Жарықшығаратын құрылымдардың электролюминисценциясының спектрлік сипаттамалары

Жоспар
Кіріспе

Қысқартулар мен бегілеулер
Кіріспе
1 Жарықшығаратын материалдар . электронды техниканың негізі
1.1 Кремний композитті қабатының және нанокристалдармен кремний оксидінің негізгі қасиеттері
1.1.1 Оптикалық қасиеті (фотолюминесценция)
1.1.2 Электрлік қасиеті
1.2 Кристалдық кремнийдің қолдану аясы
2 Жарық шығаратын құрылымдарды зерттеу әдістері мен алу технологиясы
2.1 Иондық имплантация әдісі
2.1.1 Иондық имплантация әдісінің мүмкіншіліктері мен ерекшеліктері
2.1.2 Иондық имплантация қондырғысы

Қазіргі таңда электрониканың ең маңызды әрі қажетті материалы болып кремний саналады. Микроэлектроника технологиясындағы және қазіргі уақыттағы элементті база күйінің дамуындағы магистралдық жолы осы кремнийдің электрондық және физика-химиялық қасиеттері арқылы анықталды. Бұл көптеген ыңғайлы жағдайлар қатарларының сәйкес келуіне байланысты. Шолып кететін болсақ кремнийді алу үшін шикізаттың таусылмайтын қоры, басқамен салыстырғанда бағасының арзандығы, термиялық кремний тотығының және SiO2/Si бөлімдер шекараларының жоғары сапасында. Осы жағдайда кремний инфрақұрылымдарының және де кремний инфрақұрылым негізінде жасалған аппаратуралардың көптеп шығарылуы күнделікті тұрмыста және индустрияның барлық салаларында микроэлектрониканың өнімдерін енгізуіне алып келді. Бірақ та инфрақұрылымның оптоэлектронды элементтерін құрастыруда сәулелену көздері, жарық ендірілген күшейткіш құрылымдарында нақ осы кремнийді қолдануға болады ма әлде болмайды ма деген сұрақ көптеп туындап жатады. Бұған фундаменталды кемшілігі себеп болады, демек кремнийдің энергетикалық құрылымының тік болмауы және люменесценция эффектілігінің төмендігінде.
Кеңзоналы диэлектрлік матрицасында нанокристалдардың құрылуы кремнийдің наноқұрылымдану әдісі сияқты люменесцентті қасиеттерін жоғарылататын эффективті шешімдердің бастысы болып табылады. Осы әдіс бөлме температурасында жоғары интенсивті люменесценцияны алу үшін кванттық өлшемдік эффектті пайдаланудан тұрады. Тұрақты жарық шығаратын нанокристалдық кремний құрылуының кең көлемде тараған әдістеріне иондық имплантация әдісі немесе отырғызу арқылы алынған қалың кремний қабаттарының босаңдатуын жатқызуға болады.
Осы жұмыста кремний нанокристалдарының жүйесін алу үшін кезекті термоөңдеумен жоғары беттік аумағында қоспаның қаныққан ерітіндісі түзіледі. Радиационды күйдіру әсерінен нанокристалдарда қоспалардың преципитациясы туындайды. Ионның әртүрлі түрлері имплантирленетін күйдіру мен реттіліктің режимдерін өзгерте отырып, құрамы бойынша күрделі преципитаттарының құрылымдық сапасы мен өлшемі де ескеріледі. Бұл жағдайда иондық имплантация әдісі қолданылады.
Иондық имплантация әдісінің ең басты артықшылығы – оның микро- және оптоэлектрониканың өндірістік технологиясымен сәйкестігі. Иондық имплантацияның мөлшері, иондар энергиясы, сәулелендіретін нысананың температурасы және иондық токтың тығыздығы сияқты параметрлерге тәуелділікте олардың сапасы мен нанокластерлердің синтезінің сипаттамаларын түрлендіруге болады.

Пән: Автоматтандыру, Техника
Жұмыс түрі: Дипломдық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 28 бет
Таңдаулыға:

Қазақстан Республикасының Білім және Ғылым Министрлігі
әл-Фараби атындағы Қазақ Ұлттық университеті

Курбаналиева М.К

ЖАРЫҚШЫҒАРАТЫН ҚҰРЫЛЫМДАРДЫҢ ЭЛЕКТРОЛЮМИНИСЦЕНЦИЯСЫНЫҢ СПЕКТРЛІК СИПАТТАМАЛАРЫ

ДИПЛОМДЫҚ ЖҰМЫС

Мамандығы 050710 - материалтану және жаңа материалдар технологиясы

Алматы, 2015 ж.

