АМОРФТЫ КРЕМНИЙДІҢ ОПТИКАЛЫҚ СИПАТТАМАЛАРЫН ЗЕРТТЕУ
ШАРТТЫ БЕЛГІЛЕУ ТІЗІМІ
КІРІСПЕ
1. ӘДЕБИ ШОЛУ
1.1 Босқыл кремний
1.2 Босқыл кремнийдің құрамы
1.3 Босқыл кремнийді алу әдістері
1.4 Босқыл кремнийдің оптикалық қасиеті
1.5 Локальді электрондық күйлер
1.6 a.Si:H қабықшаларындағы сутегі
2. НЕГІЗГІ БӨЛІМ
2.1 Босқыл кремний қабықшасын алу
2.2 Босқыл кремний қабықшаларының оптикалық сипаттамаларын
анықтау
2.3. Аморфты кремнийдің оптикалық сипаттамаларын зерттеу
ҚОРЫТЫНДЫ
ПАЙДАЛАНҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ
КІРІСПЕ
1. ӘДЕБИ ШОЛУ
1.1 Босқыл кремний
1.2 Босқыл кремнийдің құрамы
1.3 Босқыл кремнийді алу әдістері
1.4 Босқыл кремнийдің оптикалық қасиеті
1.5 Локальді электрондық күйлер
1.6 a.Si:H қабықшаларындағы сутегі
2. НЕГІЗГІ БӨЛІМ
2.1 Босқыл кремний қабықшасын алу
2.2 Босқыл кремний қабықшаларының оптикалық сипаттамаларын
анықтау
2.3. Аморфты кремнийдің оптикалық сипаттамаларын зерттеу
ҚОРЫТЫНДЫ
ПАЙДАЛАНҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ
“Аморфты кремнийдің оптикалық сипаттамаларын зерттеу” тақырыбы бойынша
Кілт сөздер босқыл материалдар, жұтылудың спектрлік тәуелділігі зонааралық жұтылу, ішкізоналық жұтылу, босқыл гидрогенизирленген кремний a-Si:H, рұқсат етілмеген зонаның оптикалық ені.
Бұл жұмыстың мақсаты босқыл кремний қабықшасының оптикалық қасиеттерін зерттеу.
Сутекті және сутексіз босқыл кремний қабықшасы тұрақты токта магнетронды-реактивті тозаңдату әдісімен алынды. Әрбір қабықшаның оптикалық параметрлері анықталды. СФ-26 қондырғысында оптикалық спектроскопия әдісімен жұтылу коэффициенті және сыну коэффициентінің спектрлік тәуелділігі, қалыңдығы сияқты параметрлердің бақылануы, сонымен қатар олар арқылы Тауц координатасында рұқсат етілмеген зонаның оптикалық енінің шамасы анықталды. Өлшеу нәтижелері компьютерде өңделді.
Зерттеулер нәтижелері бойынша сутексіз аморфты кремнийдің (КH=0) тұндыру температурасының 1300С-дан 3000С - ға дейін артуы реттелген пленкалардың өсуіне және тыйым салынған зонаның 1,31 эВ-тан 1,49 эВ-қа дейін сызықты түрде артуына әкеледі.
Газдық фазада сутегінің концентрациясы 20%-тен асқанда Е0-дің температурадан тәуелділігі кері бағытқа ауысады. Синтез температурасын жоғарылату тиым салынған зонаның оптикалық енінің кішіреюіне әкеп соғады
Сутегінің концентрациясының 0
Кілт сөздер босқыл материалдар, жұтылудың спектрлік тәуелділігі зонааралық жұтылу, ішкізоналық жұтылу, босқыл гидрогенизирленген кремний a-Si:H, рұқсат етілмеген зонаның оптикалық ені.
Бұл жұмыстың мақсаты босқыл кремний қабықшасының оптикалық қасиеттерін зерттеу.
Сутекті және сутексіз босқыл кремний қабықшасы тұрақты токта магнетронды-реактивті тозаңдату әдісімен алынды. Әрбір қабықшаның оптикалық параметрлері анықталды. СФ-26 қондырғысында оптикалық спектроскопия әдісімен жұтылу коэффициенті және сыну коэффициентінің спектрлік тәуелділігі, қалыңдығы сияқты параметрлердің бақылануы, сонымен қатар олар арқылы Тауц координатасында рұқсат етілмеген зонаның оптикалық енінің шамасы анықталды. Өлшеу нәтижелері компьютерде өңделді.
Зерттеулер нәтижелері бойынша сутексіз аморфты кремнийдің (КH=0) тұндыру температурасының 1300С-дан 3000С - ға дейін артуы реттелген пленкалардың өсуіне және тыйым салынған зонаның 1,31 эВ-тан 1,49 эВ-қа дейін сызықты түрде артуына әкеледі.
Газдық фазада сутегінің концентрациясы 20%-тен асқанда Е0-дің температурадан тәуелділігі кері бағытқа ауысады. Синтез температурасын жоғарылату тиым салынған зонаның оптикалық енінің кішіреюіне әкеп соғады
Сутегінің концентрациясының 0
1. Дж.Джоунопулос., Дж.Люковский. Физика гидрогенизированного кремния. Том.1. Структура, приготовление и приборы. М., Мир. 1988.
2. Дж.Джоунопулос.,Дж.Люковский. Физика гидрогенизированного кремния. Том.2 Электронные и колебательные свойства. М., Мир. 1988.
3. А.Меден, М.Шо. Физика и применение аморфных полупроводников. М., Мир.1991.
4. Применение низкотемпературной плазмы для нанесения тонких пленок. М., Энергоатомиздат.1989.
5. Б.С.Данилин. Магнетронные распылительные системы. М., Зарубежная радиоэлектроника. 1978.
6. В.Ю.Киреев, Б.С.Данилин. Ионное травление микроструктур. М., Сов. радио. 1979.
7. Е.И.Гиваргизов. Искусственная эпитаксия. М., Наука.1988.
8. В.В.Краснопевцев. Аморфный гидрогенизированный кремний. Ч.11. Структура, оптические, электрические, фотоэлектрические свойства, ионная имплонтация. М., Итоги науки и техники. 1982.
2. Дж.Джоунопулос.,Дж.Люковский. Физика гидрогенизированного кремния. Том.2 Электронные и колебательные свойства. М., Мир. 1988.
3. А.Меден, М.Шо. Физика и применение аморфных полупроводников. М., Мир.1991.
4. Применение низкотемпературной плазмы для нанесения тонких пленок. М., Энергоатомиздат.1989.
5. Б.С.Данилин. Магнетронные распылительные системы. М., Зарубежная радиоэлектроника. 1978.
6. В.Ю.Киреев, Б.С.Данилин. Ионное травление микроструктур. М., Сов. радио. 1979.
7. Е.И.Гиваргизов. Искусственная эпитаксия. М., Наука.1988.
8. В.В.Краснопевцев. Аморфный гидрогенизированный кремний. Ч.11. Структура, оптические, электрические, фотоэлектрические свойства, ионная имплонтация. М., Итоги науки и техники. 1982.
