Аморфты кремний


Глоссарий
Аморфты кремний - атомдарды ретсіз орналасқан кремний.
Оптрондар – бір корпусқа орнатылған осы немесе басқа
Болометр – сәулеленудің селекті емес жылулық қабылдағыш, шағылу
Микрофотометр – пластинканың қараюының дәрежесін өлшейтін құрал.
Фотоэлектрлік эффект – бетіне әсірекүлгін сәуле түскен кезде
Фотоөткізгіштік – электромагниттік сәуле әсер еткен кездегі жартылайөткізгіштің
Фоторезистор - өткізгіштігі жарықтың әсеріне байланысты өзгеретін жартылайөткізгіштік
МАЗМҰНЫ
ШАРТТЫ БЕЛГІЛЕУ ТІЗІМІ.......................................................................5
КІРІСПЕ..........................................................................................................6
1 ӘДЕБИ ШОЛУ
1.1 Аморфты кремний қондыру әдістері...................................................7
1.2 Аморфты кремний..................................................................................9
1.3 Аморфты кремнийдын жақын реттілгі...............................................11
1.4 Светофильтрлердің жұмыс жасауы .....................................................12
1.5 Локальді электрондық күйлер.............................................................17
1.6 Аморфты кремнийдың опткалық қасиеттері......................................19
1.7 a-Si:H қабықшаларындағы сутегі........................................................22
2 НЕГІЗГІ БӨЛІМ
2.1 Аморфты кремний қабықшасын алу...................................................24
2.2 Аморфты кремний қабықшаларының
оптикалық қасиеттерін анықтау.................................................................26
2.3 Аморфты кремнийдің тиым салынған зонасы ...................................28
ҚОРЫТЫНДЫ.............................................................................................31
ПАЙДАЛАНҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ.................................................32
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
Аморофты кремнийге деген үлкен қызығушылық 2 себеппен түсіндіріледі:
Аморфты шалаөткізгіштерде рұқсат етілмеген зонаның ені ақаулардың концентрациясымен
Бұл жұмыстың мақсаты босқыл кремний қабықшасының оптикалық қасиетін
1 ӘДЕБИ ШОЛУ
1.1 Аморфты кремнийді қондыру әдістері
a-Si:H және оның құймаларын қондырудың силанның газдық фазасынан
Іс жүзінде босқыл кремнийді дайындау үшін иондық тозаңдатудың
ЖЖ – катодтық тозаңдату [3];
ЖЖ – магнетрондық тозаңдату [4];
тұрақты токтағы магнетрондық тозаңдату [5];
иондық шоғырлармен тозаңдату.
Иондық –реактивтік тозаңдандыру әдісінің артықшылықтары:
кремний шикізатын неғұрлым толығымен пайдалану;
a-Si:H қабықшаларын жоғары жылдамдықпен отырғызу мүмкіндігі;
қабықшадағы сутегі концентрациясын кең интервалда өзгерту мүмкіндігі;
қалыңдығы бойынша біртекті үлкен аудандарда қабықшалар алу мүмкіндігі.
Зерттеулер саны және ғылыми жұмыстар нәтижесін сериялық және
Басында α-Si:H қабықшаларын алу үшін индуктивті байланысы бар
Бұл қиындықтарды сиымдылық байланысы бар жүйелерді қолдану [3]
[5-6] жұмыстарда α-Si:H қабықшаларды алу технологиясы обылысын зерттеу
Бірақ әрбір параметрдің нақты мәні әрбір реактордың нақты
α-Si:H қабықшаларын силанды қолданып отрығызудағы плазмалық процесстерді ары
[5] жұмыста көрсетілгендей, силан плазмасында өтетін процесттердің сипаты
1) аса жоғары жиіліктерге немесе циклотрондық қозуларға тән
2) SiH4-тің орташа парциалдық қысымдарында (~13,3 Па) және
3) силанның жоғары парциалдық қысымы (>26,6 Па), ағынның
1.2. Аморфты кремний
Жетпісінші жылдардың екінші жартысынан бастап дамыған елдерде босқыл
Бірақ босқыл кремний фототүрлендіргіштер жасауда арзан материал ретінде
α-Si:H-тың оптоэлектрондық приборлар жасаудағы перспективалық материал қатарына қосатын
α-Si:H-тың жарық спектрінің көрінетін обылысындағы жұту коэффициенті монокристаллдық
тиым салынған зонадағы локальді күйлер тығыздығы төмен, бұл