Қазақстан Республикасының Білім және Ғылым Министрлігі
әл-Фараби атындағы Қазақ Ұлттық университеті
Физика - техникалық факультеті
Қатты дене және бейсызық физика кафедрасы

Қорғауға жебірілді
_______________ Кафедра меңгерушісі ___________ О.Ю.Приходько

ДИПЛОМДЫҚ ЖҰМЫС

ЖАРЫҚШЫҒАРАТЫН ҚҰРЫЛЫМДАРДЫҢ ЭЛЕКТРОЛЮМИНИСЦЕНЦИЯСЫНЫҢ СПЕКТРЛІК СИПАТТАМАЛАРЫ тақырыбы бойынша

Мамандығы 050710 - материалтану және жаңа материалдар технологиясы

Орындаған
4 курс студенті: _____________ Курбаналиева М.К
(қолы, күні)

Ғылыми жетекші
PhD докторы, аға оқытушы: _____________ Исмайлова Г.А.
(қолы, күні)

Норма бақылаушы
PhD докторы, аға оқытушы: ______________
(қолы, күні)

Алматы, 2015ж.
Қыскартулар мен қысқартылулар
Дипломды бітіру жұмысының барысында келесі белгіленулер мен қысқартулар қолданылды:

БЕЛГІЛЕНУЛЕР МЕН ҚЫСҚАРТЫЛУЛАР

БҚМ
Беткі қабаттардың морфологиясы
СЗМ
Сканерлеуші зондты микроскоп
НК
Нанокристалдық кремний
СЭМ
Сканерлеуші электронды микроскоп
ВАС
Вольт-амперлік сипаттама
D
Диаметр
ПӘК
Пайдалы әсер коэффициенті
G
Электр өткізгіштігі
кВ
Киловольт
c-Si
Кристалдық кремний
a-Si
Аморфты кремний
ac-Si
Аморфты кремнийдің нанокластері
ис-Si
Кремнийлік нанокристалл
ИҚ
Инфрақызыл
ФЛ
Фотолюминесценция
КБ
Кері байланыс
Нм
Нанометр

Глоссарий

Материалтану
техникалық материалдардың құрамы, ішкі құрылымы және қасиеттері арасындағы тәуелділікті, сондай-ақ олардың сыртқы факторлар әсерінен өзгеру заңдылықтарын зерттейтін ғылым саласы.
Наноматериал
құрамында құрылымдық элементтер бар,өлшемі 100 нм-ден аспайтын геометриялық өлшемді, жаңа қасиеттерге ие, функционалды және эксплутациялық сипаттамаларға ие материалдар.
Нанобөлшектер
максимальді 100 нм өлшемге ие бөлшектер, нанобөлшектердің анықтамасы олардың өлшемдерімен емес, көлемдік фазадан ерекшелейтін олардың жаңа қасиеттерімен байланысты болады.
Кластер дегеніміз
атомның берілген торы және дұрыс геометриялық формасы бар құрылымы ретті орналасқан нанобөлшектер.
Жарықдиоды

Жарық сәулесін электр тогына түрлендіретін жартылайөткізгіш құрылғы.

МАЗМҰНЫ

Қысқартулар мен бегілеулер

Кіріспе
8
1
Жарықшығаратын материалдар - электронды техниканың негізі
9
1.1
Кремний композитті қабатының және нанокристалдармен кремний оксидінің негізгі қасиеттері
10
1.1.1
Оптикалық қасиеті (фотолюминесценция)
10
1.1.2
Электрлік қасиеті
17
1.2
Кристалдық кремнийдің қолдану аясы
19
2
Жарық шығаратын құрылымдарды зерттеу әдістері мен алу технологиясы
22
2.1
Иондық имплантация әдісі
23
2.1.1
Иондық имплантация әдісінің мүмкіншіліктері мен ерекшеліктері
23
2.1.2
Иондық имплантация қондырғысы
27

КІРІСПЕ

Қазіргі таңда электрониканың ең маңызды әрі қажетті материалы болып кремний саналады. Микроэлектроника технологиясындағы және қазіргі уақыттағы элементті база күйінің дамуындағы магистралдық жолы осы кремнийдің электрондық және физика-химиялық қасиеттері арқылы анықталды. Бұл көптеген ыңғайлы жағдайлар қатарларының сәйкес келуіне байланысты. Шолып кететін болсақ кремнийді алу үшін шикізаттың таусылмайтын қоры, басқамен салыстырғанда бағасының арзандығы, термиялық кремний тотығының және SiO2Si бөлімдер шекараларының жоғары сапасында. Осы жағдайда кремний инфрақұрылымдарының және де кремний инфрақұрылым негізінде жасалған аппаратуралардың көптеп шығарылуы күнделікті тұрмыста және индустрияның барлық салаларында микроэлектрониканың өнімдерін енгізуіне алып келді. Бірақ та инфрақұрылымның оптоэлектронды элементтерін құрастыруда сәулелену көздері, жарық ендірілген күшейткіш құрылымдарында нақ осы кремнийді қолдануға болады ма әлде болмайды ма деген сұрақ көптеп туындап жатады. Бұған фундаменталды кемшілігі себеп болады, демек кремнийдің энергетикалық құрылымының тік болмауы және люменесценция эффектілігінің төмендігінде.
Кеңзоналы диэлектрлік матрицасында нанокристалдардың құрылуы кремнийдің наноқұрылымдану әдісі сияқты люменесцентті қасиеттерін жоғарылататын эффективті шешімдердің бастысы болып табылады. Осы әдіс бөлме температурасында жоғары интенсивті люменесценцияны алу үшін кванттық өлшемдік эффектті пайдаланудан тұрады. Тұрақты жарық шығаратын нанокристалдық кремний құрылуының кең көлемде тараған әдістеріне иондық имплантация әдісі немесе отырғызу арқылы алынған қалың кремний қабаттарының босаңдатуын жатқызуға болады.
Осы жұмыста кремний нанокристалдарының жүйесін алу үшін кезекті термоөңдеумен жоғары беттік аумағында қоспаның қаныққан ерітіндісі түзіледі. Радиационды күйдіру әсерінен нанокристалдарда қоспалардың преципитациясы туындайды. Ионның әртүрлі түрлері имплантирленетін күйдіру мен реттіліктің режимдерін өзгерте отырып, құрамы бойынша күрделі преципитаттарының құрылымдық сапасы мен өлшемі де ескеріледі. Бұл жағдайда иондық имплантация әдісі қолданылады.
Иондық имплантация әдісінің ең басты артықшылығы - оның микро- және оптоэлектрониканың өндірістік технологиясымен сәйкестігі. Иондық имплантацияның мөлшері, иондар энергиясы, сәулелендіретін нысананың температурасы және иондық токтың тығыздығы сияқты параметрлерге тәуелділікте олардың сапасы мен нанокластерлердің синтезінің сипаттамаларын түрлендіруге болады.

