Atomlar diffuziyasi
Download 1.37 Mb.
|
Yarim o’tkazgichlarda atomlar diffuziyasi
- Bu sahifa navigatsiya:
- Element H O c
|
g d 2000 4000 0 2000 4000 2000 4000 x, mkm 6.14-rasm. Kremniyda kumushning elektr maydonida ko 'chishi. 6.9. Kremniyda gazlarning diffuziyasi, eruvchanligi va singishi
Kremniyda geliy va vodorodning diffuziyasi, eruvchanligi, singishi Virigen va Varmoits tomonidan mass-spektrometrik analiz yordamida tadqiqlangan. Ular olgan natijalar 6.6-jadvalda keltirilgan. 6.6-jadval.
130 Geliyning kremniydagi diffuziyasining aktivlashish energiyasi 1,26 eV. Shu energiyaning germaniydagi kattaligidan ancha yuqori (0,7 eV). Shu bilan bir vaqtda geliyning kremniyda erish issikligi (0,48 eV), germaniydagidan (0,57 eV) bir muncha kam. 
H 2 $ 1011 £
2 10 n 0.66 0.70 0.74 0.78 1-10\ K- 6.15-rasm. Kremniyda vodorod atomlarining entvchanligi. Kremniy panjarasida vodorod N, molekula ko'rinishida bo'ladi va qisman, uyerda mavjud boigan kislorod bilan bog'liq bo'lish ehtimoli bor. Kichik temperatura sohasida vodorod kremniyda tok tashuvchilarni bermaydi. Vodorodning kremniyda turli temperaturalarda eruvchangligi haqidagi ma'lumotlar 6.15-rasmda berilgan. Neon, argon va azotning kremniyda singishi uncha katta emas: 1200 "C da - 5.10s snr1 S"1. Kremniy namunasida gazlarning katta miqdori borligi mass-spektroskopik analizlar va boshqa tekshirishlarda o'z tasdig'ini topgan. jMasalan, Papazyan va Volskiy germaniy va kremniy namunalarida turli gazlarning zichliklari uchun olgan ma'lumotlar 6.7-jadvalda keltirilgan. 6.7- jadval.
Kremniy quymasida katta miqdorda kislorodning borligi-o'ziga xos bo'lgan bu kristallarda yorugiik yutish soxalari hosil bo'lishiga olib keladi: to'lqin spektri kremniy uchun taxminan 9 mk, germaniy uchun 11,6 mk uzunligiga mos bo'ladi. Kayzer va Kek, shuningdek Smakula va 131
Kalnayslarning ko'rsatishicha, yutishning optik koeffitsienti kattaligi 9 mk da o'lchanganda kremniyning turli namunalarida bu kattalik kislorod miqdoriga bog'liq holda o'zgaradi (6.16-rasm). « 15  1550 1300 1050 800 X '
101 300 
mo woo 
1100 is X srn- 1.0 1.5 2.0 15 X,mk 6.16-rasm. Kremniyda infraqizil nurlanishning yiitilishi. Logan va Peters kislorodning kremniydagi diffuziyasini o'rganganlar. Kremniyni kislorod atmosferasida qizdirishdan keyin hosil bo'lgan diffuzion qatlam qalinligini aniqiash uchun, ular ikki usuldan — kremniyda kimyoviy yedirilish chuqurchalarini kuzatish va qo'shimcha termik ishlovdan keyin diffuzion qatlamning elektrik xossalarini tekshirish usullaridan foydalandilar. Birinchi usul — dislokatsiyalarning chiqish joyi bo'lganyedirish chuqurchalarining o'lchamlari namunadagi kislorod miqdoriga bog'liqligi aniqlangan. Kislorod qancha ko'p bo'lsa, chuqurchalar o'lchami shuncha kichik bo'ladi, kristal yuzasida bir vaqtdayedirishning faqat bir uslubida hosil bo'lgan chuqurchalar bo'ladi. Kremniynamunalarini kislorodda yoki vakuumda qizdirib, kislorod bilan to'yingan yoki siyraklashgan qatlamlar hosil qilishga erishildi, ularning qalinligini yedirish chuqurchalarining o'lchami o'zgarishi bo'yicha aniqiash mumkin. 132
Ikkinchi usul kremniyga termik ishlov berish vaqtida maxsus effektlar yuzaga kelishi bilan bog'liq, kremniyni past temperaturada qizdirish (300 + 600 °C) namunalarning elektron o'tkazuvchanligining ortishiga olib Iceladi. Bunda elektronlar zichligi kislorod ko'p bo'lgan sharoitda tayyorlangan namunalarda ko'proq (kvarsli, kislorodli muhit) va kislorod yo'q sharoitda olingan namunalarda kamroq bo'ladi (vakuum, vodorod atmosferasi). Kremniyda kislorod diffuziyasini tekshirishda termokonversiyani kuzatish uslubi bo'yicha p-turdagi kremniy namunalari kislorod atmosferasida diffuzion qizdirilib yukori temperaturada va keyin qo'shimcha ravishda 450 °C da isitilgan. Ko'shimcha isitish yuzada n-turdagi kremniy qatlam hosil bo'lishiga olib kelgan, uning chuqurligini temperatura va diffuzion qizdirish vaqtiga bog'liq boiib, termozond, oltinni cho'ktirish yoki boshqa uslublar yordamida aniqlash murnkin. Kremniyda kislorodning diffuziya tezligi bu o'lchashlarga binoan 1300«C
da 1,8- 101()sm2/s ni tashkil qiladi. g 1.0 a- 0.5 £.