Әл-Фараби атындағы Қазақ Ұлттық Университеті
Физика факультеті
Электроника және бейсызық толқындық процесстер кафедрасы
ДИПЛОМдық ЖҰМЫС
“ Аморфты кремнийдің оптикалық сипаттамаларын зерттеу”
Орындаушы:
5 курс студенті______________ Маманова Г.А.
Ғылыми жетекші:
Ф-м.ғ.к. _____________Сванбаев Е.А.
Қорғауға жіберілді:
Кафедра меңгерушісі,
Профессор _______________Жаңабаев З.Ж.
Алматы 2005 ж
РЕФЕРАТ
“Аморфты кремнийдің оптикалық сипаттамаларын зерттеу” тақырыбы бойынша
Кілт сөздер( босқыл материалдар, жұтылудың спектрлік тәуелділігі
зонааралық жұтылу, ішкізоналық жұтылу, босқыл гидрогенизирленген кремний (a-
Si:H(, рұқсат етілмеген зонаның оптикалық ені.
Бұл жұмыстың мақсаты босқыл кремний қабықшасының оптикалық
қасиеттерін зерттеу.
Сутекті және сутексіз босқыл кремний қабықшасы тұрақты токта
магнетронды-реактивті тозаңдату әдісімен алынды. Әрбір қабықшаның оптикалық
параметрлері анықталды. СФ-26 қондырғысында оптикалық спектроскопия
әдісімен жұтылу коэффициенті және сыну коэффициентінің спектрлік
тәуелділігі, қалыңдығы сияқты параметрлердің бақылануы, сонымен қатар олар
арқылы Тауц координатасында рұқсат етілмеген зонаның оптикалық енінің
шамасы анықталды. Өлшеу нәтижелері компьютерде өңделді.
Зерттеулер нәтижелері бойынша сутексіз аморфты кремнийдің (КH=0)
тұндыру температурасының 1300С-дан 3000С - ға дейін артуы реттелген
пленкалардың өсуіне және тыйым салынған зонаның 1,31 эВ-тан 1,49 эВ-қа
дейін сызықты түрде артуына әкеледі.
Газдық фазада сутегінің концентрациясы 20%-тен асқанда Е0-дің
температурадан тәуелділігі кері бағытқа ауысады. Синтез температурасын
жоғарылату тиым салынған зонаның оптикалық енінің кішіреюіне әкеп соғады
Сутегінің концентрациясының 0KH20% диапазоны үшін Е0 және KH
арасындағы корреляция өте күрделі болады. 1000С және 2000С температураларда
алынған қабықшалар үшін Е0 шамасы KH бір қалыпты өседі. 3000С температурада
алынған қабықшалар үшін басында (KH=10% болғанша) Е0-дің 1,55-тен 1,4-ке
дейін азаяды да, одан әрі KH өскенде монотонды өседі.
МАЗМҰНЫ
ШАРТТЫ БЕЛГІЛЕУ ТІЗІМІ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...4
КІРІСПЕ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
... ... ... ... ... ... 5
1. ӘДЕБИ ШОЛУ
1. Босқыл кремний
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
.6
2. Босқыл кремнийдің
құрамы ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... .8
1.3 Босқыл кремнийді алу әдістері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .10
1.4 Босқыл кремнийдің оптикалық қасиеті ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .12
1.5 Локальді электрондық күйлер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 15
1.6 a-Si:H қабықшаларындағы сутегі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...17
2. НЕГІЗГІ БӨЛІМ
2.1 Босқыл кремний қабықшасын алу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . ... 19
2.2 Босқыл кремний қабықшаларының оптикалық сипаттамаларын
анықтау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... 20
2.3. Аморфты кремнийдің оптикалық сипаттамаларын зерттеу ... ... ..23
ҚОРЫТЫНДЫ ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ...25
ПАЙДАЛАНҒАН ӘДЕБИЕТТЕР
ТІЗІМІ ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ..26
ШАРТТЫ БЕЛГІЛЕУ ТІЗІМІ
a-Si:H-босқыл гидрогенизирленген кремний,
ЖВ-жоғарғы вакуум,
Т немесе t –температура,
СК-сыну коэффициенті,
ЖК-жұтылу коэффициенті,
Eg-рұқсат етілмеген зонаның оптикалық ені,
ВУП-4-вакуумді камера қондырғысы,
СФ-26-спектрофотометр,
ЖТ-жоғарғы температура,
ТТ-төменгі температура,
ИҚ-инфрақызыл,
РТФ-радиалды тарату функциясы,
ЭПР-электронды парамагниттік резонанс,
(-жұтылу коэффициенті,
h(-фотон энергиясы.
КІРІСПЕ
Активті жұқа қабықшалы аспаптар және қабықшалы
микросхема негізінде жасау үшін ең ыңғайлысы босқыл кремний. Босқыл
шалаөткізгіштерге өте үлкен қызығушылық екі жолмен түсіндіріледі(
біріншісі - негізгісі яғни ретсіз орналасқан атомдар жүйесінің қасиеті осы
уақытқа дейін теория жүзінде шешілмеген мәселе. Екіншісі-қосымша, ол
экспериментті дәлел, яғни шалаөткізгіштік қасиет негізінде жұқа қабықшалы
аспаптар( диод, өрісті транзисторлар, фотодиодтар. Үлкен ауданға босқыл
заттарды қою мүмкіндігі жазық теледидар, көшірме қондырғылары
жасалуда.
Босқыл шалаөткізгіштерде рұқсат етілмеген зонаның ені ақаулардың
концентрациясымен тығыз байланысты екенін дайындау процессінде пассивті
қоспа, технологиялық режиммен және өңдеулермен тәжірибеде көрсетілді.
Поликристаллды жұқа қабықшада аз өлшемді түйіршіктің оптикалық қасиеті әлі
жеткілікті меңгерілген жоқ. Сонымен қатар, бастапқы кремний қасиеттері
қайтакристал- лизацияланған кремний параметрлерімен байланысына қатысты
мәселе де толығымен қарастырылмады.
Бұл жұмыстың мақсаты босқыл кремний қабықшасының оптикалық қасиетін
зерттеу.
1. ӘДЕБИ ШОЛУ
1.1. Босқыл кремний
Жетпісінші жылдардың екінші жартысынан бастап дамыған елдерде босқыл
сутектендірілген кремний (α-Si:H) және соның негізіндегі құймаларды
зерттеулер жүргізілуде. Бұл оның практикада қолданылуының
перспективалылығымен байланысты. α-Si:H-ты қолдану мүмкіндігі және оның
негізінде жасалатын қондырғылар тізімі үздіксіз кеңеюде, дәл қазір босқыл
кремний негізіндегі құймаларды қолданатын қырыққа жуық обылыстарды атап
өтуге болады.
Бірақ босқыл кремний фототүрлендіргіштер жасауда арзан материал
ретінде басты қолданыс тапты.