1 ЭЛЕКТРОНДЫ ТЕХНИКАНЫҢ басты НЕГІЗІ- ЖАРЫҚ ШЫҒАРАТЫН МАТЕРИАЛДАР

Қазіргі таңда кремнийдің жарық сәулелендіру қабілетін күшейтудің мүмкін болатын тәсілдері ынталы түрде зерттелініп жатыр. Электронды аймағы тік емес жартылайөткізгіш ол - кремний және де аймақ аралық сәулелену рекомбинациясының төмен кванттық эффектілігімен сипатталынады. Алайда біріктірілген кремнийлі опто- және микроэлектронды жүйелерді жасау перспективасы қазіргі замандағы кремний қабықшаларының жарық шығаратын қасиетін жоғарылату әдістерін ынталы түрде қарастыруға талпындырады. Балқыған қышқылдардың ерітіндісінде монокристалдық кремнийді өңдеу арқылы алынған кеуекті кремнийді жасау үшін кванттық өлшемдік эффектті қолдану - үміт күттіретін және кремнийдің оптикалық сәулеленуін күшейтетін мәселелердің бірі болып табылады [1]. Жалпы соңғы 15 жылда кеуекті кремнийді алу әдістерінің көптеген жолдары қарастырылған. Бірақ оптоэлектроникада кеуекті кремнийді қолдану аздап қиындықтар тудырды. Кеуекті кремнийдің морттылығы мен материалдардың жоспарсыз қышқылдануы жарық шығаратын қабілетінің тұрақсыз болуына алып келеді. Кремний оптоэлектроникасының дамуындағы келесі бір бағыт люминесценцияның қоспа активатормен (яғни, сирек кездесетін элементтермен Er, Eu, Yb, Tb) легирленген кремнийдегі жарық шығаратын құрылғы болып табылуында [2, 3]. Бұл амалдың практика жүзінде қолданылуы: легирленген материалдардың оптикалық қасиеттертерінің тұрақсыздығымен, люминесценцияның температуралық өшуімен және рекомбинацияның сәуле шығаруының үлкен уақыт санымен анықталады. Міне, осылайша қазір зерттеушілердің күшінің көп бөлігі оптоэлектрондық қасиеті жақсартылған кремний негізіндегі микро- және наноқұрылымдарды дамыту технологиясына бөлінген. Оның SiSiO2 асқынтор, кеуекті кремний қабықшаларын [4], SiGe құрылымдарын қалыптастыру [5], германийлі немесе кремнийлі нанопреципитаттарды SiO2-де [6,7], сондай-ақ Si және SiO2 - дегі А3В5 тікаумақты жартылайөткізгішті нанокристалдарының қалыптасуы сияқты аздаған амал-тәсілдері бар.
Кремниймен бірге бір кристаллдағы А3В5 негізіндегі оптоэлектронды құрылғылардың интеграциясы көптеген жылдар бойы жоғары дәрежелі қызығушылықтар тудырды. Бірінші зерттеушілер кремнийдегі А3В5 материалының қабықшаларын өсіруге талпынды, бірақ кейіннен кремний кристалдық тор құрылымының А3В5 қосылысына сәйкес еместігінің үлкендігі оптоэлектронды және электронды қасиеттерімен қабықшалар өсіруді әлдеқайда қиындатты. Мысалы, алып қарайтын болсақ Si және InAs тор параметрлерінің бір-біріне деген сәйкессіздігі 10,6%-ды құрайды. Кванттық нүктелерді зерттеудің басталуымен жаңа көптеген мүмкіндіктер пайда бола бастады. Жалпы кристаллдық кремнийде А3В5 кванттық нүктесінің тік өсіруі кремнийдің интеграциясындағы және А3В5 материалындағы басты бағыт болып саналады. Осындай кванттық нүктелердің үйлесімділігі толқын ұзындығының инфрақызыл диапазонындағы оптоэлектронды құрылғыларды (яғни, жартылайөткізгіш лазерлер, фотодиодтар, фотодетекторлар,) шығаруда аса зор қызығушылық туғызды. Кванттық нүктелердің массивтерін жасаудағы ең басты мәселе өлшемі бойынша кванттық нүктелердің таралуын жоғары құрылымдық жетілуі және олардың эффективті басқаруы болып отыр. Кванттық нүктелердің біртекті өлшемі оптоэлектроникада пайдалануда аса маңызды рөл атқарады. Бір жағынан көпөлшемді кванттық нүктелерді пайдаланғанда, мысалыға алатын болсақ ИҚ фотодетекторларында детекторлы жүйесінде көптүстілікті қамтамасыз етуге болады [8].

