Ishning maqsadi - Soliyeva Muhlisa Ikrom qizi

Ishning maqsadi:
Ushbu bitiruv malakaviy ishining maqsadi yarimo’tkazgich asboblar
texnologiyasi
haqida ma’lumotlar yig’ish, ularni o’rganish hamda
yarimo’tkazgich
asboblar
texnologiyasini
amaliyotdagi
afzalliklari,
kamchiliklarini kuzatishdan iborat. Shu jumladan, epitaksiya tushunchasi, uning
turlari bilan tanishish, amaliyotda epitaksiya jarayonini o’rganish ham bitiruv
malakaviy ishining maqsadini qamrab oladi. Umuman olganda, yarimo’tkazgich
asboblar texnologiyasida epitaksiyadan foydalanish asoslarini yoritib berishga
qaratilgan.
Ishning vazifalari:
Eng avvalo, o’quv jarayonida ham ushbu bitiruv malakaviy ishi sodda va
tushunarli bo’lishi uchun mavzu doirasidagi barcha yangi tushunchalarga sodda
ta’riflar keltirib o’tish. Yarimo’tkazgich asboblar texnologiyasida haqida zamon
bilan hamnafas keng qamrovli ma’lumotlar bera olish. Epitaksiyani tushuntirish
jarayonida yarimo’tkazgich asboblar bilan o’zaro bog’lab tushuntirish va
yarimo’tkazgichlar texnologiyasida epitaksiyadan foydalanilganda qanday
afzalliklarga erishishimiz mumkinligini to’liqroq ochib bera olish.
Tadqiqot obyekti va predmeti:
Tadqiqot obyekti sifatida yarimo’tkazgichlar, predmeti sifatida esa
epitaksiya
jarayoni
xususida so’z boradi. Hozirgi vaqtda turlicha
yarimo’tkazgich asboblar ishlab chiqarishda kremniy (Si), germaniy (Ge),
A
2
B
2
,
A
3
B
5
kabi yarimo’tkazgich birikmalar keng qo’llanilmoqda. Shu bilan birga
hozirgi kunda ham kremniy monokristallari eng ko’p ishlatilayotgan
yarimo’tkazgichlarning oldingi o’rnini egallab kelmoqda. Yarimo’tkazgich
asboblar olishning asosiy texnologik jarayonlari esa, kirishmaviy atomlarni
(kimyoviy elementlar) yarimo’tkazgich materialga yuqori temperaturalarda
diffuziya
jarayonida,
yarimo’tkazgich
materialni
o’stirish jarayonida,
yarimo’tkazgichlarni ion implantatsiyalash metodi yordamida kiritishdan iborat
bo’lmoqda. Termik ishlov jarayonida yarimo’tkazgichni oksidlash, unga
legirlovchi
kirishmalarni
diffuziyalash
(yoki
yarimo’tkazgich
sirtiga
6
implantatsiyalangan ionlarni hajmga termik haydash) jarayonlari odatda yuqori
temperaturalarda (1000
÷1300°C) olib borish, shuningdek, termik yuklash
“qizdirish-sovutish”
bosqichlarining
ko’p
marta
takrorlanishi
yarimo’tkazgichning, xususan, kremniyning dastlabki elektrofizik parametrlarini
ko’p
holatlarda
muqarrar
o’zgarishiga
olib
keladi
(ya’ni,
zaryad
tashuvchilarning konsentratsiyasi, harakatchanligi va yashash vaqtlari keskin
o’zgaradi). Natijada esa, kremniy asosida yaratilgan asboblarning (diod,
tranzistor va h.k.) sifati keskin yomonlashadi.
Turli turdagi ikki yarimo’tkazgich chegarasida katta elektr maydon
bo’lgandagi jarayonlarni o’rganish p-n o’tishning teshilish nazariyasini vujudga
kelishiga va bu asosda ishlovchi yarimo’tkazgichli asbob - stabilitronning
yaratilishiga olib keldi. Shu jumladan, ikkita yarimo’tkazgich kontaktini
yorug’lik energiyasini elektr energiyasiga aylantirishda qo’llash mumkinligi
ko’rsatildi. Bu tamoyilda ishlab chiqilgan fotoelementlar yorug’lik signallarini
qayd qilishda hamda fotoenergetikada qo’llanilmoqda. Yarimo’tkazgichlar
yuzasida va yarimo’tkazgich-dielektrik faza chegarasidagi fizik jarayonlarni
chuqur o’rganilishi unipolyar yoki maydonli tranzistorlarni yaratilishiga olib
keldi. Bu tranzistorlarda zaryad tashuvchilar bir xil ishorali bo’lib, tranzistordan
o’tuvchi tok kattaligi zatvorga qo’yiluvchi elektr maydon kuchlanganligiga
bog’liq.
Oxirgi bir necha o’n yillarda elektron texnikaga bo’lgan talab
yarimo’tkazgichlarning funksional imkoniyatlarini oshirish va ularning
o’lchamlarini kichraytirish – integral mikrosxemalarning yaratilishiga olib keldi.
Keyingi tadqiqotlar esa nanoo’lchamdagi tranzistor strukturalarini yaratish
imkonini tug’dirdi.
Yarimo’tkazgichli asboblar shunday katta tezlikda rivojlantirilmoqdaki,
bugungi tasavvur va yutuqlar bir necha yildan so’ng eskirib qolmoqda. Shu
sababli, yarimo’tkazgichli asboblarda ro’y beruvchi fizik jarayonlarni bilish
ahamiyatga egadir. Bu esa mutaxassislarning yangi usul va tamoyillarini
mustaqil o’rganishga imkon beradi. Yarimo’tkazgichlar –moddaning ajoyib turi
7
bo’lib, ular o’ziga xos xossalari bilan boshqalardan yaqqol ajralib turadi.
Umuman olganda, elektrik o’tkazuvchanligiga qarab moddalar uchta katta
sinfga: o’tkazgichlarga (elektrik o’tkazuvchanligi
10
6
simens dan katta),
yarimo’tkazgichlarga (elektrik o’tkazuvchanligi
10
8
÷ 10
6
simens oralig’ida) va
dielektriklarga (elektrik o’tkazuvchanligi
10
8
simens dan kichik) bo’linadi.
Yarimo’tkazgichlarning elektrik o’tkazuvchanligi juda keng oraliqda yotishi
yuqoridagi ma’lumotlardan ko’rinib turibdi.
Shu bilan birga yarimo’tkazgichlarning o’ziga xos muhim xususiyatlaridan
biri
elektrik
o’tkazuvchanligining ulardagi kirishmalarning turi va
konsentratsiyasiga nihoyatda sezgirligidir. Masalan, toza yarimo’tkazgichga
10
−7
÷ 10
−10
%
miqdorda
kirishma
kiritish
bilan
uning
elektrik
o’tkazuvchanligini
keskin
o’zgartirish
mumkin.
Shu
bilan
birga
yarimo’tkazgichlarning yana bir muhim xususiyati
– ular elektrik
o’tkazuvchanligining temperaturaga o’ta sezgirligidir. Bunday bog’lanishni
quyidagicha ifodalash mumkin:
σ = B ∙ exp (−w
a
/kT)
bu yerda,
σ - berilgan T - temperaturadagi elektrik o’tkazuvchanlik,
B - o’zgarmas doimiy,
w
a
- zaryad tashuvchilarning faollanish energiyasi,
k - Boltsman doimiysi, T - mutlaq temperatura. Chunonchi, yarimo’tkazgichning
temperaturasi 1
°C ga o’zgarganda uning elektrik o’tkazuvchanligi 5-6% ga
o’zgarishi mumkin. Juda ko’plab yarimo’tkazgichlarga va ular asosida yasalgan
asboblarga yorug’lik, ionlovchi nurlar va shu kabilarning ta’sirlari ham elektrik
o’tkazuvchanlikning keskin o’zgarishiga olib keladi. Bunga turli
yarimo’tkazgich detektorlarni, yorug’lik diodlarini, yorug’lik rezistorlarini va
qator boshqa asboblarni ham misol qilib ko’rsatish mumkin. Shuni eslatib o’tish
joizki, yarimo’tkazuvchanlik xossasi faqat qattiq jismlargagina xos bo’lmay,
suyuq holatdagi organik birikmalardan iborat shishasimon, amorf tuzilishga ega
bo’lgan yarimo’tkazgichlar ham shunday xossalarga egadirlar. Ular o’zlarining
bir qator ma’lum kamchiliklari tufayli hozircha texnikada keng tatbiq
qilinganicha yo’q. Qattiq jismlardan yarimo’tkazgich xossasiga ega bo’lgan
8
moddalar qatoriga juda ko’p turli moddalar, masalan, kremniy, germaniy, bor,
olmos, fosfor, oltingugurt, selen, tellur, ko’pchilik tabiiy minerallar va qator
birikmalar: GaAs, GaP, JnSb, SiC, ZnS, CdTe, GaSb va h.k.lar kiradi. Bu
yarimo’tkazgichlar o’zlarining xilma-xil xossalari bilan bir-birlaridan ancha farq
qiladilar. Shuning uchun ham turli maqsadlar uchun turli yarimo’tkazgichlar
qo’llaniladi.
Biroq, hozirgi zamon texnikasida asosan bir necha xil yarimo’tkazgichlar
keng ishlatilmoqda. Bularning ichida eng oldingi o’rinlarda kremniy (Si),
germaniy (Ge), galliy margimushi (GaAs) turadi. Ayniqsa kremniy hozirgi
zamon mikroelektronikasida o’zining ko’p xossalari bilan murakkab texnologik
talablarga javob berganligi sababli asosiy material o’rnini egallab turibdi.
Elektron texnikasida ishlatiladigan ko’pchilik yarimo’tkazgich materiallar
kristall tuzilshga ega. Yarimo’tkazgichning kristall tuzilishi naqadar
mukammalligi, unda turli nuqsonlarning bor yoki yo’qligi va ularning miqdori
yarimo’tkazgichning asosiy xossalarini belgilab beruvchi omildir.
Epitaksial sistema deganda qattiq monokristal taglikka surtilga yupqa ko’p
qatlamli yarimo’tkazgichli strukturalar (geterostrukturalar va nanostrukturalar)
tushuniladi. Yarimo’tkazgichli materiallarga to’liq asoslangan zamonaviy
elektronika va kompyuter texnikasi rivoji elektron sistemalar o’lchamlarining
kichrayishi, ishlash tezligining oshishi va energiya ta`minotining qisqarishi
tomonga bormoqda. Shu nuqtai nazardan xarakteristik o’lchamlari nanometrli
diapazonda yotuvchi epitaksial sistemalar o’ta muhim hisoblanadi.
|