α-Si:H-тың оптоэлектрондық приборлар жасаудағы перспективалық материал
қатарына қосатын кейбір қасиеттерін атап өтейік:
1) α-Si:H-тың жарық спектрінің көрінетін обылысындағы жұту коэффициенті
монокристаллдық кремниймен салыстырғанда он еседей үлкен, сондықтан
көрінетін жарықты жұту үшін босқыл кремнийдің шамамен 1 мкм
қалыңдықтағы қабықшасы жеткілікті;
2) тиым салынған зонадағы локальді күйлер тығыздығы төмен, бұл
сутектендірілген аморфтық кремнийдің өткізгіштік типін оңай өзгерте
отырып p-n ауысулар жасауға болатын басқа кез-келген шалаөткізгіш
материалдармен бірдей қолдануға мүмкіндік береді;
3) тот баспайтын болат, шыны, керамика, полимидтік қабықша төсеніштерде
үлкен аудандарда босқыл кремнийдің жұқа қабықшаларын өндіру
мүмкіндігі;
4) сонымен қатар, α-Si:H қабықшалары 6000С-тан төмен температурада
өсіріледі, бұл кристаллдарды өсіру процессіне тән үлкен энергия
шығынын болдырмайды.
Босқыл заттар тепе-теңдіксіз шарттарда, мысалы, асқын суыту кезінде
алынады(сұйықтың жылдамдығы 104-1010Кс(.
Босқыл кремнийдің екі түрі бар(
1(Тығыздық күйі 5*1019см-3*эВ-1 тең таза кремний үзілген байланыс
түрінің аймақталған күй негізінде көрсетіледі,
2( Күй тығыздығы үш рет төмен рұқсат етілмеген өңірдің парамагнит-
ті аймақтық күйі жоқ сутегі-қоспалы кремний.
Таза материалдың және сутегісі бар материалдың үзілген байланыстар
арасында химиялық реакция жүргізуге болады, нәтижесінде таза материал
төмен тығыздықты гидрогенизирленген кремнийге айналатындығын зерттеулер
көрсетті. Сондықтан реакция сутегі атомы мол сутекті плазмада
жүргізіледі.
Гидрогенизирленген кремний төменгі температурада алынған. Плазмада
төменгі температурада қабықшаны қойып, солғын разряд немесе реактивті-ионды
тозаңдату әдісімен материалдың басқа түрі алынады.
ИҚ-спектр зерттеуінде Si:H байланыстан басқа SiH3 тобы бар шығын
және бірнеше сутегісі бар полимерді түрде деп көрсетті.
Босқыл материалды сипаттау үшін негізгі екі модель қолданылуы мүмкін:
микрокристаллды модель және кездейсоқ тор моделі. Микрокристалдық
модельдердің өздік кемшіліктері бар: беттік атомдарының үлкен санының
ішкі атомдар санына қатынасы. Мұндай модельдің мағынасы болу үшін
микрокристалдың орташа өлшемі бірнеше элементар ұяшықтарды өлшемінен
үлкен болмауы керек, бірақ үш элементар ұяшыққа тең жағдайда жарты атом
өлшеміндей болатын кристалдар микрокристалдардың шекарасына келеді.
Сонымен бұл шекаралардың байланыс жіпшесініңмаңызды-лығы кристалдың
өзінің маңыздылығындай болады. Жалпы жағдайда кристалдың өте аз өлшем
негізінде микрокристалды модель кездейсоқ тор моделінен айырмашылығы
болмайды.
Жақын реттіліктің зерттеу әдістері:
1)Радиалды таралу функциясын есептеу- рентген сәулесі, нейтрондар немесе
электронның дифракция әдістемесі бойынша сонымен қатар рентген сәулесінің
жұтылу әдістемесі;
2) Инфрақызыл-жұтылу тербелмелі спектрін талдау және инфрақызыл -шашырау
мен комбинациялық жарқырау.
Радиалды тарату функциясын есептеу әдісі құрылым, байланыс ұзындығы,
координаттар саны және т.б. туралы ақпарат береді, сонда инфрақызыл және
комбинациялық спектрлер байланыс түрлерін және атомдардың айналымы
симметриясына ақпарат береді. Барлық жағдайда қарастырылған әдістер
радиалды тарату өлшемі байланыс ұзындығының таралуын және көпкомпонентті
жүйеде жақын реттіліктің саны туралы ақпарат беруі керек.
a-Si:H-ң жоғарғы фотоөткізгіштігін, көрінетін жарық жұтылуының
жоғары коэффициентін, тасымалдаушы зарядтың концентрациясы, сонымен қатар,
үлкен ауданда жұқа қабықша алу мүмкіндігі сияқты қасиеттерге ие
шалаөткізгіш материал ретінде қазіргі жаңа электронды техникада
қолдану мүмкіндігі зор [1.2]. Дамыған елдердің ғылыми және техникалық
орталығында зерттеушілер осы материал негізінде арзан Күн элементін
транзисторлар, жарық сезгіш электрондар, электрофотографикалық
қондырғылар, фотодиодтар, түсқабылдағыштар, сканистрлер жасау мүмкіндігі
көзге айрықша түскен.
Босқыл кремнийді дайындау үшін және оның қоспасын қолданудың
практикада әртүрлі әдістері бар. Олар: ионды тозаңдату- ионды-реактивті
тозаңдату силанды солғын жоғарғы жиілікті разрядта жіктеу(тарату),тұрақты
ток кезінде солғын разрядта және силанның бу фазасынан химиялық әдістермен
тарату.
Ионды-реактивті тозаңдату әдісінің жетістіктері Si шикізаттарының
толық қолдану, жоғарғы тарату жылдамдығымен
a-Si:H қабықшасын алу, қабықшада сутегінің концентрациясын кең аумақта
вариациялау және үлкен ауданда қабықшаларды бірдей өлшемде алу
мүмкіндіктері болып табылады.
2. Босқыл кремнийдің құрамы
Монокристаллда атомдардың орналасуы алыс ретті болса, босқыл заттарда
алыс реттілік жоқ, бірақ жеткілікті үлкен тығыздығы сығылмаған бөлшектің
кезкелген жүйесінде ерекшелік байқалады( ол жақын орналасқан көрші
бөлшектердің корреляциясымен сипатталады. Бұл құрылымды корреляция жақын
реттілік деп аталады. Босқыл қатты дененің құрылымын сипаттау үшін алдымен
жақын реттілігін және топологиялық ережесін анықтау керек. Жақын
реттіліктің ең негізгі сипаттамасы-бұл жақын көрші атомдардың түрі мен
саны, сонымен қатар олардың бір атом айналасындағы орналасу кеңістігі.
Екінші орында қатты дене құрылымының байланысы, яғни бірнеше атомаралық
қашықтықта қаншалықты құрылымды корреляция жайылады. Жақын реттілік-бұл
координат басы ретінде алынған кезкелген атомның айналасындағы атомдардың
локальді орналасуы.
Жақын реттіліктің аймақтық радиусы немесе корреляция радиусы
құрылымның реттілік дәрежесімен анықталады. Босқыл заттарда бұл радиус
бірнеше атомаралық қашықтықты құрайды.
Жақын реттіліктің сипаттамалары(
1( жақын атомдар саны және олардың тұрлері(
2( осы атомдардан қарастырылып отырған атомдарға дейінгі арақашықтық(
3( олардың бұрыштық таралуы.