1.1 Нанокристаллдармен кремний оксидінің және кремний композитті қабықшаларының негізгі қасиеттері

Дәл қазіргі кезде жартылайөткізгіш наноқұрылымдарының құрылу технологиясы мен олардың негізгі қасиеттерін зерттеу жан-жақты қарастырылуда. Кристалдық кремний (c-Si) микроэлектроника мен компьютерлік техниканың ең басты материалы болып саналғандықтан, кремний нанокристалдарына (ис-Si) аса қатты көңіл бөлінеді, ал оның қасиеті аморфтық (a-Si) және монокристалдық (c-Si) кремнийдің көлемдік фазаларынан әлдеқайда ерекшелігі бар. Нанокристалдық кремний жүйесінің қасиеттері үшін кванттық өлшемдік эффектпен бірге ис-Si бетіндегі екі күйі, яғни электрондық және тербелмелі күйлері маңызды рөл атқаратындығы зерттелінген. Осы күйлердің қасиеттері әсіресе нанокристалдардың орналасқан матрицасына байланысты анықталынады. Интегралдық жүйенің планарлық кремний технологиясына сәйкес жарық шығарушы құрылғының жаңа түрі шығарылғанда қолдану үшін қажет. ис-Si- дің электрлік және оптикалық қозуы қатты денелік матрица арқылы жүзеге асырылуы мүмкін. Жарықшығарушы құрылғының маңызды материалы ретінде кремний оксидінің аморфты матрицасына ендірілген нанокомпозит wc-SiSiC2В қарастырылады. Ол ис-Si материалымен жарасымды материал ретінде қарастырылады. 2-5 нм өлшемдегі ис-Si c-Si- ден тиімді ажырататын люминесценцияның жоғарғы эффектілігін көрсететіндігін айта кеткен жөн, сондықтан берілген жартылайөткізгіштің сәуле шығаратын заряд тасымалдаушыларының рекомбонациясының ықтималдығы төмен болады. Сонымен қатар перспективті жүйе ретінде құрылуы үшін төмен сығу температурасын қажет ететін аморфты кремний нанокластерлерінің (ac-Si) бөлшекті немесе толық құрылымын пайдалану ұсынылған. Оксидті матрицада эрбиймен легирленген ac-Si үлгісі нанокристалды құрылымдарға қарағанда люменесцентті қасиеттері жоғары болады [9].

1.1.1 Электрлік қасиеттері

Жарық шығаратын материалдардың электрлік қасиеті айтарлықтай дәрежеде оның құрылымдық ерекшеліктерінде анықталады. Негізінде, жарық диодтарының сондай маңызды сипаттамалары тыйым салынған аумақтың ені және өткізгіштік сипаттамасы және т.б. болып табылады.
Суретте кейбір жартылайөткізгіш материалдар үшін вольт - амперлік сипаттамасы көрсетілген, және олардың тыйым салынған аумақ енінің мәндері берілген. Эксперименталды тәуелділіктерден алынған осы материалдардың деңгейлік кернеуі Eg мәніне сәйкес келетінін байқауға болады.

Сурет 3 - Бөлме температурасында алынған әр түрлі жартылайөткізгіштердің p-n ауысуының вольт - амперлік сипаттамасы

Келесі суретте толқын ұзындығының ультракүлгін, көрінетін және инфрақызыл диапазонындағы жарық диодтары үшін диод арқылы өтетін 20 мА тоқтағы тыйым салынған аймақ еніне диодтағы тік кернеудің тәуелділігі көрсетілген. Потенциалдардың контактті айырмашылығын (деңгейлік кернеу) бағалау үшін келесі формуланы пайдаланамыз.

V ≈ VD ≈ Eg ̸ e (1.2)

Осы формула арқылы құрылған тік сызық тік кернеудің мәніне сәйкес келеді. Көптеген жартылайөткізгіш диодтарының сипаттамалары осы сызықта жататыны суреттен белгілі.