тот баспайтын болат, шыны, керамика, полимидтік қабықша төсеніштерде
сонымен қатар, α-Si:H қабықшалары 6000С-тан төмен температурада өсіріледі,
Аморфты заттар тепе-теңдіксіз шарттарда, мысалы, асқын суыту кезінде
Аморфты кремнийдің екі түрі бар,
1Тығыздық күйі 5*1019см-3*эВ-1 тең
2 Күй тығыздығы үш рет төмен рұқсат
Таза материалдың және сутегісі бар материалдың үзілген
Бірақ сығылмайтын бөлшектерден тұратын кез-келген жеткілікті дәрежеде тығыз
Гидрогенизирленген кремний төменгі температурада алынған. Плазмада
ИҚ-спектр зерттеуінде Si:H байланыстан басқа
Жақын реттіліктің зерттеу әдістері:
1)Радиалды таралу функциясын есептеу- рентген сәулесі, нейтрондар немесе
2) Инфрақызыл-жұтылу тербелмелі спектрін талдау және инфрақызыл -шашырау
Радиалды тарату функциясын есептеу әдісі құрылым, байланыс
a-Si:H-ң жоғарғы фотоөткізгіштігін, көрінетін жарық жұтылуының жоғары
Аморфты кремнийді дайындау үшін және оның қоспасын қолданудың
Ионды-реактивті тозаңдату әдісінің жетістіктері Si шикізаттарының толық
a-Si:H қабықшасын алу, қабықшада сутегінің
1.3 Аморфты кремнийдің жақынретілгі
Монокристаллда атомдардың орналасуы алыс ретті болса, аморфты заттарда
Жақын реттіліктің аймақтық радиусы немесе корреляция радиусы құрылымның
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
Таза аморфты кремнийде өте көп құрылымдық ақаулар
Аморфты кремнийге сутегі қоспасы
Аморфты кремнийдің құрылымын сипаттау үшін әртүрлі модельдер қолдануға
Аморфты кремний құрамына сутегі
1.4 Светофилътрлердін жұмыс жасауы
Светофилътрлердін жұмыс жасауы спектрлік аймаққа ие кез-келген оптикалық
Ең көп таралған шыны абсорбциялық светофилътрлер, олар спектрлік
Абсербциялық светофильтрлер және басқа органикалық материалдар олардың механикалық
Жұлдыздар фотометриясында қолданылатын светофилътрлардің маркалары әртүрлі . төртеңді
1- суретт - Шыны светофилътрдіңң көмегімен WBVR түрінің
1- суретте шыны светофилътрдіңң көмегімен WBVR түрінің фотометриялық
W-техникалық фильтр CuSO4 өңделген кристалды көрсетеді, ол УФС-2
Шыныларды қабаттастыру кезінде шашыраудағы шығыннанн құтылу үшін олрдың
Сонымен w= УФС2(W 3.0 мм)+БС5(1.5 мм)+CuSO4(2 мм)+силикон.
В көк жолақ бұл жолақ джонсонның жақын болуы
СС-5 фильтрінің қызыл өткізуінен құтылуға болады, C3C-21көк жасыл
Өңді шынының максимум өткізгішінің жағыдайы тек шыны маркаснан
V визуалды жолақ. Джонсон бул жолақты санын 3384-
C3C-21светофилътрлер жолақтың үзындықтың шекарасын қурайды.
Сонымен V=ЖС18 (3.0mm)+СЗС21 (1.7mm) .
R қызыл жолақ UBV жүйесінде бұндай жолақтар болған
Мұндай жолмен таңдалып алынған стандарт шыны светофилътрлер фотокатодттық
таблица 2-WBVR жүиесндей реакция қисығы туралы негізгі мағлуматтар.
Жолақ Орташа толқын ұзындығы
Қыска толқын ұзын толкын
W 3465 3500 530 45 3060 3970
B 4390 4350 900 47 3710 5350
V 5545 5300 810 55 4900 6800
R 6945 6600 1070 55 6130 8830
Олрдың нәтижелері тянъ-шанъ обсербаториясы ГАИШ-ты.Волков тың жүргізген өлшеуімен
1.5 Локальді электрондық күйлер
Кристаллдық кремнийге тән алыс тәртіптің бұзылуы босқыл материалда
Локальді күйлер тығыздығын (бұдан әрі N(E) деп белгіленеді)
N(E) -нің α-Si:H-тің тиым салынған зонасындағы таралуын зерттеу
3-суретте α-Si:H үшін N(E) таралуының электрондар энергиясынан тәуелділік
Әртүрлі обылыстарда N(E) энергиетикалық күй таралуы әртүрлі табиғатта
N(E) сызығының модельдік қарастырулармен салынған сызығы көптеген эксперименталдық
N(E) таралуының белгілі бір обылыстағы локальдік орталықтарының зарядтық
қарапайым модель қолданылады. Бұл модель бойынша N(E) таралуының
2-суретте штрих сызықтармен N(E) -нің ЕС зонасынан созылып
1.6 Аморфты кремнийдің оптикалық қасиеті
Аморфты шалаөткізгішті зерттеу экспериментінде монокристалды
a-Si:H-¾ 240 С t-да және 16
a-Si:H-ң жұтылу спектрін үш аумаққа 3-сурет бөлуге болады,
(1)
Мұнда, h- фотонның энергиясы, В-пропорционалдық коэффициенті.