Осы сипаттамалар арқылы босқыл қатты денелер құрылымы бірмәнді
және толығымен анықталмайды. Құрылымды толығымен сипаттау үшін оның
топологиясын, құрылымдық торын, яғни атомдар күйі өзара қандай байланыста
екенін көрсету керек. Ковалентті байланыс кезінде босқыл шалаөткізгіштердің
жалпы топология моменті-екі қырлы бұрыштық таралуы және оған қатысты сақина
статистикасы. Жақын реттілік-оптикалық жұтылу жиегі және электрөткізгіштің
активизациялау механизмі сияқты бақыланатын шалаөткізгішті қасиетіне
жауапты.
Таза босқыл кремнийде өте көп құрылымдық ақаулар бар. Құрылымның
бұзылуы Si атомының үзілген немесе тербелмелі байланысына әкеледі. Үзілген
байланыстың концентрациясы электронды парамагниттік резонанс өлшемінде
табылған, 1018-нен 5*1020см-3 аралығында тербеледі.
Босқыл кремнийге сутегі қоспасы қосылса a-Si:H құрылымы
үшөлшемді ретсіз тор түрінде болады,мұнда сутегі атомы Si атомының
үзілген байланысы электронды парамагниттік резонанс орталығының
концентрациясын тез төмендеуіне әкеп соғады. a-Si:H қабықшасының құрамы
және біртекті құрылымы төсеніштің 200-300(С температурада сутегі 8-ден
15 ат.( дейін болады, ал тербелмелі байланыстың концентрациясы 2-3 ретке
төмен. Босқыл кремний тығыздығы сутегінің көп емес концентрациясынан
жеткілікті жоғары және сутегінің құрамы 12(35 ат.( өскенде 2.2(1.6
гсм3 дейін тығыздығы төмендейді. Кристаллды кремнийдің тығыздығы 2,33
гсм3.
Босқыл кремнийдің құрылымын сипаттау үшін әртүрлі модельдер
қолдануға болады, соның ішінде ең көп орын алған модель ретсіз құрылымды
тор [9]. Бұл модельде Si-ң әрбір атомы 4 жақын көршілерімен байланыса,
сонымен қатар атомаралық қашықтығы орташасы кристалдағы атомдар арасындағы
қашықтыққа тең. Ковалентті байланыс орташа мәнінен ((( арасында өзгереді,
байланыс бұрышы 109(28( бұрышпен тарайды. Кремний атомының кристалл
құрылымы тек 6 мүшелі сақина түзілсе дағы барлық атомдар сандық қатынасы ¼
болатын 5-6 мүшелі сақинаға орналасқан. Элементар тетраэдр босқыл
кремнийдің идеал құрылымдық торы ішкі энергияның жоғары болғандығынан қатты
деформацияланады.
Босқыл кремний құрамына сутегі атомын енгізгенде ретсіз
тордың құрылымы өзгереді, яғни элементарлы тетраэдр қаттылығы азайып
құрылым әлдеқайда жұмсарады. a-Si:H-ң ретсіз торлы құрылымы бірінші
координат сферасынан төртке тең координаттық санымен сипатталады, Si-дің
жақын атомдарының орташа арақашықтығы Si-ң көлемді-центрлік және алмаз
кристаллды торы 0,2325 және 0,2375 салыстырғанда 0,2375нм- ді құрайды. a-
Si:H-ң тербелмелі байланысы және басқа құрылымдық ақауының саны,
сонымен қатар қабықшаның құрамы бойынша біртектілігіне және оның
құрылымына өсіру шарты қатты әсер етеді. a-Si:H-ң ретсіз тордың
құрылымы ең көп таралған нүктелік ақау – Si атомының үзілген байланысы
болып табылады. Босқыл кремнийдің тербелмелі байланысын компенсациялау
үшін тек 0.5ат.( сутегі қажет, бірақ мұнда таңқаларлық жағдай, a-Si:H-ң
реальді қабықшасына 3 ат.( астам сутегі қажет еттіреді.
3. Босқыл кремнийді алу әдістері
a-Si:H және оның құймаларын қондырудың силанның газдық фазасынан
химиялық қондыру, иондық-реактивтік тозаңдату, силанды жоғары жиілікті
солғын разрядта және тұрақты токтың солғында ыдырату сияқты әртүрлі
әдістері бар. Иондық-реактивтік тозаңдату әдісінің қабықша өсіруде оның
құрамын өзгертудің кең мүмкіндіктері бар, сондықтан осы әдіске тоқаталып
өтейік.
Іс жүзінде босқыл кремнийді дайындау үшін иондық тозаңдатудың барлық
түрлері қолданылады:
1) ЖЖ – катодтық тозаңдату [3];
2) ЖЖ – магнетрондық тозаңдату [4];
3) тұрақты токтағы магнетрондық тозаңдату [5];
4) иондық шоғырлармен тозаңдату.
Иондық –реактивтік тозаңдандыру әдісінің артықшылықтары:
a) кремний шикізатын неғұрлым толығымен пайдалану;
b) a-Si:H қабықшаларын жоғары жылдамдықпен отырғызу мүмкіндігі;
c) қабықшадағы сутегі концентрациясын кең интервалда өзгерту
мүмкіндігі;
d) қалыңдығы бойынша біртекті үлкен аудандарда қабықшалар алу
мүмкіндігі.
Зерттеулер саны және ғылыми жұмыстар нәтижесін сериялық және жаппай
өндіруге енгізу дәрежесі жағынан босқыл сутектендірілген кремнийді өндіру
әдістерінің ішінде бірінші орынды жоғары жиілікті солғын разрядта кремнийлі
газтәрізді қосылыстарды ыдырату әдісі даусыз иеленеді (стандартты жиілік
13,56 МГц). Бұл әдіс кремнийсутекті газ қоспаларын (SiH4 – моносилан немесе
Si2H6 – дисилан) әртүрлі еріткіш газдармен (Ar, He, H2 және басқалары)
солғын разрядтың плазмасында тікелей қоздыруға негізделген, бұл жұмыс
зонасы мен төсеніштегі температураны термиялық пиролиздегіден әлдеқайда
төмен ұстауға мүмкіндік береді.
Басында α-Si:H қабықшаларын алу үшін индуктивті байланысы бар жүйе
қолданылған [2], бұл ішінде қыздырылған тағанға орнатылған төсеніші бар
кварц реактор. Жұмыс газы (силан немесе сәйкес газ қоспасы) реактор арқылы
үздіксіз өтіп отырады, реактор ішіндегі қысым 13,3 – 133 Па аралығында
сақталады, газ ағысының жылдамдығы 0,1 – 10 см3мин (қалыпты жағдайдағы).
Плазма сыртқы байланыс катушкасы арқылы қоздырылады, катушка әдетте 13,56
МГц жиілікте жұмыс істейтін жоғары жиілікті генераторға жалғанған.
Қозғалғыштық саңылауындағы локальді күйлер тығыздығы ең аз болатын
қабықшалар алу үшін отырғызу температурасы 523 К және 603 К аралығында және
жоғары жиілікті қуаттың төмен мәндері (1-10 Вт) болуы керек екендігі
байқалды. Бірақ бұл әдіс үшін үлкен аудандарда біртекті үлгілер алуда
қиындықтар туындайды.