Сурет 4 - Әр түрлі типтегі жарық диодтары үшін тыйым салынған аймақ енінің диодтағы тік кернеуге тәуелділігі

Сәулелену энергиясы
Жартылайөткізгіштер арқылы сәулеленген фотон энергиясы тыйым салынған аймақ ені арқылы анықталады.

hʋ ≈ Eg (1.3)

Кесте 3 - Әр түрлі диапазондағы сәулеленулердің фотон энергиясының мәні

Кейбір диапазондағы сәулеленулердің фотон энергиясының мәнін жоғарыдағы кестеден анықтауға болады.
Идеалды диодта бір электронның активті аумаққа инжекциялануы бір фотонның генерациясына алып келеді. Энергияның сақталу заңына сәйкес электронның энергиясы фотонның энергиясына сәйкес келуі керек. Яғни,
eV = hʋ (1.4)

Осы формуладан фотон энергиясы жарық диодына орнатылған кернеудің әсер етуіне тәуелді екенін көруге болады.

1.2 Кристалдық кремнийдің қолдану аясы

Кристалдық кремний, аморфты кремнийді қайта кристалдау кезінде түзіледі, жартылай өткізгіштік қасиеті бар.
Оның электроөткізгіштігі қыздырған және жарық түсірген кезде өседі. Бұл кристалдардың құрылысымен байланысты, ондағы кремнийдің әрбір атомы басқа төрт атоммен тэтраэдрлік қоршалған және олармен әлсіз ковалентті байланыстармен байланысқан. Бұл байланыстар тіпті қалыпты жағдайларда да ішінара бұзылады, олар сияқты қоспалар қатысында бұзылатын байланыстар саны артады, бұл электрөткізгіштік жоғарылауына әкеледі.
Нанокремнийді қолдану аясы сәуле шығару көзі ретінде ғана шектелмейді. Күн энергетикасында SiO2:nc-Si көрінетін жүйенің құны екінші ұрпақпен салыстырып, 1 м2 ауданға санағанда екі еседен көп емес, жоғарылаған сайын эффективтігі 20-дан 70% - ға дейін өсетін, үшінші ұрпақтың батареясында, құрам элементтері ретінде пайдаланады. Бұл жағдайда эффективтіліктің жоғарылауы тыйым салынған аймақ енінің жетіспеуінен күн элементтерінің кремний массивті базасында пайдаланбайтын нанокремнийдің жұту қабілетіне және электр энергиясының бірнеше бөлігін күн сәулесінің энергиясына айналдыруға негізделеді.
НК Si-дің тағы бір қолдануы - толқын ұзындығы 1,54 мкм болғанда сәуле шығаратын сирек кездесетін эрбий (Er) элементінің люменесценция сенсибилизациясы. Ол оптикалық кремний талшықтарының мөлдір терезесіне түседі және сол себепті болашақта оптоэлектроникада маңызды рөлдердің бірінде болады деп үміт күтілуде. Кремний немесе SiO2 матрицасындағы эрбий фотолюменесценция интенсивтілігі жеткіліксіз (кванттық шығыс төмен болуымен сипатталады). Егер Er атомдары НК Si - ге жақын орналасса, онда жарықпен немесе өріспен қоздырылған НК Er атомдарына өзінің энергиясын бере алады және сонымен қатар эрбийлік люменесценцияның интенсивтілігін жоғарылата алатын болады.
НК Si энергияға тәуелсіз есте сақтау жадының (флэш-жады) қондырғыларында да қолданады. Бұл қондырғыларда жад элементі өрістік транзисторды ұсынады, онда басқарушы бекітпе (затвор) мен канал арасында басқарушы бекітпенің (ақпарат жазу) бір полярлықта транзистор каналынан электрондарды қабылдап, бекітпенің басқа полярлығында (санау) беретін әдетте кремний нитридінен жасалған балқыған бекітпе орналасады. Кремний нитриді қабыршақтарын жұқа SiO2:nc-Si беткі қабатымен ауыстырудың бірнеше артықшылықтары бар, олар: ақпараттарды сенімді сақтау, жұмыс атқарушы кернеудің төмендеуі, тезқимылдаудың жоғарылауы, азаю токтарының кемуі және т.б.
Сонымен қатар нанокристаллдық кремний химия, биология және медицина салаларында кеңінен қолданылады. Мысалы, НК Si-дің фотоқоздырылған энергиясы жоғары биологиялық активтілікпен оттек молекулаларына резонанстық жолмен беріле алады. НК Si-дің бұл қасиеті қатерлі ісіктерді емдеуде пайдалануға ұсынылған. Осы мақсатпен қанға ендірілген және радиоактивті фосформен легирленген НК Si қолданады. Химияда НК Si дің жоғары каталитикалық активтілік қасиеті пайдаланылады.
Фундаменталдық көзқарас бойынша нанокремнийді зерттегенде өз шешімін күтетін біраз мәселелер туындайды: люминесценция механизмін анықтау, НК Si диэлектрлік матрицасында өздігімен және басқа объекттермен (мысалы, нанокластерлер мен металл атомдары) электронды әсерлесу физикасы, кремний лазерін құру мәселелері және т.б. Бұл материал оқымыстылар мен инженерлер үшін қызметтің кең аумағын ашады және осы материалды зерттеу кезінде жиналған тәжірибелері басқа наноматериалдар үшін, әсіресе көпкомпонентті жүйе үшін пайдалы болады.