2 және 3 дәрежелік көрсеткіштер мәні
(2)
Егер r1=r2=0,5 болса онда Тауц ұсынған нӘтиже болады.
(3)
Онда 4-суретте көрсетілгендей Eg енінің
3-сурет. a-Si:H-ң жұтылу
Егер
(4)
тең деп Клазес және т.б. ұсынғандай
4-сурет. Eg мәнін Тауц
В аймағы энергиясы 1,4эВhEg
(hexp[(h/kT]
мұнда h - фонон энергиясы.
Логарифмдік иілу Урбах жиегінде h - 50-150
С аумағы h1,4 эВ. Рұқсат етілмеген өңірде терең
1.7 a-Si:H қабықшаларындағы сутегі
a-Si құрылымында сутегі маңызды рольге ие екені белгілі.
Кремнийдегі сутегі мөлшері әртүрлі технологиялық параметрлерден тәуелді болады:
төсеніштің температурасы – бұл кез-келген отырғызу әдісіндегі негізгі
камерадағы газ қоспасының қысымы;
разрядтың типі мен қуаты және тағы басқалары.
a-Si –дегі сутегі мөлшері әртүрлі әдістерге және дайындау
Сутегінің парциалдық қысымы артқанда кремнийдегі сутегі мөлшері белгілі
Аморфты кремнийдің оптикалық қасиеттріне ондағы сутегі біршама әсер
Сутегі мөлшерінің жоғарылауы электрөткізгіштіктің төмендеуіне әкеп соғады, өйткені
a-Si:H–та барлық үзілген байланыстарды қанықтыру үшін шын мәнінде
Сутегі концентрациясы 1,5 ат.%-тен асқанда гетерофазалық жүйенің пайда
Жоғары кванттық шығым мен жоғары фотоөткізгіштік сутегінің 8-5
a-Si:H–тағы салыстырмалы төмен мәні оған сутегінің
2. НЕГІЗГІ БӨЛІМ
2.1 Аморфты кремний қабықшасын алу.
Аморфты кремний сутекті, сутексіз қабықшаларын тұрақты токта магнетронды-реактивті
α-Si:H қабықшаларын алу және олардың физикалық қасиеттерін зерттеуге
Осы жұмыста вакуумдық пост ВУП – 4 базасында
Жүйе ұстағышта орнатылған тұрақты магниттен, магниттің үстіне орнатылған
разряд жанады. Босқыл кремний негізінде жарық сезгіш приборлар
Вакуум камерасы
Магнит
Кремний табақшасы
Анод
Кварц қондырғы
қыздырғыш
5-сурет Планарлық типтегі магнетрондық тозаңдату жүйесі
Қабықшадағы сутегі мөлшеріне аргон –сутегі құрамы мен отырғызу
KH=PH/( PH+PAr)
және ол шама нөлден жүз пайызға дейін өзгере
2.2. Аморфты кремний қабықшаларының оптикалық сипаттамаларын анықтау
Аморфты сутектендірілген кремний қабықшаларының өткізу спектрі СФ –
Есептеу әдістемесі. Өткізу спектрі екі обылысқа бөлінеді:
6-сурет - α-Si:H қабықшаларының өткізу спектрі
Ең алдымен экстермумдердің реті мына формуламен есепетелді:
(7)
осыдан:
=0,95/(1,96-0,95)
Интереференцияның ретін және мәндерін
Интерференциялық суреттің төменгі июші сызығы бойынша қабықшаның сыну
(9)
мұндағы
(10)
төсеніштің сыну көрсеткіші белгілі деп есептеледі: кварц үшін
Қабықшаның анықталған сыну көрсеткіші және экстремумның
(11)
Осыдан кейін мына тәуелділік салынады:
(12)
Бұл шама күшті жұтылу обылысында өткізудің өзіне сәйкес
(13)
мұндағы
(14)
7 –суретте әр түрлі температурада алынған аморф кремний
7 -сурет - кремний пленкаларының жұтылу коэффициентінің өcу
Жұтылу коэффициенті анықталған соң -дің -ден
2.3. Аморфты кремнийдің тиым салынған зонансы
Тиым салынған зонаның оптикалық енінің отырғызу температурасынан тәуелділігі
В – 100ºС, С – 200ººС, D -300ºC.
8-cурет Тиым салынған зонаның оптикалық енінің cутег
Газдық фазада сутегінің концентрациясы 20%-тен асқанда Е0-дің температурадан
Сутегінің концентрациясының 0