Бұл қиындықтарды сиымдылық байланысы бар жүйелерді қолдану [3] арқылы
шешуге болады, және төсеніш қойылатын электродты жермен жалғап қоюға (яғни
оның потенциалы металл камераныкімен бірдей болады) немесе сәйкестендіруші
қондырғы және бөлуші конденсатор арқылы жоғары жиілікті генераторға
жалғауға болады [4]. Соңғы жағдайда төсеніштің бетінде тұрақты электрлік
ығысуда болады, ол алынатын қабықшаның қасиетіне әсер етеді. α-Si:H
қабықшалары отырғызылатын камерада әдетте газ қоспасының қысымы 0,65 – 33
Па аралығында, ал фотоэлектрлік қасиеттері оптималды қабықшалар алыну үшін
отырғызу температурасы 473 – 573 К аралығында болады.
[5-6] жұмыстарда α-Si:H қабықшаларды алу технологиясы обылысын зерттеу
жұмыстары негізінен процесс параметрлерінің оптималды сәйкестігін анықтауға
бағытталған, ол параметрлер: төсеніш температурасы, плазманың солғын
разрядының тұтынатын қуаты, қалдық және жұмыс газ қысымы, газ ағысының
жылдамдығы және концентрациясы, газды ертіушінің типі, төсенішұстағыш-
электродқа берілетін электр потенциалының шамасы, газ разрядын қоздыратын
электр өрісінің жиілігі, т.б.
Бірақ әрбір параметрдің нақты мәні әрбір реактордың нақты
конструкциясына және көлеміне, вакуумдық жүйенің өнімділігі мен типіне және
т.б. ғана емес, сонымен қатар, технологиялық параметрлерді бақылау әдісіне,
басқарушы және бақылау-өлшеу аппаратурасына да тәуелді болады. Осылардың
нәтижесінде тіпті бір ғана автордың әртүрлі уақытта жариялаған еңбектерінде
осы технологиялық параметрлердің әртүрлі мәндері көрсетілуі мүмкін.
α-Si:H қабықшаларын силанды қолданып отрығызудағы плазмалық
процесстерді әрі қарай дамытуда және алынған материалдың қасиеттерін
оптимизациялауда отырғызу процессін микроскопиялық деңгейде дтельді
қарастырған жөн. Процесстерді микроскопиялық деңгейде қарастыру электрондар
мен молекулалардың соқтығысуларының қимасымен, радикалдардың, оң және теріс
иондардың тасымалдануымен, газ фазасындағы реакциямен, плазманың әртүрлі
компоненттері мен өсіп келе жатқан пленка бетінің әсерімен суреттеледі.
[5] жұмыста көрсетілгендей, силан плазмасында өтетін процесттердің
сипаты біршама деңгейде төмендегі технологиялық шарттарға тәуелді:
1) аса жоғары жиіліктерге немесе циклотрондық қозуларға тән
өте төмен (1,33 Па), немесе жиілігі 13,56 МГц кейбір
раазрядтарда силанның төмен парциалдық қысымы мен қуаттың
жоғары мәндерінде электрондар мен SiH4 молекулаларының
соқтығысуы басым болады, бұл жағдайда Si*, SiH* және SiH2*
радикалдары пайда болады және иондар ағынының радикалдар
ағынына қатынасы 10%-ті құрайды;
2) SiH4-тің орташа парциалдық қысымдарында (~13,3 Па) және
қуаттың төмен мәндерінде иондардың қабықшаның өсу
процессіне қосатын үлесі шамалы (~1%), бірақ екінші реттік
газ фазасындағы раекциялар SiH3* радикалдарын тудырады,
олардың ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Физика факультеті
Электроника және бейсызық толқындық процесстер кафедрасы
ДИПЛОМдық ЖҰМЫС
“ Аморфты кремнийдің оптикалық сипаттамаларын зерттеу”
Орындаушы:
5 курс студенті______________ Маманова Г.А.
Ғылыми жетекші:
Ф-м.ғ.к. _____________Сванбаев Е.А.
Қорғауға жіберілді:
Кафедра меңгерушісі,
Профессор _______________Жаңабаев З.Ж.
Алматы 2005 ж
РЕФЕРАТ
“Аморфты кремнийдің оптикалық сипаттамаларын зерттеу” тақырыбы бойынша
Кілт сөздер( босқыл материалдар, жұтылудың спектрлік тәуелділігі
зонааралық жұтылу, ішкізоналық жұтылу, босқыл гидрогенизирленген кремний (a-
Si:H(, рұқсат етілмеген зонаның оптикалық ені.
Бұл жұмыстың мақсаты босқыл кремний қабықшасының оптикалық
қасиеттерін зерттеу.
Сутекті және сутексіз босқыл кремний қабықшасы тұрақты токта
магнетронды-реактивті тозаңдату әдісімен алынды. Әрбір қабықшаның оптикалық
параметрлері анықталды. СФ-26 қондырғысында оптикалық спектроскопия
әдісімен жұтылу коэффициенті және сыну коэффициентінің спектрлік
тәуелділігі, қалыңдығы сияқты параметрлердің бақылануы, сонымен қатар олар
арқылы Тауц координатасында рұқсат етілмеген зонаның оптикалық енінің
шамасы анықталды. Өлшеу нәтижелері компьютерде өңделді.
Зерттеулер нәтижелері бойынша сутексіз аморфты кремнийдің (КH=0)
тұндыру температурасының 1300С-дан 3000С - ға дейін артуы реттелген
пленкалардың өсуіне және тыйым салынған зонаның 1,31 эВ-тан 1,49 эВ-қа
дейін сызықты түрде артуына әкеледі.
Газдық фазада сутегінің концентрациясы 20%-тен асқанда Е0-дің
температурадан тәуелділігі кері бағытқа ауысады. Синтез температурасын
жоғарылату тиым салынған зонаның оптикалық енінің кішіреюіне әкеп соғады
Сутегінің концентрациясының 0KH20% диапазоны үшін Е0 және KH
арасындағы корреляция өте күрделі болады. 1000С және 2000С температураларда
алынған қабықшалар үшін Е0 шамасы KH бір қалыпты өседі. 3000С температурада
алынған қабықшалар үшін басында (KH=10% болғанша) Е0-дің 1,55-тен 1,4-ке
дейін азаяды да, одан әрі KH өскенде монотонды өседі.