Жарықдиодтары электроэнергияны аз қажет етуінің арқасында, энергетикасымен мәселелері бар аймақтарда декоративті жарықтандыру үшін пайдаланады. [11].
Жарық диодтарының жұмыс істеу мерзімі, люменесцентті лапмалардың ұзақ өмір сүруінен 6-8 есе көп. Онымен жұмыс істеудің қарапайымдылығы, өнімдердің оңай жиналуы, үнемі қызмет көрсетуін қадағалап отырудың қажет еместігі және антивандалдық сапалары осы жарық көздерін газоразрядты, люменесцентті лампалармен бәсекелесу қабілеттілігін арттыруға көмектеседі. Жарықпен жазуларында неонды қолданып жүруінің негізгі аспектісі жарықдиодтарының әзірге бағасы қымбат болуы болып табылады.
Артықшылықтары:
* Тиімді.
Жарық диодтарының негізгі артықшылығының бірі оның ұзақ өмір сүретіндігі. Бұл жарық көздерінің 100 000 сағат қолдану ресурсы бар, яғни 10-12 жыл үздіксіз жұмыс істеуге болады. Салыстыру үшін неондық және люменесцентті лампалардың максималды жұмыс істеу ұзақтығы 10 мың. сағатты құрайды.
Осы уақыт аралығында люменесцентті лампаларды пайдаланатын жарық модулінде, оны 8-10 рет ауыстыру керек болады. Жарық диодты модульдерді пайдалану арқылы электроэнергияны 87% - ға дейін үнемдеуге болады.
* Жайлы.
Жарықдиодты модуль - қосылудың қарапайым сызбасы бар көпкомпонентті құрылым болып табылады. Жарық диодтарының жұмыс істеуінің гигантты ресурсы оның орнын ауыстыруға байланысты барлық мәселелерді шешеді. Сонымен қатар жарық шығаратын диодтар жұмыс температураларының кең диапазонында сенімді түрде функциялайды.
* Сенімді.
Жарық диодтарын құрылғыларды қолдану ақпараттардың шығуы (жол белгілері, бағдаршамдар, ақпараттық тақташалар және т.б.) адамдардың ақпараттарды қабылдауды, яғни көзбен көру қашықтығын жақсартады. Сол себепті дамыған мемлекеттердің үлкен қалаларында қарапайым бағдаршамдардың орнына жарық диодтарының сызбаларын ауадағы, судағы навигационды жүйелерде қолданады.
Жарық диодтарын пайдаланудың басқа аспекті болып оның беріктік және антивандалдық қасиеті болып табылады. Шыны трубкаларына қарағанда бұл жарық көздері пластиктен жасалынады. Бір жарық диоды үшін сипаттамалық кернеу 3-4 вольтті құрайды. Сол себепті жоғары кернеулерде жарық диодтарын пайдалану оптималды таңдау болып табылады. Жарық диодты модульдер үшін жұмыстық кернеу 10-12В - ті құрайды. Төмен кернеулерде күшті изоляциясы бар үлкен ағыстардың өткізгіштерін пайдалануға болмайтыны белгілі. Ол сонымен қатар электротізбекке жарық диодтарын қосуды жеңілдетеді. Газоразрядты трубкаларда жарықдиодтарына қарағанда жарық жану үшін разрядқа керекті кернеуді беру қажет. Жарық диодтары электротізбекке қосанда жарықты бірден сәулелендіреді. Және олардың жарықтығын кернеуді өсіру және төмендету арқылы оңай реттеуге болады. Жарық диодтарының маңызды артықшылықтарының біріне төмен температуралардың әсер етуіне төзімділігі болып табылады. [12].
Жарықдиодтары неоны бар лампаларға қарағанда жарықтық акценттері тура жұмыс істейді.
Жарық диодтары өте кішкентай болып табылады. Әр түрлі сувенирлар, миниатюрлі стендтар,компактті таблолар өте нақты және ерекше көрінеді.
Жарық диодтарын қолданудағы кемшілік үлкен және кіші өлшемдегі көлемді әріптерді құрастырудағы олардың кішкентайлығы болып табылады. Сол себепті көптеген жеке жарық диодтарын бір топқа біріктіру қажет. Бірден назар аудартатын жарықты қамтамасыз ету үшін көп мөлшердегі жарық диодтары қажет. Бұл жағдайда универсалды модульдерді пайдалану қажет болады: іс жүзінде кез келген жарнамалық күйді интегралдайтын бір немесе екі жарық диодтарын.
Жарық диодтарын қайда қолданады?
* Жарықтық жарнамалардың барлық түрін (жазулар, қалқандарда, жарықтық қораптарды және т.б.)
* Неонды алмастыру
* Ғимараттар дизайны
* Жиһаздар дизайны
* Архитектуралық және ландшафтылық жарықтарда
* Жылжымалы жолдардағы біртүсті дисплей
* Магистралды ақпараттық көрсеткіш тақталарында
* Үлкен видео экрандар үшін толық түсті дисплейлерде
* Автомобиль, грузовик және автобустардағы сыртқы және ішкі жарықтандыру
* Жол белгілері мен бағдаршамдар
Тағы басқа пайдалану сферасы қалта телефондарында, сандық камералардағы сұйықкристалды дисплейлерді жарықтандыру болып табылады. Сонымен қатар архитектуралық және жарықтандырудың басқа түрлерін де пайдаланады. [13].

