Organik materiallardagi nanokristallitlar

5.5.Organik materiallardagi nanokristallitlar
A11 Bv1 yarimo'tkazgichlarining nanokristallitlari organik muhitda (matritsa) ham o'stirilishi mumkin. Bunda organik metall birikmalari va polimerlarning kimyoviy xossalariga asoslangan usullardan foydalaniladi. Ushbu usullardan birida kolloid eritmalar qo'llaniladi. Bu usulda kolloid zarrachalarning tez aglomeratsiyasi asosiy muammo hisoblanadi. Buning oldini olish uchun metall tuzlari va galogenli birikmalarning organik eritmalariga stabillashtiruvchi reagentlar qo'shiladi. Bunday tayyorlangan eritmalar kristallar yuzasiga qo'llaniladi va 200ºC dan past haroratda termal qayta ishlanadi. Kolloid zarrachalarning birikmasi nanokristallitlarning hosil bo'lishiga olib keladi, ularning o'lchamlari harorat, reagentlarning aralashtirish tezligi va stabilizatorning konsentratsiyasi bilan belgilanadi. Polimer bir vaqtning o'zida ham matritsa materiali, ham stabilizator sifatida harakat qilishi mumkin. Polimer asosi sifatida polivinil spirti va polimetil metakrilat (PMMA) ishlatiladi. Kristallit sirtining sifati va nuqsonlar soniga ko'ra, organik matritsalar noorganik matritsalarga qaraganda yaxshiroq natijalarni ko'rsatadi. Biroq, nanokristallitlarning o'lchamlaridagi farqlar ularda kattaroqdir.
5.6.Epitaksiya paytida o'z-o'zini tashkil qilish
O'z-o'zidan paydo bo'ladigan effektlar yordamida nanostrukturalarni olish an'anaviy usullar bilan bevosita taqqoslanadi solishtirganda yanada istiqbolli. Yuqorida aytib o'tilganidek, bu ta'sirlar o'z-o'zini tashkil qilishni o'z ichiga oladi. Shunday qilib, nano o'lchamdagi heteroepitaksial tuzilmalar yaratiladi.
Bitta material boshqa materialdan tayyorlangan substratga yotqizilganda heteroepitaksial tuzilmalarni yaratishning uchta varianti mavjud (5.4-rasm). Bular quyidagilar:
– butun yupqa qatlamning qatlam-qatlam o‘sishi (ikki o‘lchovli o‘sish, Frank-van der Merver rejimi). Bunday holda, taglik va yotqizilgan qatlamning panjara konstantalari bir-biriga mos keladi;
- orolchalarning shakllanishi va o'sishi (uch o'lchovli o'sish, Volmer-Weber rejimi);
- kombinatsiyalangan rejim. Bu rejim Stranskiy-Krastanov rejimi deb ataladi. Bu erda birinchi navbatda ikki o'lchovli o'sish sodir bo'ladi, ya'ni yupqa qatlam qatlam bilan o'sib boradi; va keyin uch o'lchamli o'sish sodir bo'ladi, ya'ni orolchalardan iborat struktura hosil bo'ladi. Bunday o'sish substrat va yotqizilgan qatlamning panjara konstantalari bir-biridan farq qilganda sodir bo'ladi.r.
5.4-rasm. Yupqa plyonkalarning o'sish rejimlari
a) Vollmer-Veber rejimi; b) Frank-van der Merve rejimi
c) Stranskiy-Krastanov rejimi
Qatlam materialining atomlari va substrat o'rtasida hosil bo'lgan bog'lanishlar atomlarning o'zlari orasidagi bog'lardan kuchliroq bo'lsa, qatlamlar Frank-van der Merve rejimida hosil bo'ladi. Bundan tashqari, bunday ko'karishlar paytida har
bir keyingi qatlam oldingi qatlam to'liq shakllanganidan keyin so'na boshlaydi. Volmer-Veber rejimida qatlam atomlari orasidagi bog'lanish ularning substrat bilan bog'lanishidan kuchliroq bo'lib, orollar shaklidagi qatlam hosil bo'ladi. Stranski-Krastanov rejimida substratdagi qatlamlar ham qatlamlar, ham orollar shaklida hosil bo'ladi.