МАЗМҰНЫ
ШАРТТЫ БЕЛГІЛЕУ ТІЗІМІ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...4
КІРІСПЕ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
... ... ... ... ... ... 5
1. ӘДЕБИ ШОЛУ
1. Босқыл кремний
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
.6
2. Босқыл кремнийдің
құрамы ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... .8
1.3 Босқыл кремнийді алу әдістері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .10
1.4 Босқыл кремнийдің оптикалық қасиеті ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .12
1.5 Локальді электрондық күйлер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 15
1.6 a-Si:H қабықшаларындағы сутегі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...17
2. НЕГІЗГІ БӨЛІМ
2.1 Босқыл кремний қабықшасын алу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . ... 19
2.2 Босқыл кремний қабықшаларының оптикалық сипаттамаларын
анықтау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... 20
2.3. Аморфты кремнийдің оптикалық сипаттамаларын зерттеу ... ... ..23
ҚОРЫТЫНДЫ ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ...25
ПАЙДАЛАНҒАН ӘДЕБИЕТТЕР
ТІЗІМІ ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ..26
ШАРТТЫ БЕЛГІЛЕУ ТІЗІМІ
a-Si:H-босқыл гидрогенизирленген кремний,
ЖВ-жоғарғы вакуум,
Т немесе t –температура,
СК-сыну коэффициенті,
ЖК-жұтылу коэффициенті,
Eg-рұқсат етілмеген зонаның оптикалық ені,
ВУП-4-вакуумді камера қондырғысы,
СФ-26-спектрофотометр,
ЖТ-жоғарғы температура,
ТТ-төменгі температура,
ИҚ-инфрақызыл,
РТФ-радиалды тарату функциясы,
ЭПР-электронды парамагниттік резонанс,
(-жұтылу коэффициенті,
h(-фотон энергиясы.
КІРІСПЕ
Активті жұқа қабықшалы аспаптар және қабықшалы
микросхема негізінде жасау үшін ең ыңғайлысы босқыл кремний. Босқыл
шалаөткізгіштерге өте үлкен қызығушылық екі жолмен түсіндіріледі(
біріншісі - негізгісі яғни ретсіз орналасқан атомдар жүйесінің қасиеті осы
уақытқа дейін теория жүзінде шешілмеген мәселе. Екіншісі-қосымша, ол
экспериментті дәлел, яғни шалаөткізгіштік қасиет негізінде жұқа қабықшалы
аспаптар( диод, өрісті транзисторлар, фотодиодтар. Үлкен ауданға босқыл
заттарды қою мүмкіндігі жазық теледидар, көшірме қондырғылары
жасалуда.
Босқыл шалаөткізгіштерде рұқсат етілмеген зонаның ені ақаулардың
концентрациясымен тығыз байланысты екенін дайындау процессінде пассивті
қоспа, технологиялық режиммен және өңдеулермен тәжірибеде көрсетілді.
Поликристаллды жұқа қабықшада аз өлшемді түйіршіктің оптикалық қасиеті әлі
жеткілікті меңгерілген жоқ. Сонымен қатар, бастапқы кремний қасиеттері
қайтакристал- лизацияланған кремний параметрлерімен байланысына қатысты
мәселе де толығымен қарастырылмады.
Бұл жұмыстың мақсаты босқыл кремний қабықшасының оптикалық қасиетін
зерттеу.
1. ӘДЕБИ ШОЛУ
1.1. Босқыл кремний
Жетпісінші жылдардың екінші жартысынан бастап дамыған елдерде босқыл
сутектендірілген кремний (α-Si:H) және соның негізіндегі құймаларды
зерттеулер жүргізілуде. Бұл оның практикада қолданылуының
перспективалылығымен байланысты. α-Si:H-ты қолдану мүмкіндігі және оның
негізінде жасалатын қондырғылар тізімі үздіксіз кеңеюде, дәл қазір босқыл
кремний негізіндегі құймаларды қолданатын қырыққа жуық обылыстарды атап
өтуге болады.
Бірақ босқыл кремний фототүрлендіргіштер жасауда арзан материал
ретінде басты қолданыс тапты.
α-Si:H-тың оптоэлектрондық приборлар жасаудағы перспективалық материал
қатарына қосатын кейбір қасиеттерін атап өтейік:
1) α-Si:H-тың жарық спектрінің көрінетін обылысындағы жұту коэффициенті
монокристаллдық кремниймен салыстырғанда он еседей үлкен, сондықтан
көрінетін жарықты жұту үшін босқыл кремнийдің шамамен 1 мкм
қалыңдықтағы қабықшасы жеткілікті;
2) тиым салынған зонадағы локальді күйлер тығыздығы төмен, бұл
сутектендірілген аморфтық кремнийдің өткізгіштік типін оңай өзгерте
отырып p-n ауысулар жасауға болатын басқа кез-келген шалаөткізгіш
материалдармен бірдей қолдануға мүмкіндік береді;
3) тот баспайтын болат, шыны, керамика, полимидтік қабықша төсеніштерде
үлкен аудандарда босқыл кремнийдің жұқа қабықшаларын өндіру
мүмкіндігі;
4) сонымен қатар, α-Si:H қабықшалары 6000С-тан төмен температурада
өсіріледі, бұл кристаллдарды өсіру процессіне тән үлкен энергия
шығынын болдырмайды.
Босқыл заттар тепе-теңдіксіз шарттарда, мысалы, асқын суыту кезінде
алынады(сұйықтың жылдамдығы 104-1010Кс(.
Босқыл кремнийдің екі түрі бар(
1(Тығыздық күйі 5*1019см-3*эВ-1 тең таза кремний үзілген байланыс
түрінің аймақталған күй негізінде көрсетіледі,
2( Күй тығыздығы үш рет төмен рұқсат етілмеген өңірдің парамагнит-
ті аймақтық күйі жоқ сутегі-қоспалы кремний.
Таза материалдың және сутегісі бар материалдың үзілген байланыстар
арасында химиялық реакция жүргізуге болады, нәтижесінде таза материал
төмен тығыздықты гидрогенизирленген кремнийге айналатындығын зерттеулер
көрсетті. Сондықтан реакция сутегі атомы мол сутекті плазмада
жүргізіледі.
Гидрогенизирленген кремний төменгі температурада алынған. Плазмада
төменгі температурада қабықшаны қойып, солғын разряд немесе реактивті-ионды
тозаңдату әдісімен материалдың басқа түрі алынады.
ИҚ-спектр зерттеуінде Si:H байланыстан басқа SiH3 тобы бар шығын
және бірнеше сутегісі бар полимерді түрде деп көрсетті.
Босқыл материалды сипаттау үшін негізгі екі модель қолданылуы мүмкін:
микрокристаллды модель және кездейсоқ тор моделі. Микрокристалдық
модельдердің өздік кемшіліктері бар: беттік атомдарының үлкен санының
ішкі атомдар санына қатынасы. Мұндай модельдің мағынасы болу үшін
микрокристалдың орташа өлшемі бірнеше элементар ұяшықтарды өлшемінен
үлкен болмауы керек, бірақ үш элементар ұяшыққа тең жағдайда жарты атом
өлшеміндей болатын кристалдар микрокристалдардың шекарасына келеді.
Сонымен бұл шекаралардың байланыс жіпшесініңмаңызды-лығы кристалдың
өзінің маңыздылығындай болады. Жалпы жағдайда кристалдың өте аз өлшем
негізінде микрокристалды модель кездейсоқ тор моделінен айырмашылығы
болмайды.
Жақын реттіліктің зерттеу әдістері:
1)Радиалды таралу функциясын есептеу- рентген сәулесі, нейтрондар немесе
электронның дифракция әдістемесі бойынша сонымен қатар рентген сәулесінің
жұтылу әдістемесі;
2) Инфрақызыл-жұтылу тербелмелі спектрін талдау және инфрақызыл -шашырау
мен комбинациялық жарқырау.