2 ЖАРЫҚ ШЫҒАРУШЫ ҚҰРЫЛЫМДАРДЫ ЗЕРТТЕУ ӘДІСТЕРІ МЕН АЛУ ҚҰРЫЛЫМДАРЫ

Әдістердің бірінде төсемше бетіне (кремнийлік электроникада төсемше ретінде әдетте ИЖ-нің басқа да элементтері дайындалатын монокристалдық кремний пластиналарын қолданады) стехиометриялық емес кремний оксидінің SiOx (x 2) қабықшалары сол әдіспен, болмаса басқа әдіспен жағылады. Көбіне қолданылатын SiOx жағу жолдарына: бір уақытта дозаланған оттек ағынына SiO ұнтақтарын термиялық буландыру, оттек пен силан қоспасының плазмохимиялық ыдырауы ("Plasma-enhanced chemical vapor deposition"), SiO2 және Si нысаналарының біріктірілген магнетрондық тозаңдату жатады. Қондырғанан кейін SiOx SiO2- ге таралатын және элементарлы кремнийдің наноқосылуы болатын жоғарытемпературалы күйдіру жүргізіледі. Берілген әдістің әртүрлілігі - SiOx және SiO2 жұқа қабықшаларын кезектесіп отырғызу жолы арқылы көпқабатты (нанопериодикалық) құрылымдарды жасау болып табылады. Сонымен бірге SiOx-тің вертикальды өлшемінің таралуынан кейін SiOx қабықшасының қалыңдығымен Si наноқосылуы шектеулі, ол НК өлшемдерді қабықша қалыңдығын таңдау арқылы реттеуге мүмкіндік береді. SiO2 нің орнына наноэлектроникада перспективті қолданылатын диэлектрлік тұрақтысы жоғары (Al2O3, ZrO2, HfO2 және т.б) басқа диэлектриктердің қабықшаларын қондыруға болады.
Кремнийлі наноқұрылымды алудың екінші әдісі аморфты кремний (a-Si) қабықшаларын әрі қарайғы босаңдату арқылы отырғызу болып табылады. Онда a-Si қабықшаларында Si кристаллиттері өседі. НК концентрациясы мен өлшемін сығу температурасы мен ұзақтығын таңдау арқылы ретеуге болады. Алайда бұл әдісте a-Si- дің кристаллизация процесі оның құрылымы (жақын реттік) мен қоспалық құрамына тәуелді болғандықтан қайта өндіру мүмкіндігі төмен. Монокристалдық кремнийдің иондық сәулелену жолымен алынған a-Si матрицадағы НК Si ансамблін қайта өндіру мүмкіндігі жоғарырақ болады. Белгілі бір дозаларда (ион массасынан сонымен қатар иондық токтың тығыздығына тәуелді) аморфты фазада кристалдық Si- дің наноаралшықтарын қалдырып, жергілікті аморфтануы арқылы беткі қабықшаларда дозалар артқан сайын өзара қосылатын a-Si аумағы түзіледі. Олардың өлшемдері мен концентрациясы сәулелендіру дозасы арқылы реттеледі. Бұл әдісте наноқұрылым түзілуі үшін сығудың қажеті жоқ, бірақ олардың оптикалық қасиеттері болуы үшін салыстырмалы түрде аса жоғары емес температурада сығады.
SiO2:nc-Si (nc-Si - нанокристалдық Si) типтегі наноқұрылымдарды алудың негізгі жолы термиялық SiO2-де (немесе кварцта) Si+-ді ионды имплантациялау әдісі болып табылады.
Бұл әдістің артықшылықтары:
* Концентрация мен ендірілген атомдар таралуын қатаң қадағалау;
* Жақсы жаңғыртылуы (воспроизводимость);
* Қоспалармен иондық легирлеу арқылы модификацияның қосымша жүйесінің жақсы мүмкіндікке ие болуы.
Имплантациядан кейін бірінші әдістегідей НК Si түзілетін 1000 - 1200°С-та сығу жүргізіледі. НК Si-дің өлшемі мен концентрациясы Si+ иондарының дозасы, сонымен қатар температура мен сығу ұзақтығымен реттеледі.

2.1 Иондық имплантация әдісі

Иондық имплантация - қоспаларды материалға ендіру үшiн пайдаланылатын негiзгi технологиялық тәсiлдердің бiрi. Микрондармен, субмикрондармен және схемалық элементтердің одан да кіші өлшемдерімен сипатталатын микроэлектроникадағы қазіргі заманғы бұйымдар өндірісіндегі иондық имплантация локализациялау облысындағы қажетті өлшемге дейін легирлеу үшін арналған мүмкіндік болып табылады. Иондық имплантация әдісінің оң қасиеттеріне енгізу мөлшерінің жоғары дәлдігі және нысананың беттік күйінен иондық легирлеу нәтижелерінің әлсіз тәуелділігі, вакуумдық шарттар мен басқа да тексерілмейтін параметрлері жатады.
Бұл қатты денедегі атомаралық әсерлесу энергиясынан әлдеқайда жоғары ионды атомдық әсерлесу процесімен анықталатын иондық имплантациядан кейін қоспа таралуының терең профильдеріне байланысты. Қоспаларды материалдарға ионды сәулелік ендіру нәтижелері бұл процесті ПЭВМ-ге сәтті модельдеуге жол беретін жақсы тексерілетін энергия параметрімен және иондық пучоктың тогымен анықталады.
Имплантацияның төмен дозаларында легирлеу профильдері теориялық және эксперименталдық түрде де өте жақсы зерттелген. Стехиометриялық дозалар үшін ендірілген қоспаның концентрациясы нысананың атомдық тығыздығымен салыстыратын жағдайда болғанда, қоспа профильдерінің формалануы атомдық соқтығысудың кинетикасымен ғана емес имплантация және радиациондық ісу уақытында нысанағы қоспалармен жиналған процестермен, нысананың беткі қабатының тозаңдануымен, қоспа диффузиясымен, атомдық араласумен, жаңа фазалардың түзілуімен де анықталады.

2.1.1 Ионды имплантация әдісінің ерекшеліктері мен мүмкіншіліктері.

Ионды имплантация әдісі иондалған атомдар мен молекулалардың өрісте, қатты денеге үдетіліп енуіне негізделген. Бірақ, осыған орай иондардың әр түрлі комбинациялары болуы мүмкін. Иондардың энергиясы бірнеше килоэлектронвольттан, Гигаэлектронвольтқа дейін (миллиард электронвольтқа) өзгеруі мүмкін.Иондардың енгізу тереңдігі тек энергияға емес,ионның массасына,қатты дененің атомдық массасына байланысты болады. Осылай, фосфор ионының орташа жүгіру энергиясы - 10 кэВ, кремнийде шамамен 14 нм, ал бор иондарының 1 МэВ энергиясында - 1756 нм шамалас. Ионды бомбардировка қатты дененің барлық дерлік қасиеттерін өзгертуге мүмкіндік береді,олар: электрофизикалық, механикалық (төзімділігі, қаттылығы, үйкелу коэффициенті, тозуға шыдамдылығы), коррозиялық, каталитикалық, оптикалық, эмиссиондық.
Соңғы жылдары ионды имплантация қоспаларды жартылайөткізгішті кристалларға енгізудің ең негізгі әдістердің бірі болып табылады. Осы уақытқа дейін ең көп тараған әдістертер, олар: кристалл өсіру процессінің қоспаларды енгізуі (эпитаксия), диффузия және балқыту. Эпитаксия - берілген кристалл қабаттарының берілген концентрация қоспаларының өсіруіне, ал диффузиондық әдіс - жартылай өткізгіштің беттік қабатының қоспалы диффузиялы атомдарына негізделген.
Қоспа атомдарымен ағызылуында және (қату) келесi рекристаллизацияның жартылай өткiзгiштiң беттік қабатының жағына балқытуға жабысып тұратын процесiнде молайады.
Кристалдарда, ион ендiру әдiнiң қоспаны енгiзудiң тәсiлдерi өзгелiкке бұдан имплантацияның процесiнде химиялық ерiгiштiктiң шектерiнен барлығы, сонымен бiрге температурадан бұрын бағынышты болмайды және кристалдың бет жағындағы қоспаның материалын шоғырлануы. Имплантация - процесс тепе-тең емес болмағандықтан, онда көмек оны қосылу жасауға болады және дәстүрлi әдiс принциптi алуға болмаған балқыма, сонымен бiрге нысананың затында осы қоспаның ерiгiштiгiнiң шек айтарлықтай асатын енгiзiлген қоспалардың шоғырлануларына жету. Белгiлi енгiзiлген атомдар қолайлы жағдайларда да қатты дененiң атомдарымен химиялық байланыстарда кiре алады. Келесi термиялық өңдеудiң жанында да, сәулеге түсiрудiң процесiнде де бұл мүмкiн.
Қоспаның енгiзiлген атомдарының шоғырлануы жағдайы Rp қалыпты ауытқумен және Rp орташа проекцияланған жүгiрiспен (қалыпты ), гаусс үлестiруiмен арқылы сипаттауға болатын тереңдiк бойымен үлестiруге болады.
Жобалаудың технологиялық көзқарасынан қарағандағы, ионды имплантацияның маңызды электрондық және ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.