Жарықшығаратын құрылымдардың электролюминисценциясының спектрлік сипаттамалары


Қазақстан Республикасының Білім және Ғылым Министрлігі

әл-Фараби атындағы Қазақ Ұлттық университеті

Курбаналиева М. К

ЖАРЫҚШЫҒАРАТЫН ҚҰРЫЛЫМДАРДЫҢ 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 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
БЕЛГІЛЕНУЛЕР МЕН ҚЫСҚАРТЫЛУЛАРБҚМБеткі қабаттардың морфологиясыСЗМСканерлеуші зондты микроскопНКНанокристалдық кремнийСЭМСканерлеуші электронды микроскопВАСВольт-амперлік сипаттамаDДиаметрПӘКПайдалы әсер коэффициентіGЭлектр өткізгіштігікВКиловольтc-SiКристалдық кремнийa-SiАморфты кремнийac-SiАморфты кремнийдің нанокластеріис-SiКремнийлік нанокристаллИҚИнфрақызылФЛФотолюминесценцияКБКері байланысНмНанометр:
БҚМ:
БЕЛГІЛЕНУЛЕР МЕН ҚЫСҚАРТЫЛУЛАРБҚМБеткі қабаттардың морфологиясыСЗМСканерлеуші зондты микроскопНКНанокристалдық кремнийСЭМСканерлеуші электронды микроскопВАСВольт-амперлік сипаттамаDДиаметрПӘКПайдалы әсер коэффициентіGЭлектр өткізгіштігікВКиловольтc-SiКристалдық кремнийa-SiАморфты кремнийac-SiАморфты кремнийдің нанокластеріис-SiКремнийлік нанокристаллИҚИнфрақызылФЛФотолюминесценцияКБКері байланысНмНанометр:
БҚМ:
БЕЛГІЛЕНУЛЕР МЕН ҚЫСҚАРТЫЛУЛАРБҚМБеткі қабаттардың морфологиясыСЗМСканерлеуші зондты микроскопНКНанокристалдық кремнийСЭМСканерлеуші электронды микроскопВАСВольт-амперлік сипаттамаDДиаметрПӘКПайдалы әсер коэффициентіGЭлектр өткізгіштігікВКиловольтc-SiКристалдық кремнийa-SiАморфты кремнийac-SiАморфты кремнийдің нанокластеріис-SiКремнийлік нанокристаллИҚИнфрақызылФЛФотолюминесценцияКБКері байланысНмНанометр:
БҚМ:
БЕЛГІЛЕНУЛЕР МЕН ҚЫСҚАРТЫЛУЛАРБҚМБеткі қабаттардың морфологиясыСЗМСканерлеуші зондты микроскопНКНанокристалдық кремнийСЭМСканерлеуші электронды микроскопВАСВольт-амперлік сипаттамаDДиаметрПӘКПайдалы әсер коэффициентіGЭлектр өткізгіштігікВКиловольтc-SiКристалдық кремнийa-SiАморфты кремнийac-SiАморфты кремнийдің нанокластеріис-SiКремнийлік нанокристаллИҚИнфрақызылФЛФотолюминесценцияКБКері байланысНмНанометр:
БҚМ:
БЕЛГІЛЕНУЛЕР МЕН ҚЫСҚАРТЫЛУЛАРБҚМБеткі қабаттардың морфологиясыСЗМСканерлеуші зондты микроскопНКНанокристалдық кремнийСЭМСканерлеуші электронды микроскопВАСВольт-амперлік сипаттамаDДиаметрПӘКПайдалы әсер коэффициентіGЭлектр өткізгіштігікВКиловольтc-SiКристалдық кремнийa-SiАморфты кремнийac-SiАморфты кремнийдің нанокластеріис-SiКремнийлік нанокристаллИҚИнфрақызылФЛФотолюминесценцияКБКері байланысНмНанометр:
БҚМ:
БЕЛГІЛЕНУЛЕР МЕН ҚЫСҚАРТЫЛУЛАРБҚМБеткі қабаттардың морфологиясыСЗМСканерлеуші зондты микроскопНКНанокристалдық кремнийСЭМСканерлеуші электронды микроскопВАСВольт-амперлік сипаттамаDДиаметрПӘКПайдалы әсер коэффициентіGЭлектр өткізгіштігікВКиловольтc-SiКристалдық кремнийa-SiАморфты кремнийac-SiАморфты кремнийдің нанокластеріис-SiКремнийлік нанокристаллИҚИнфрақызылФЛФотолюминесценцияКБКері байланысНмНанометр:
БҚМ:
БЕЛГІЛЕНУЛЕР МЕН ҚЫСҚАРТЫЛУЛАРБҚМБеткі қабаттардың морфологиясыСЗМСканерлеуші зондты микроскопНКНанокристалдық кремнийСЭМСканерлеуші электронды микроскопВАСВольт-амперлік сипаттамаDДиаметрПӘКПайдалы әсер коэффициентіGЭлектр өткізгіштігікВКиловольтc-SiКристалдық кремнийa-SiАморфты кремнийac-SiАморфты кремнийдің нанокластеріис-SiКремнийлік нанокристаллИҚИнфрақызылФЛФотолюминесценцияКБКері байланысНмНанометр:
БҚМ:
БЕЛГІЛЕНУЛЕР МЕН ҚЫСҚАРТЫЛУЛАРБҚМБеткі қабаттардың морфологиясыСЗМСканерлеуші зондты микроскопНКНанокристалдық кремнийСЭМСканерлеуші электронды микроскопВАСВольт-амперлік сипаттамаDДиаметрПӘКПайдалы әсер коэффициентіGЭлектр өткізгіштігікВКиловольтc-SiКристалдық кремнийa-SiАморфты кремнийac-SiАморфты кремнийдің нанокластеріис-SiКремнийлік нанокристаллИҚИнфрақызылФЛФотолюминесценцияКБКері байланысНмНанометр:
БҚМ:
БЕЛГІЛЕНУЛЕР МЕН ҚЫСҚАРТЫЛУЛАРБҚМБеткі қабаттардың морфологиясыСЗМСканерлеуші зондты микроскопНКНанокристалдық кремнийСЭМСканерлеуші электронды микроскопВАСВольт-амперлік сипаттамаDДиаметрПӘКПайдалы әсер коэффициентіGЭлектр өткізгіштігікВКиловольтc-SiКристалдық кремнийa-SiАморфты кремнийac-SiАморфты кремнийдің нанокластеріис-SiКремнийлік нанокристаллИҚИнфрақызылФЛФотолюминесценцияКБКері байланысНмНанометр:
БҚМ:
БЕЛГІЛЕНУЛЕР МЕН ҚЫСҚАРТЫЛУЛАРБҚМБеткі қабаттардың морфологиясыСЗМСканерлеуші зондты микроскопНКНанокристалдық кремнийСЭМСканерлеуші электронды микроскопВАСВольт-амперлік сипаттамаDДиаметрПӘКПайдалы әсер коэффициентіGЭлектр өткізгіштігікВКиловольтc-SiКристалдық кремнийa-SiАморфты кремнийac-SiАморфты кремнийдің нанокластеріис-SiКремнийлік нанокристаллИҚИнфрақызылФЛФотолюминесценцияКБКері байланысНмНанометр:
БҚМ:
БЕЛГІЛЕНУЛЕР МЕН ҚЫСҚАРТЫЛУЛАРБҚМБеткі қабаттардың морфологиясыСЗМСканерлеуші зондты микроскопНКНанокристалдық кремнийСЭМСканерлеуші электронды микроскопВАСВольт-амперлік сипаттамаDДиаметрПӘКПайдалы әсер коэффициентіGЭлектр өткізгіштігікВКиловольтc-SiКристалдық кремнийa-SiАморфты кремнийac-SiАморфты кремнийдің нанокластеріис-SiКремнийлік нанокристаллИҚИнфрақызылФЛФотолюминесценцияКБКері байланысНмНанометр:
БҚМ:
БЕЛГІЛЕНУЛЕР МЕН ҚЫСҚАРТЫЛУЛАРБҚМБеткі қабаттардың морфологиясыСЗМСканерлеуші зондты микроскопНКНанокристалдық кремнийСЭМСканерлеуші электронды микроскопВАСВольт-амперлік сипаттамаDДиаметрПӘКПайдалы әсер коэффициентіGЭлектр өткізгіштігікВКиловольтc-SiКристалдық кремнийa-SiАморфты кремнийac-SiАморфты кремнийдің нанокластеріис-SiКремнийлік нанокристаллИҚИнфрақызылФЛФотолюминесценцияКБКері байланысНмНанометр:
БҚМ:
БЕЛГІЛЕНУЛЕР МЕН ҚЫСҚАРТЫЛУЛАРБҚМБеткі қабаттардың морфологиясыСЗМСканерлеуші зондты микроскопНКНанокристалдық кремнийСЭМСканерлеуші электронды микроскопВАСВольт-амперлік сипаттамаDДиаметрПӘКПайдалы әсер коэффициентіGЭлектр өткізгіштігікВКиловольтc-SiКристалдық кремнийa-SiАморфты кремнийac-SiАморфты кремнийдің нанокластеріис-SiКремнийлік нанокристаллИҚИнфрақызылФЛФотолюминесценцияКБКері байланысНмНанометр:
БҚМ:
БЕЛГІЛЕНУЛЕР МЕН ҚЫСҚАРТЫЛУЛАРБҚМБеткі қабаттардың морфологиясыСЗМСканерлеуші зондты микроскопНКНанокристалдық кремнийСЭМСканерлеуші электронды микроскопВАСВольт-амперлік сипаттамаDДиаметрПӘКПайдалы әсер коэффициентіGЭлектр өткізгіштігікВКиловольтc-SiКристалдық кремнийa-SiАморфты кремнийac-SiАморфты кремнийдің нанокластеріис-SiКремнийлік нанокристаллИҚИнфрақызылФЛФотолюминесценцияКБКері байланысНмНанометр:
БҚМ:
БЕЛГІЛЕНУЛЕР МЕН ҚЫСҚАРТЫЛУЛАРБҚМБеткі қабаттардың морфологиясыСЗМСканерлеуші зондты микроскопНКНанокристалдық кремнийСЭМСканерлеуші электронды микроскопВАСВольт-амперлік сипаттамаDДиаметрПӘКПайдалы әсер коэффициентіGЭлектр өткізгіштігікВКиловольтc-SiКристалдық кремнийa-SiАморфты кремнийac-SiАморфты кремнийдің нанокластеріис-SiКремнийлік нанокристаллИҚИнфрақызылФЛФотолюминесценцияКБКері байланысНмНанометр:
БҚМ:
БЕЛГІЛЕНУЛЕР МЕН ҚЫСҚАРТЫЛУЛАРБҚМБеткі қабаттардың морфологиясыСЗМСканерлеуші зондты микроскопНКНанокристалдық кремнийСЭМСканерлеуші электронды микроскопВАСВольт-амперлік сипаттамаDДиаметрПӘКПайдалы әсер коэффициентіGЭлектр өткізгіштігікВКиловольтc-SiКристалдық кремнийa-SiАморфты кремнийac-SiАморфты кремнийдің нанокластеріис-SiКремнийлік нанокристаллИҚИнфрақызылФЛФотолюминесценцияКБКері байланысНмНанометр:
БҚМ:

Глоссарий

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

МАЗМҰНЫ

Қысқартулар мен бегілеулер

:
МАЗМҰНЫҚысқартулар мен бегілеулер: Кіріспе
: 8
: 1
МАЗМҰНЫҚысқартулар мен бегілеулер: Жарықшығаратын материалдар - электронды техниканың негізі
: 9
: 1. 1
МАЗМҰНЫҚысқартулар мен бегілеулер: Кремний композитті қабатының және нанокристалдармен кремний оксидінің негізгі қасиеттері
: 10
: 1. 1. 1
МАЗМҰНЫҚысқартулар мен бегілеулер: Оптикалық қасиеті (фотолюминесценция)
: 10
: 1. 1. 2
МАЗМҰНЫҚысқартулар мен бегілеулер: Электрлік қасиеті
: 17
: 1. 2
МАЗМҰНЫҚысқартулар мен бегілеулер: Кристалдық кремнийдің қолдану аясы
: 19
: 2
МАЗМҰНЫҚысқартулар мен бегілеулер: Жарық шығаратын құрылымдарды зерттеу әдістері мен алу технологиясы
: 22
: 2. 1
МАЗМҰНЫҚысқартулар мен бегілеулер: Иондық имплантация әдісі
: 23
: 2. 1. 1
МАЗМҰНЫҚысқартулар мен бегілеулер: Иондық имплантация әдісінің мүмкіншіліктері мен ерекшеліктері
: 23
: 2. 1. 2
МАЗМҰНЫҚысқартулар мен бегілеулер: 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 SiO 2 /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.

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 Si/SiO 2 асқынтор, кеуекті кремний қабықшаларын [4], Si/Ge құрылымдарын қалыптастыру [5], германийлі немесе кремнийлі нанопреципитаттарды SiO 2 -де [6, 7], сондай-ақ Si және SiO 2 - дегі А 3 В 5 тікаумақты жартылайөткізгішті нанокристалдарының қалыптасуы сияқты аздаған амал-тәсілдері бар.

Кремниймен бірге бір кристаллдағы А 3 В 5 негізіндегі оптоэлектронды құрылғылардың интеграциясы көптеген жылдар бойы жоғары дәрежелі қызығушылықтар тудырды. Бірінші зерттеушілер кремнийдегі А 3 В 5 материалының қабықшаларын өсіруге талпынды, бірақ кейіннен кремний кристалдық тор құрылымының А 3 В 5 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 А 3 В 5 кванттық нүктесінің тік өсіруі кремнийдің интеграциясындағы және А 3 В 5 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-Si/SiC>2В 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 E g мәніне сәйкес келетінін байқауға болады.

Сурет 3 - Бөлме температурасында алынған әр түрлі 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 ≈ V D ≈ E g ̸ 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 ≈ E g (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 м 2 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 SiO 2 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.
... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Жарықшығаратын құрылымдардың электролюминесценциясының спектрлік сипаттамалары
Кең зоналы жартылай өткізгіш материалдардың ерекшеліктері
Графикалық материалдар тізімі
Турбуленттіліктің негізгі статистикалық сипаттамалары. Турбуленттік пульсациялардың стандарттары мен ықтималдылығы
Кванттық нүктелері бар кеуекті құрылымдар
«Нанокеуектікремнийдің тунелді өткелінен құралған шалғай - барьерлік sno2/n-si күн элементін зерттеу»
Жартылай өткізгіш нанокристалдарды синтездеу технологиясы
«Айнымалы жұлдыздар үшін информация мен энтропия қатынасын анықтау»
Радиотехникалық динамикалық хаос генераторларының энергетикалық тиімділігін анықтау
Жартылай өткізгіш диодтар
Пәндер



Реферат Курстық жұмыс Диплом Материал Диссертация Практика Презентация Сабақ жоспары Мақал-мәтелдер 1‑10 бет 11‑20 бет 21‑30 бет 31‑60 бет 61+ бет Негізгі Бет саны Қосымша Іздеу Ештеңе табылмады :( Соңғы қаралған жұмыстар Қаралған жұмыстар табылмады Тапсырыс Антиплагиат Қаралған жұмыстар kz