Радиалды тарату функциясын есептеу әдісі құрылым, байланыс ұзындығы,
координаттар саны және т.б. туралы ақпарат береді, сонда инфрақызыл және
комбинациялық спектрлер байланыс түрлерін және атомдардың айналымы
симметриясына ақпарат береді. Барлық жағдайда қарастырылған әдістер
радиалды тарату өлшемі байланыс ұзындығының таралуын және көпкомпонентті
жүйеде жақын реттіліктің саны туралы ақпарат беруі керек.
a-Si:H-ң жоғарғы фотоөткізгіштігін, көрінетін жарық жұтылуының
жоғары коэффициентін, тасымалдаушы зарядтың концентрациясы, сонымен қатар,
үлкен ауданда жұқа қабықша алу мүмкіндігі сияқты қасиеттерге ие
шалаөткізгіш материал ретінде қазіргі жаңа электронды техникада
қолдану мүмкіндігі зор [1.2]. Дамыған елдердің ғылыми және техникалық
орталығында зерттеушілер осы материал негізінде арзан Күн элементін
транзисторлар, жарық сезгіш электрондар, электрофотографикалық
қондырғылар, фотодиодтар, түсқабылдағыштар, сканистрлер жасау мүмкіндігі
көзге айрықша түскен.
Босқыл кремнийді дайындау үшін және оның қоспасын қолданудың
практикада әртүрлі әдістері бар. Олар: ионды тозаңдату- ионды-реактивті
тозаңдату силанды солғын жоғарғы жиілікті разрядта жіктеу(тарату),тұрақты
ток кезінде солғын разрядта және силанның бу фазасынан химиялық әдістермен
тарату.
Ионды-реактивті тозаңдату әдісінің жетістіктері Si шикізаттарының
толық қолдану, жоғарғы тарату жылдамдығымен
a-Si:H қабықшасын алу, қабықшада сутегінің концентрациясын кең аумақта
вариациялау және үлкен ауданда қабықшаларды бірдей өлшемде алу
мүмкіндіктері болып табылады.
2. Босқыл кремнийдің құрамы
Монокристаллда атомдардың орналасуы алыс ретті болса, босқыл заттарда
алыс реттілік жоқ, бірақ жеткілікті үлкен тығыздығы сығылмаған бөлшектің
кезкелген жүйесінде ерекшелік байқалады( ол жақын орналасқан көрші
бөлшектердің корреляциясымен сипатталады. Бұл құрылымды корреляция жақын
реттілік деп аталады. Босқыл қатты дененің құрылымын сипаттау үшін алдымен
жақын реттілігін және топологиялық ережесін анықтау керек. Жақын
реттіліктің ең негізгі сипаттамасы-бұл жақын көрші атомдардың түрі мен
саны, сонымен қатар олардың бір атом айналасындағы орналасу кеңістігі.
Екінші орында қатты дене құрылымының байланысы, яғни бірнеше атомаралық
қашықтықта қаншалықты құрылымды корреляция жайылады. Жақын реттілік-бұл
координат басы ретінде алынған кезкелген атомның айналасындағы атомдардың
локальді орналасуы.
Жақын реттіліктің аймақтық радиусы немесе корреляция радиусы
құрылымның реттілік дәрежесімен анықталады. Босқыл заттарда бұл радиус
бірнеше атомаралық қашықтықты құрайды.
Жақын реттіліктің сипаттамалары(
1( жақын атомдар саны және олардың тұрлері(
2( осы атомдардан қарастырылып отырған атомдарға дейінгі арақашықтық(
3( олардың бұрыштық таралуы.
Осы сипаттамалар арқылы босқыл қатты денелер құрылымы бірмәнді
және толығымен анықталмайды. Құрылымды толығымен сипаттау үшін оның
топологиясын, құрылымдық торын, яғни атомдар күйі өзара қандай байланыста
екенін көрсету керек. Ковалентті байланыс кезінде босқыл шалаөткізгіштердің
жалпы топология моменті-екі қырлы бұрыштық таралуы және оған қатысты сақина
статистикасы. Жақын реттілік-оптикалық жұтылу жиегі және электрөткізгіштің
активизациялау механизмі сияқты бақыланатын шалаөткізгішті қасиетіне
жауапты.
Таза босқыл кремнийде өте көп құрылымдық ақаулар бар. Құрылымның
бұзылуы Si атомының үзілген немесе тербелмелі байланысына әкеледі. Үзілген
байланыстың концентрациясы электронды парамагниттік резонанс өлшемінде
табылған, 1018-нен 5*1020см-3 аралығында тербеледі.
Босқыл кремнийге сутегі қоспасы қосылса a-Si:H құрылымы
үшөлшемді ретсіз тор түрінде болады,мұнда сутегі атомы Si атомының
үзілген байланысы электронды парамагниттік резонанс орталығының
концентрациясын тез төмендеуіне әкеп соғады. a-Si:H қабықшасының құрамы
және біртекті құрылымы төсеніштің 200-300(С температурада сутегі 8-ден
15 ат.( дейін болады, ал тербелмелі байланыстың концентрациясы 2-3 ретке
төмен. Босқыл кремний тығыздығы сутегінің көп емес концентрациясынан
жеткілікті жоғары және сутегінің құрамы 12(35 ат.( өскенде 2.2(1.6
гсм3 дейін тығыздығы төмендейді. Кристаллды кремнийдің тығыздығы 2,33
гсм3.
Босқыл кремнийдің құрылымын сипаттау үшін әртүрлі модельдер
қолдануға болады, соның ішінде ең көп орын алған модель ретсіз құрылымды
тор [9]. Бұл модельде Si-ң әрбір атомы 4 жақын көршілерімен байланыса,
сонымен қатар атомаралық қашықтығы орташасы кристалдағы атомдар арасындағы
қашықтыққа тең. Ковалентті байланыс орташа мәнінен ((( арасында өзгереді,
байланыс бұрышы 109(28( бұрышпен тарайды. Кремний атомының кристалл
құрылымы тек 6 мүшелі сақина түзілсе дағы барлық атомдар сандық қатынасы ¼
болатын 5-6 мүшелі сақинаға орналасқан. Элементар тетраэдр босқыл
кремнийдің идеал құрылымдық торы ішкі энергияның жоғары болғандығынан қатты
деформацияланады.
Босқыл кремний құрамына сутегі атомын енгізгенде ретсіз
тордың құрылымы өзгереді, яғни элементарлы тетраэдр қаттылығы азайып
құрылым әлдеқайда жұмсарады. a-Si:H-ң ретсіз торлы құрылымы бірінші
координат сферасынан төртке тең координаттық санымен сипатталады, Si-дің
жақын атомдарының орташа арақашықтығы Si-ң көлемді-центрлік және алмаз
кристаллды торы 0,2325 және 0,2375 салыстырғанда 0,2375нм- ді құрайды. a-
Si:H-ң тербелмелі байланысы және басқа құрылымдық ақауының саны,
сонымен қатар қабықшаның құрамы бойынша біртектілігіне және оның
құрылымына өсіру шарты қатты әсер етеді. a-Si:H-ң ретсіз тордың
құрылымы ең көп таралған нүктелік ақау – Si атомының үзілген байланысы
болып табылады. Босқыл кремнийдің тербелмелі байланысын компенсациялау
үшін тек 0.5ат.( сутегі қажет, бірақ мұнда таңқаларлық жағдай, a-Si:H-ң
реальді қабықшасына 3 ат.( астам сутегі қажет еттіреді.