100 ZOO 300 WO t, soat 6.17-rasm. Kislorod, Si02, Si04 laming konsentratsion egri chiiiqlari. IKayzer, Frish va Rays kislorod-Si qattiq eritmasining parchalanishini tekshirish orqali kremniyni past temperaturalarda termaishlov berishda termodonorlar hosil bo'lish tushuntirdilar. Si kristall panjarasida joylashgan kislorod issiqlik ishlov vaqtida diffuziya natijasida ma'lum bir nuqtalarda to'planadi. (masalan, dislokatsiyalarda, SiO,, Si04, (Si02)n ko'rinishdagi atomlar agregatlari). Taxmin qilinadiki, kristalning donoriik xossalari asosan Si04 komplekslari asosida bo'ladi, (Si02)n kirishmalar esa elektr noaktiv holatda bo'ladi. Si04 komplekslar parchalanuvcbi qattiq eritmalarning oraliq holati bo'lganligi bois, ular donorlar zichligi termoishlov vaqtiga bog'liq. 133
6.10. Germaniy va kremniyda kirishmalarning diffuziya mexanizmidagi ba'zi farqlar to'g'risida Kremniy va germaniy bir xil tuzilishli va fizik-kimyovjy xossalari bir-biriga juda o'xshash bo'lgan yarimo'tkazgich elementlar bo'lgani uchun, ularda kirishma atomlar diffuziyalarining ham to'liq o'xshashligi bo'lishi kerakdek tuyuladi. Ammo, bunday emas. Masalan, agargermaniyda Vguruh elementlari — donorlar III guruh elementlariga nisbatan, deyarli ikki tartibga tez diffuziyalansa, kremniyda esa buning aksi: Vguruh elementlari (donorlar) III guruh (akseptorlar) elementlariga nisbatan bir-ikki tartibga sekinroq diffuziyalashadi. Ba'zi kirishma elementlari (masalan, oltin va rux) kremniyda germaniyga nisbatan tezrok diffuziyalanadi, shu vaqtning o'zida kremniyda atomJararo bog'lanish mustahkamligi germaniyga qaraganda yuqoriroq. Germaniy va kremniyda turli elementlar diffuziyalari tezliklari orasidagi bunday nomutanosiblik, Svelinning ko'rsatishicha, germaniy va kremniydagi vakansiyalar holatlaridagi birmuncha farqlar mavjudligidandir. Vakansiyalar kremniy ham germaniyda ham akseptorlardir. Biroq, germaniyda vakansiyalaming akseptorlik sathi man qilingan soxaning pastki yarmida valentli sohadan o'rtacha 0,26 eV yuqorida joylashgan, kremniyda esa u man qilingan sohaning yuqori yarmida o'tkazuvchan soha tubidan 0,16 eV pastda joylashgan. Shuning uchun bir xil temperaturalarda germaniyda kremniydan ko'ra ko'prok zaryadlangan vakansiyalar bo'ladi. Bu germaniy va kremniydagi diffuziya mexanizmlariga o'ziga xoslik beradi. Yuqorida aytib o'tilganidek III va V guruh elementlari uchun ularning vakansiyalar bo'ylab harakatlanishiga ta'sir qiladi. Germaniyda bu holda zaryadlangan kirishma atomlar va zaryadlangan vakansiyalar o'rtasida elektrostatik o'zaro ta'sirlashuv o'rinlidir, bunda musbat zaryadli kirishma ionlar manfiy zaryadlangan vakansiyalarga tortiladi. Bu ularning harakatlanishini yengillashtiradi, manfiy kirishma ionlar itariladilar, bu ularning kristal bo'ylab harakatini qiyinlashtiradi. Kremniyda ko'pchilik vakansiyalar neytral holatda bo'ladilar va ular bilan kirishma ionlar o'rtasida elektrostatik kulonli o'zaro ta'sir bo'lmaydi. Germaniy va kremniyda donor va akseptor elementlarning diffuziya koeffitsientlarining qiymatlarini baholash uchun 3-4 bobdagi formulalardan foydalanamiz. 6.8-jadvalda V va III guruh elementlarning akseptor va donor
holatlaridagi ion radiuslari keltirilgan, shuningdek A//„ ~—* L— formuladan topilgan germaniy va kremniy uchun ah qiymati. Germaniy va kremniyning ionli radiusi uchun 1.22 va 1.17 A qabul qilingan. 134
6.8-jadval. V va III guruh elementlarning akseptor va donor holatlaridagi ion radiuslari 6.8-jadval.
Zaryadlangan vakansiyalar va ionlar o'rtasdagi kulonli o'zaro ta'sir ^uc=±-rj formuladan kelib chiqqan holda germaniy uchun ±o,36eV (j = 16), kremniyuchun +0,46eV (# = 12). /i-E0 qiymati germaniy uchun 0,05 eV kremniy uchun 0,29 eV. A =—aVexp AS.+AS, k exp
AU+AU+AU, kT -exp
/u-Eu-AUc kT A ( AU A kT exp I + exp
fi-El>-AUc kT formulalardan foydalanib va ahv, AHcva //-£„qiymatini qo'yib A/A,> m germaniy va kremniyda turli elementlarning diffuziyasi uchun hisoblab topish oson. A/Ao ning hisoblangan va tajribalarda aniqlangan qiymatlari. 6.9-jadval.
Download 1.37 Mb. Do'stlaringiz bilan baham: 
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||