Epitaksial sirt tuzilmalarini shakllantirish jarayoni substrat va cho'kma materiallarning panjara parametrlarining muvofiqligiga, shuningdek, bu materiallarning sirt energiyasi va ularni ajratib turadigan chegara energiyasining nisbatiga bog'liq. Shuni ta'kidlash kerakki, barcha energetik mulohazalar tizimning muvozanat holatiga to'g'ri keladi. Epitaksial qatlamlarning hosil bo'lishi muvozanatsiz tarzda sodir bo'ladi. Bu faqat jarayonni tahlil qilish va natijalarni energetik omillarga asoslangan talqin qilishni murakkablashtiradi. Substratning harorati va materialning cho'kish tezligiga bog'liq bo'lgan kinetik ta'sirlar sirt tuzilmalarini shakllantirish rejimiga sezilarli ta'sir ko'rsatadi. Shunga qaramay, quyidagi energetik mulohazalar ko'plab amaliy vaziyatlar uchun muhimdir. Demak, bu mulohazalar muvozanat va kvazimuvozanat sharoitida turli tizimlarning xatti-harakatlari haqida fikr yuritish imkonini beradi.
Mos keladigan panjara parametrlariga ega bo'lgan materiallardan tashkil topgan tizimda qatlamning o'sish rejimi faqat substrat va qatlamga tegishli. γ1 va γ2 sirt energiyalari va ularning chegarasi γ12 energiya nisbati bilan aniqlanadi. Agar epitaksial qatlam bo'lsa γ2 sirt energiyasini ajratish chegarasining γ12 agar umumiy energiya substratning sirt energiyasi g1 dan kam bo'lsa (γ2 + γ12 <γ1), cho'kdi material
substratni namlaydi va o'sish Frank-van der Merve rejimida davom etadi. Bu vaqtda bir jinsli kvazimorf va tarang super panjaralar hosil bo'ladi. Ushbu rejim kristallning yaqin yuzalarida o'z-o'zidan tekislanadigan kvant simlarini yaratish uchun javob beradi. Tashrifdan yuzalar ma'lum bir kristall uchun muvozanat bo'lmagan sirtlarga ishora qiladi. 5.5-rasmda kristallning vicinal yuzasi yordamida kvant simlarini hosil qilish bosqichlari ko'rsatilgan. Tayyorlangan vicinal sirt bir-biridan teng masofada (teng masofada) joylashgan teraslardan iborat. Har bir terastaning balandligi bitta monoatomik qatlamga to'g'ri keladi. Kvant simini tayyorlash beton materialni chizish bilan boshlanadi. Substratning harorati shunday tanlanadiki, unda chizilgan materialning atomlari substratga tez tarqaladi. Bu vaqtda yotqizilgan atomlar terastaning zinapoyalariga yopishib olishi, uning ustida bo'lishdan ko'ra qulayroqdir. Kvant simini hosil qilish uchun substratga qo'llaniladigan material miqdori substratning sirtini monoatomik qatlam bilan qoplash uchun zarur bo'lgan miqdordan ancha kam. Chunki, simli materialni yotqizgandan so'ng, taglik materialini to'ldirish uchun terasta bo'sh joy qolishi kerak. Asosiy materialni yotqizish terasta to'liq tiklanmaguncha davom etadi va terasta bitta monoatom qalin bo'ladi. Telning va keyinchalik substrat materialining chizilishi bir necha marta takrorlanadi, natijada substratda kvant simi hosil bo'ladi. Ushbu yondashuvni amalga oshirishda asosiy muammo shundaki, terasta chegarasi to'lqinga o'xshash xususiyatga ega. Natijada, bir xil to'lqin shakliga ega simlar olinadi. Chiziqli simlarni tayyorlash uchun taglik yuzasida izlar yaratiladi va bu yo'llar bo'ylab kvant simlari o'z-o'zidan yig'ish orqali o'stiriladi.
5.5-rasm. Vitsinal yuzada epitaksial o'sish jarayonida o'z-o'zini tashkil qilish bilan kvant simlarini yaratish.a-tayyorlangan vicinal sirt; b-tel materialini yotqizish; c, d - asosiy materialni to'liq monoatomik qatlamgacha qatlamlash; asosiy materialni to'liq mono qatlamgacha qo'shish; e-c va d bosqichlarini takrorlash orqali yaratilgan kvant sim
|