3. Босқыл кремнийді алу әдістері
a-Si:H және оның құймаларын қондырудың силанның газдық фазасынан
химиялық қондыру, иондық-реактивтік тозаңдату, силанды жоғары жиілікті
солғын разрядта және тұрақты токтың солғында ыдырату сияқты әртүрлі
әдістері бар. Иондық-реактивтік тозаңдату әдісінің қабықша өсіруде оның
құрамын өзгертудің кең мүмкіндіктері бар, сондықтан осы әдіске тоқаталып
өтейік.
Іс жүзінде босқыл кремнийді дайындау үшін иондық тозаңдатудың барлық
түрлері қолданылады:
1) ЖЖ – катодтық тозаңдату [3];
2) ЖЖ – магнетрондық тозаңдату [4];
3) тұрақты токтағы магнетрондық тозаңдату [5];
4) иондық шоғырлармен тозаңдату.
Иондық –реактивтік тозаңдандыру әдісінің артықшылықтары:
a) кремний шикізатын неғұрлым толығымен пайдалану;
b) a-Si:H қабықшаларын жоғары жылдамдықпен отырғызу мүмкіндігі;
c) қабықшадағы сутегі концентрациясын кең интервалда өзгерту
мүмкіндігі;
d) қалыңдығы бойынша біртекті үлкен аудандарда қабықшалар алу
мүмкіндігі.
Зерттеулер саны және ғылыми жұмыстар нәтижесін сериялық және жаппай
өндіруге енгізу дәрежесі жағынан босқыл сутектендірілген кремнийді өндіру
әдістерінің ішінде бірінші орынды жоғары жиілікті солғын разрядта кремнийлі
газтәрізді қосылыстарды ыдырату әдісі даусыз иеленеді (стандартты жиілік
13,56 МГц). Бұл әдіс кремнийсутекті газ қоспаларын (SiH4 – моносилан немесе
Si2H6 – дисилан) әртүрлі еріткіш газдармен (Ar, He, H2 және басқалары)
солғын разрядтың плазмасында тікелей қоздыруға негізделген, бұл жұмыс
зонасы мен төсеніштегі температураны термиялық пиролиздегіден әлдеқайда
төмен ұстауға мүмкіндік береді.
Басында α-Si:H қабықшаларын алу үшін индуктивті байланысы бар жүйе
қолданылған [2], бұл ішінде қыздырылған тағанға орнатылған төсеніші бар
кварц реактор. Жұмыс газы (силан немесе сәйкес газ қоспасы) реактор арқылы
үздіксіз өтіп отырады, реактор ішіндегі қысым 13,3 – 133 Па аралығында
сақталады, газ ағысының жылдамдығы 0,1 – 10 см3мин (қалыпты жағдайдағы).
Плазма сыртқы байланыс катушкасы арқылы қоздырылады, катушка әдетте 13,56
МГц жиілікте жұмыс істейтін жоғары жиілікті генераторға жалғанған.
Қозғалғыштық саңылауындағы локальді күйлер тығыздығы ең аз болатын
қабықшалар алу үшін отырғызу температурасы 523 К және 603 К аралығында және
жоғары жиілікті қуаттың төмен мәндері (1-10 Вт) болуы керек екендігі
байқалды. Бірақ бұл әдіс үшін үлкен аудандарда біртекті үлгілер алуда
қиындықтар туындайды.
Бұл қиындықтарды сиымдылық байланысы бар жүйелерді қолдану [3] арқылы
шешуге болады, және төсеніш қойылатын электродты жермен жалғап қоюға (яғни
оның потенциалы металл камераныкімен бірдей болады) немесе сәйкестендіруші
қондырғы және бөлуші конденсатор арқылы жоғары жиілікті генераторға
жалғауға болады [4]. Соңғы жағдайда төсеніштің бетінде тұрақты электрлік
ығысуда болады, ол алынатын қабықшаның қасиетіне әсер етеді. α-Si:H
қабықшалары отырғызылатын камерада әдетте газ қоспасының қысымы 0,65 – 33
Па аралығында, ал фотоэлектрлік қасиеттері оптималды қабықшалар алыну үшін
отырғызу температурасы 473 – 573 К аралығында болады.
[5-6] жұмыстарда α-Si:H қабықшаларды алу технологиясы обылысын зерттеу
жұмыстары негізінен процесс параметрлерінің оптималды сәйкестігін анықтауға
бағытталған, ол параметрлер: төсеніш температурасы, плазманың солғын
разрядының тұтынатын қуаты, қалдық және жұмыс газ қысымы, газ ағысының
жылдамдығы және концентрациясы, газды ертіушінің типі, төсенішұстағыш-
электродқа берілетін электр потенциалының шамасы, газ разрядын қоздыратын
электр өрісінің жиілігі, т.б.
Бірақ әрбір параметрдің нақты мәні әрбір реактордың нақты
конструкциясына және көлеміне, вакуумдық жүйенің өнімділігі мен типіне және
т.б. ғана емес, сонымен қатар, технологиялық параметрлерді бақылау әдісіне,
басқарушы және бақылау-өлшеу аппаратурасына да тәуелді болады. Осылардың
нәтижесінде тіпті бір ғана автордың әртүрлі уақытта жариялаған еңбектерінде
осы технологиялық параметрлердің әртүрлі мәндері көрсетілуі мүмкін.
α-Si:H қабықшаларын силанды қолданып отрығызудағы плазмалық
процесстерді әрі қарай дамытуда және алынған материалдың қасиеттерін
оптимизациялауда отырғызу процессін микроскопиялық деңгейде дтельді
қарастырған жөн. Процесстерді микроскопиялық деңгейде қарастыру электрондар
мен молекулалардың соқтығысуларының қимасымен, радикалдардың, оң және теріс
иондардың тасымалдануымен, газ фазасындағы реакциямен, плазманың әртүрлі
компоненттері мен өсіп келе жатқан пленка бетінің әсерімен суреттеледі.
[5] жұмыста көрсетілгендей, силан плазмасында өтетін процесттердің
сипаты біршама деңгейде төмендегі технологиялық шарттарға тәуелді:
1) аса жоғары жиіліктерге немесе циклотрондық қозуларға тән
өте төмен (1,33 Па), немесе жиілігі 13,56 МГц кейбір
раазрядтарда силанның төмен парциалдық қысымы мен қуаттың
жоғары мәндерінде электрондар мен SiH4 молекулаларының
соқтығысуы басым болады, бұл жағдайда Si*, SiH* және SiH2*
радикалдары пайда болады және иондар ағынының радикалдар
ағынына қатынасы 10%-ті құрайды;
2) SiH4-тің орташа парциалдық қысымдарында (~13,3 Па) және
қуаттың төмен мәндерінде иондардың қабықшаның өсу
процессіне қосатын үлесі шамалы (~1%), бірақ екінші реттік
газ фазасындағы раекциялар SiH3* радикалдарын тудырады,
олардың ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz