli material qatlami taglik ustiga uni tuzilmasini takrorlab o‘sadi. Etarli qalinlikka ega qatlam olingandan so‘ng eritma taglik ustidan olib tashlanadi va o‘sish to‘xtatiladi. So‘ngra qurilma uy haroratiga qadar sovitiladi. Bu usul bilan oddiy (Si,Ge) dan boshlab (Bi₁₂GeO₂₀ va Bi₁₂SiO₂₀) birikmali materiallarni olish mumkin.
2.2 Yarim o‘tkazgichli kristallarning optik va elektrik xususiyatlari.
Elektronika elementlari asosan yarim o‘tkazgichli materiallar asosida tayyorlanadi. SHuning uchun elektronika elementi optik va fotoelektrik xususiyatlarini bilish yarim o‘tkazgich materiallar tuzilishini ularning metallar va dielektrik materiallardan farqini va yarim o‘tkazgich materiallar uchun bevosita asosiy bo‘lgan xususiyatlarni o‘rganishini taqozo etadi.
Qattiq jismlar hosil bo‘lishini yarim o‘tkazgich materiallar misolida elektron nazariyasi nuqtai nazaridan ko‘rib o‘tamiz. Qattiq jism hosil bo‘lishi jarayonida, atomlarning bir-biriga nisbatan yaqinlashishi shu darajagacha boradiki, natijada tashqi qobiqdagi elektronlarning umumlashishi hosil bo‘ladi. Atomdagi alohida elektronlarning yakka ayrim orbitalari o‘rniga umumlashgan kollektiv orbitalar hosil bo‘ladi va atomdagi qobiqchalar sohalarga birlashadi hamda ular umuman kristallga tegishli bo‘lib qoladi. Elektronlar harakatining xarakteri mutlaq o‘zgaradi, ma’lum atomda va ma’lum energetik sathda joylashgan elektronlar energiyasini o‘zgartirmasdan shu energetik sathdagi boshqa qo‘shni atomga o‘tish imkoniyatiga ega bo‘ladi va binobarin, elektronlarni kristallda erkin siljishi kuzatiladi.
Kristallning izolyasiya holatidagi barcha atomlarning ichki qobiqlari elektronlar bilan to‘la bo‘ladi. Faqat eng yuqoridagi ayrim sathlardan iborat valent elektronlari joylashgan sohadagina sathlar to‘laligicha egallanmagan bo‘ladi. Kristallning elektr o‘tkazuvchanligi, optik va boshqa xususiyatlari asosan valent sohasining to‘ldirilish darajasiga va undan yuqoridagi sohagacha bo‘lgan energetik masofa bilan aniqlanadi va unga o‘tkazuvchanlik sohasi deyiladi. Issiqlik va optik qo‘zg‘atilish hisobiga o‘tkazuvchanlik sohasiga valent sohadan elektronlar o‘tishi va elektr tokini o‘tkazishda ishtirok qilishi mumkin. Valent sohasida hosil bo‘lgan bo‘sh o‘rinlarga elektronlarning ko‘chishi, unga qarama-qarshi bo‘lgan musbat zaryadlarning harakatini hosil qiladi va bu zaryadlarga teshiklar deyiladi.
Dielektriklar deb, valent sohasi to‘ldirilgan va bu sohadan keyingi o‘tkazuvchanlik sohagacha bo‘lgan energetik masofa nisbatan katta bo‘lgan moddalarga aytiladi.
Metallar esa boshqacha tuzilishga egadir. Ularda valent sohasi qisman to‘ldirilgan bo‘ladi yoki u keyingi soha – o‘tkazuvchanlik sohasi bilan kirishgan bo‘ladi.
Agar moddaning valent sohasi to‘laligicha egallanmagan bo‘lsayu, ammo o‘tkazuvchanlik sohasigacha bo‘lgan energetik masofa nisbatan kichik (2 eV dan kamroq) bo‘lsa, bunday moddalar yarim o‘tkazgichlar deyiladi. YArim o‘tkazgichlar xususiyatlari xususan elektr o‘tkazuvchanligi tashqi muhitga, ayniqsa xususiyatlari xususan elektr o‘tkazuvchanligi tashqi muhitga, ayniqsa haroratga bog‘liq bo‘ladi. Harorat (T) ning ortishi elektronlar miqdorining valent v ao‘tkazuvchanlik sohasiga o‘tishida tok tashuvchilarning eksponensial ravishda ko‘payishiga va elektr o‘tkazuvchanlikning ( )
(1)
tenglamaga asosan o‘zgarishiga olib keladi Bu erda k – Bolsman doimiysi, A – moddani xarakterlovchi o‘zgarmas kattalik.
Metallarning elektr o‘tkazuvchanligi erkin elektronlar konsentratsiyasi o‘zgarmas bo‘lganligi tufayli elektronlar haraktchanligining haroratga bog‘liqligi bilan aniqlanadi va haroratning ortishi bilan asta-sekin kamayadi…
YUqoridagi tenglamani logarifmlab quyidagi ifodani hosil qilamiz.
(2)
Bu tenglamani yarim logarifmik koordinitalarda grafik ravishda ko‘rsatish mumkin. Hosil bo‘lgan to‘g‘ri chiziq va uning φ burchak tangansi yarim o‘tkazgich materiallarning asosiy parametri bo‘lgan, ta’qiqlangan soha kengligi ni aniqlaydi. Ta’kidlash lozimki, qiya to‘g‘ri chiziq, ya’ni elektr o‘tkazuvchanlik logarifmik ga bog‘liq ravishda o‘zgarishi faqat toza kirishmalardan holi, xususiy o‘tkazuvchanlikka ega bo‘lgan materiallar uchungina shunday ko‘rinishga ega.
Kirishmaviy yarim o‘tkazgichlarda ning dan bog‘lanishi murakkab bo‘lib, u ikkita qiya to‘g‘ri chiziqdan iborat bo‘lishi mumkin va bir-biri bilan gorizontal qism orqali tutashgan bo‘ladi. Past haroratli sharoitda o‘lchash natijasida olingan tenglamadan hosil qilingan qiya to‘g‘ri chiziq tangensi yordamida kirishmalarning ta’qiqlangan sohada joylashgan energetik sathlari holatini aniqlash mumkin. YUqori haroratli sharoitda olingan hollarda esa yarim o‘tkazgich materiallarning ta’qiqlangan sohasi kattaligini, ya’ni E_g ni aniqlash mumkin.
Elektronika elementi tayyorlashda yoruglik nurlanishining yarim o‘tkazgich material bilan o‘zaro ta’siri, fotonlar energiyasini materialdagi elektronlarda yutilishi va chiqishi jarayonlari muhim ahamiyatga egadir.
Kvant mexanikasida elementar zarrachalar, shu jumladan elektronlar ham to‘lqin xossalariga ham ega deb qaraladi. SHuning uchun elementar zarrachalar harakatini o‘rganishda energiya (E) va impuls (R) bilan bir qatorda, ularning to‘lqin uzunliklari takrorlanuvchanligi va to‘lqin vektori , (h – Plank doimiysi) ham ishlatiladi. Bu erda va ga teng. Kristallning sohali tuzilmasini E – K diagrammalar bilan tasvirlash mumkin. Bu erda energiya elektron-voltlarda (eV) to‘lqin vektori K – kristall panjara doimiysi qismlarida ko‘rsatiladi. SHu bilan birga K o‘qda ko‘rsatkichlar yordamida kristall panjaraning yo‘nalishi ko‘rsatiladi. E – K diagrammasi vositasida sohalararo o‘tishlarning yarim o‘tkazgich materialdagi harakteri va jumladan o‘tishning «to‘g‘ri» yoki «to‘g‘rimas» ligini aniqlash mumkin.
Optik yutilishni o‘lchanishidan aniqlangan E_g ning kattaligi, ko‘pincha yarim o‘tkazgich materialdagi erkin zaryad tashuvchilaring konsentratsiyasiga, haroratga va kirishmalar energetik sathlarining ta’qiqlangan sohada mavjudligiga bog‘liq bo‘ladi. Agar o‘tkazuchanlik sohasi tubidagi va valent soha ustidagi holatlar zaryad tashuvchilar bilan to‘ldirilgan bo‘lsa, u holda krishmali yarim o‘tkazgich materiallar uchun E_g sof xususiy materialga tegishli qiymatidan kattaroq bo‘lishi mumkin. Agar kirishmalar hosil qilgan soha eng yaqin ruxsat etilgan soha chegarasi bilan birlashib ketsa (masalan, ko‘p miqdordagi kirishmalar kiritilgandagi kuzatiladigan holat), u holda E_g kamayadi. E_g ning bunday kamayishi asosiy yutilish chegarasiga ta’sir qiladi.
YArim o‘tkazgich materialda yutilish koeffitsienti odatda to‘lqin energiyasining masofada e marotaba kamayishi orqali aniqlanadi va u

dan topiladi. Bu erda N – yarim o‘tkazgich materialda chuqurlikka kirgan fotonlar oqimining zichligi, N₀ – material sirtini kesib o‘tuvchi fotonlar oqimining zichligi.