CC BY
5UDK:621.315.592
Ni BILAN LEGIRLANGAN Si MONOKRISTALINI ELEKTROFIZIK XUSUSIYATLARIGA KIRISHMA ATOMLARINING TA'SIRI
Turgunov Nozimjon Abdumannopovich O'zMU qoshidagi Yarimo'tkazgichlar fizikasi va mikroelektronika ilmiy tadqiqot instituti, Ilmiy ishlar va innovatsiyalar bo'yicha direktor o'rinbosari, f.-m.f. d., dotsent. e-mail: tna [email protected]
Berkinov Elmurod Xoshimjonovich NamMQI, Energiya tejamkorligi va muqobil energiya manbalari kafedrasi dotsenti (PhD),
elmurod [email protected]
Murodullayev Doniyorbek Mirzoxid o'g'li NamMQI, Elektr energetika ta'lim yo'nalishi 4-bosqich talabasi, [email protected]
Annotatsiya. Ushbu ishda kremniyda nikel diffuziyasi T=1573 K haroratda t=2 soat davomida SUOL-4M pechida amalga oshirildi. Ecopia HMS-7000 qurilmasi yordamida Xoll effekti usulidan foydalanib, kremniydagi nikel kirishma atomlarining konsentratsiyasi va harakatchanligini hamda solishtirma qarshilikni haroratga bog'liqligini o'rganish natijalari keltirildi va dastlabki namuna bilan taqqoslandi.
Аннотация. В данной работе диффузия никеля в кремний проводилась в печи СУОЛ-4М при температуре Т=1573 К в течение t=2 часов. Методом эффекта Холла на приборе Ecopia HMS-7000 представлены и сопоставлены с исходным образцом результаты исследования концентрации и подвижности примесной атомов никеля в кремнии, а также температурной зависимости удельного сопротивления.
Annotation. In this work, the diffusion of nickel into silicon was carried out in a SUOL-4M furnace at a temperature of T=1573 K for t=2 hours. Using the Hall effect method on an Ecopia HMS-7000 instrument, the results of studying the concentration and mobility of impurity nickel atoms in silicon, as well as the temperature dependence of resistivity, are presented and compared with the original sample.
Kalit so'zlar: Kremniy, nikel, diffuziya, sovitish tezligi, kirishma atomlari, Xoll effekti, konsentratsiya, harakatchanlik, solishtirma qarshilik.
Ключевые слова: Кремний, никель, диффузия, скорость охлаждения, примесные атомы, эффект Холла, концентрация, подвижность, удельное сопротивление.
Keywords: Silicon, nickel, diffusion, cooling rate, impurity atoms, Hall effect, concentration, mobility, resistivity.
Kremniyda hajmiy kirishma to'plamlarini hosil qiluvchi nikel kirishma atomlari bilan legirlangan kremniy monokristali oldindan berilgan kattaliklar asosida olinuvchi yarimo'tkazgichli materiallarni olish hamda elektrofizik parametrlarini boshqarish jihatidan keng imkoniyatli materiallardan hisoblanadi. Shu sababdan hajmida noyob strukturaviy xususiyatlarga ega bo'lgan ko'p komponentli kirishma to'plamlari mavjud bo'lgan yarimo'tkazgichli materiallarni olish, shuningdek, ularning strukturaviy, elektrofizik va fotoelektrik xususiyatlarini o'rganish bo'yicha ilmiy izlanishlar jahon miqyosida olib borilmoqda [1-4]. Bu borada turli kirishmalar bilan diffuziya usulida legirlash orqali kirishma mikro- va nanobirikmalariga ega bo'lgan yarimo'tkazgichli materiallarni olish bo'yicha yangi texnologiyalarni ishlab chiqishga alohida e'tibor qaratilmoqda. Respublikamizda yarimo'tkazgich materiallar xususiyatlarini turli kirishmalar kiritish yo'li bilan boshqarish, hamda ular asosida yaratilgan asboblar kattaliklarini kompleks o'rganish borasida muayyan natijalarga erishilmoqda. Bu borada yarimo'tkazgichli
Qurilishm^a4imJlmyjurnal^
https://jurnal.qurilishtalim.uz
kremniy monokristalini 3d-o'tish guruhi metallari bilan yuqori haroratlarda diffuziya usulida legirlash, hamda bunday materiallar asosida turli tashqi omillarga (harorat, bosim, nurlanish va boshqalar) sezgirligi yuqori bo'lgan materiallar va ko'p qatlamli strukturalar olishga bo'lgan ehtiyoj ortib bormoqda. T=573-1523 K haroratda issiqlik bilan ishlov berishda nikel kirishma atomlari mikrobirikmalarini o'z ichiga olgan monokristall kremniyning elektr xususiyatlariga ta'siri ko'rib chiqilgan. Nikel bilan legirlangan monokristall kremniy solishtirma qarshiligiga issiqlik bilan ishlov berishning ta'siri o'rganilgan [5-11]. Shularni e'tiborga olgan holda ushbu ishda kremniyda nikel diffuziyasi T=1573 K haroratda amalga oshirildi.
Eksperimental usul
Tadqiqotlar uchun dastlabki namunalar va n-Si<Ni> namunalari tayyorlandi. Dastlabki namuna sifatida Choxralskiy usulida o'stirilgan, solishtirma qarshiligi 0,3 Om sm bo'lgan KEF markali kremniy monokristalidan foydalanildi. To'g'ri burchakli parallelepiped shaklida tayyorlangan, o'lchamlari 13x6x2 mm bo'lgan namunalarni kimyoviy usullarda tozalandi. Kremniyda nikel diffuziyasi T=1573 K haroratda t=2 soat davomida SUOL-4M pechida amalga oshirildi. Diffuziya harorati platina-platinarodiy termojufti yordamida nazorat qilindi. Diffuziyaviy tavlanishdan keyin namunalar tez (usov=200 K/s) va sekin sovitish (usov=1 K/s) usullari bilan sovitildi. Mazkur ishda Ecopia HMS-7000 qurilmasi yordamida Xoll effekti usulidan foydalanib, kremniydagi nikel kirishma atomlarining konsentratsiyasi va harakatchanligini, hamda solishtirma qarshilikni haroratga bog'liqligini o'rganish natijalari keltirildi va dastlabki namuna bilan taqqoslandi. Xoll effekti usulida o'lchash uchun namunalarni 6x6x1,9 mm parallelepiped shaklida kesib olindi. Tayyorlangan namunalarning elektrofizik kattaliklarini o'lchash jarayonida haroratni 80 K dan 510 K oralig'ida oshirib borildi.
Natijalar va munozaralar
Tajribalar natijasida olingan T=80-h510 K harorat oralig'ida dastlabki namuna va n-
Si<Ni> namunalarining solishtirma qarshiligini haroratga bog'liqlik grafigi 1-rasmda keltirilgan. Unga ko'ra harorat 80 K da dastlabki namunaning p qiymati 0.16 Om sm ni, tez sovitilgan n-Si<Ni> namunada bu qiymat 0,22 Omsm ni, sekin sovitilgan namunada esa 0,18 Omsm ni tashkil etadi. So'ngra harorat qiymatini 120 K ga qadar oshirib borishda bu ko'rsatkichlar asta-sekin kamayib boradi va mos ravishda 0.12 Omsm, 0.14 Omsm va 0.11 Omsm ni tashkil etadi. Shundan so'ng haroratni 120 K dan 510 K ga qadar oshirib borilganda bu ko'rsatkichlar ortib boradi va ular mos ravishda 0.895 Omsm, 1.21 Omsm va 0.903 Omsm ni tashkil qiladi (1-rasm, 1-,2-, va 3-egri chiziqlar).
2-rasmda T=80-^510 K harorat oralig'ida dastlabki va n-Si<Ni> namunalari uchun
zaryad tashuvchilar konsentratsiyasi - n ni haroratga bog'liqlik grafigi keltirilgan. Tajribalar natijasiga ko'ra, harorat 80 K da dastlabki namunadagi zaryad tashuvchilar konsentratsiyasi n ning qiymati 6.27x1015 sm-3 ni tashkil qiladi. Harorat 120 K ga ko'tarilganda ushbu qiymati biroz ko'tarilib, 7.76x1015 sm-3 ga tenglashadi. Haroratning keyingi 160 K ga qadar ortib borishida esa n ning qiymati deyarli 2.5 barobarga ortib, 1.6x1016 sm-3 ni tashkil etadi. Shundan so'ng haroratni 320 K ga oshirib borilganda ushbu qiymat deyarli o'zgarmaydi. Haroratni 320 K dan 330 K ga oshirilganda n ning qiymati birdan ko'tarilib, 1.83x1016 sm-3 ni tashkil etdi. So'ngra haroratni 330 K dan 510 K gacha keyingi oshirib borilganda n ning qiymati asta-sekin kamayib boradi va 510 K da 1.71x1016 sm-3 qiymatni tashkil etadi (2-rasm, 1-egri chiziq).
Diffuziyaviy tavlashdan so'ng tez sovitish usuli bilan olingan n-Si<Ni> namunaning n qiymati 80 K haroratda 4.91x1015 sm-3 ni tashkil etadi. Haroratni 100 K gacha oshirilganda ushbu qiymat ortib, 5.81x1015 sm-3 ni tashkil etdi. So'ngra haroratni 100 K dan 120 K gacha oshirilganda esa n ning qiymati birdan oshib, 1.05x1016 sm-3 ni tashkil etdi. Haroratni 120 K dan 220 K gacha keyingi oshirib borishdagi n ning qiymatlari asta-sekin ko'tarilib boradi va 220 K da 1.42x1016 sm-3 ni tashkil etadi. Shundan so'ng haroratni 220 K dan 510 K ga oshirib
Qurilish^a^alimjlmiyjurnal^
https://jurnal.qurilishtalim.uz
borilganda n ning qiymati asta-sekin kamayib boradi va u 510 K da 1.3x1016 sm-3 ni tashkil etadi (2-rasm, 2-egri chiziq).
p, (OM-CM) 1,21,0-
0,6-
0,4-
0 , 2
0,0
• mi
T, (K)
1—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—r
0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440 480 520
1-rasm. Solishtirma qarshilikning haroratga bog'liqligi:
1 - dastlabki namuna; 2 - tez sovitish (usov=200 K/s) usuli bilan olingan n-Si<Ni> namuna; 3 - sekin sovitish (usov=1 K/s) usuli bilan olingan n-Si<Ni> namuna.
(cm'3)
2,2x10" 2,0x1016 1,8x1016 1,6x10" 1,4x1016 -1,2x1016 -1,0x1016 8,0x1015 6,0x1015H
4,0x10"
1-B-
2-«-3-A-
I
/ I
T, (K)
i—i—i—i—i—i—i—i—i—i—i—i—i—i—i—i—i—i—i—i—i—i—i—i—i—i—i 0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440 480 520
2-rasm. Zaryad tashuvchilar konsentratsiyasining haroratga bog'liqligi:
1-dastlabki namuna; 2- tez sovitish (usov=200 K/s) usuli bilan olingan n-Si<Ni> namuna;
3- sekin sovitish (usov=1 K/s) usuli bilan olingan n-Si<Ni> namuna.
Diffuziyaviy tavlashdan so'ng sekin sovitish usuli bilan olingan n-Si<Ni> namunaning n qiymati 80 K haroratda 6.71x1015 sm-3 ni tashkil etadi. Harorat 100 K ga oshirilganda n ning qiymati asta-sekin ortib boradi va 8.15x1015 sm-3 ga tenglashadi. So'ngra haroratni 120 K ga qadar oshirib borilganda ushbu namunada n ning qiymati keskin ortib, 1.4x1016 sm-3 ni tashkil Qurilish va Ta'lim ilmiy jurnali 3-jild, 2-son https://jurnal.Qurilishtalim.uz
0
n
etadi. Haroratni navbatdagi 200 K ga qadar ortib borishi bilan n ning qiymati ~1.4 barobar ko'tariladi, keyingi 240 K gacha harorat oshirib borilganda esa u deyarli o'zgarmaydi. Shundan so'ng haroratni 260 K ga oshirilganda n ning qiymati birdan ko'tarilib, 2.13x1016 sm-3 ni tashkil etadi va 280 K haroratda 1.96x1016 sm-3 gacha kamayadi. Haroratni 280 K dan 510 K gacha keyingi oshirib borishdagi n ning qiymatlari asta-sekin pasayib boradi va 510 K da 1.75x1016 sm-3 ni tashkil etadi (2-rasm, 3-egri chiziq).
T=80^510 K harorat oralig'ida dastlabki va n-Si<Ni> namunalaridagi zaryad tashuvchilar harakatchanligining haroratga bog'liqlik grafigi 3-rasmda keltirilgan. Harorat 80 K da dastlabki namunaning j qiymati 6229 sm2/V-s ni tashkil etadi. Haroratni 120 K ga ko'tarib borilganda namunaning j qiymati asta-sekin ortib, 6901 sm2/V-s ni tashkil etadi. Shundan so'ng haroratni 140 K ga ko'tarilganda j ning qiymati keskin kamayib, 3469 sm2/V-s ni tashkil etadi. So'ngra haroratni 140 K dan 510 K ga qadar oshirib borilganda dastlabki namunaning j qiymati 407 sm2/V-s gacha kamayib boradi (3 - rasm, 1- egri chiziq).
Tez sovitilgan n-Si<Ni> namunaning 80 K haroratda j ning qiymati 5912 sm2/V-s ni tashkil etadi. Haroratni 100 K ga ko'tarilganda j ning qiymati ko'tarilib, 6901 sm2/V-s ga yetadi. So'ngra haroratni 120 K oshirilganda zaryad tashuvchilarning harakatchanligi keskin kamayib, 4203 sm2/V-s ni tashkil etadi. Haroratni 120 K dan 510 K ga qadar keyingi oshirib borishda j ning qiymati asta-sekin kamayib, 399 sm2/V-s ni tashkil etadi (3 - rasm, 2 - egri chiziq).
Sekin sovitilgan n-Si<Ni> namunaning 80 K haroratda j ning qiymati 5269 sm2/V-s ni tashkil etadi. Haroratni 100 K ga ko'tarilganda j ning qiymati bir oz ko'tarilib, 5414 sm2/V-s ga yetadi. So'ngra haroratni 100 K dan 510 K ga qadar keyingi oshirib borishda j ning qiymati asta-sekin kamayib boradi va 510 K da 394 sm2/V-s ni tashkil etadi (3 - rasm, 3- egri chiziq).
^, (cm2/B-c)
70006000500040003000200010000-0
3-rasm. Namunalardagi zaryad tashuvchilar harakatchanligining haroratga bog'liqligi:
1- dastlabki namuna; 2- tez sovitish (usov=200 K/s) usuli bilan olingan n-Si<Ni> namuna;
3- sekin sovitish (usov=1 K/s) usuli bilan olingan n-Si<Ni> namuna. Xulosa qilib aytganda, haroratning 80^100 K oralig'ida dastlabki namuna hamda n-Si<Ni> namunalarining solishtirma qarshiligi -16^28% ga kamayishi kuzatiladi. Mazkur harorat intervalida ulardagi zaryad tashuvchilar konsentratsiyasi deyarli -14^21% ga, ularning harakatchanligi esa -3^17% ga ortadi. Haroratning keyingi 200^510 K oralig'ida esa zaryad tashuvchilar harakatchanligi deyarli 5 barobarga kamayib, namunalarning solishtirma qarshiligi esa deyarli 5^6 barobarga ortishi aniqlandi. Ushbu oraliqda namunalarning n qiymati deyarli Qurilish va Ta'lim ilmiy jurnali 3-jild, 2-son https://iurnal.qurilishtalim.uz
T, (K)
-i—|—i—|—i—|—i—|—i—|—i—|—i—|—i—|—i—|—i—|—i—|—i—|—i—|-40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440 480 520
o'zgarmas bo'lib, sekin sovitilgan n-Si<Ni> namunalarida uning qiymati dastlabki namunadagiga nisbatan 18% ga, tez sovitilgan namunadan esa ~42% ga yuqori ekanligi aniqlandi.
ADABIYOTLAR
1. Chang Sun, Hieu T. Nguyen, Fiacre E.Rougieux, Daniel Macdonald М (2017). Precipitation of Cu and Ni in n- and p-type Czochralski-grown silicon characterized by photoluminescence imaging, Journal of Crystal Growth, 460, 98-104.
2. Michelakaki E., Valalaki K., Nassiopoulou A.G. (2013). Mesoscopic Ni particles and nanowires by pulsed electrodeposition into porous Si, Journal of Nanoparticle Research, 15(4), 1-9.
3. Saring Ph. and Seibt M. (2021). Recombination and charge collection at nickel silicide precipitates in silicon studied by electron beam-induced current, Phys. Status Solidi B, 258(10), 2100142(1-8).
4. Lindroos J., Fenning D.P., Backlund D.J., Verlage E., Gorgulla A. et al. (2013). Nickel: A very fast diffuser in silicon, J.Appl.Phys. 113(20), 204906(1-7).
5. Turgunov N.A., Berkinov E.Kh. (2020). Structures of inclusions of impurity nickel atoms in silicon monocrystals // International journal of engineering and advanced technology, 9(4), 1436-1439.
6. Turgunov N.A., Mamajonova D.Kh., Berkinov E.Kh. (2021). Decay of impurity clusters of nickel and cobalt atoms in silicon under the influence of pressure, Journal of nano-and electronic physics, 13(5), 05006(1-4).
7. Turgunov N., Zainabidinov S., Berkinov E., Akbarov, Sh. (2020). Influence of the clusters of impurient nickel atoms on the crystalline silicon structure, Euroasian Journal of Semiconductors science and engineering, 2(5), 19-21.
8. Turgunov N.A., Berkinov E.Kh., Turmanova R.M. (2022). Influence of heat treatment on the electrical properties and morphology of impurity accumulations of silicon doped with nickel. Science and world, 4(104), 25-29.
9. Тургунов Н. A., Беркинов Э.Х., Мамажонова Д.Х. (2020). Влияние термической обработки кремния, легированного никелем, на его электрические свойства. Прикладная физика, 3, 40-45
10. Turgunov, N.A., Berkinov, E.Kh., Turmanova, R.M. (2023). Accumalations of impurity Ni atoms and their effect on the electrophysical properties of Si. E3S Web of Conferences, 402, 14018
11. Turgunov, N.A., Berkinov, E.Kh., Turmanova, R.M. (2023). The effect of thermal annealing on the electrophysical properties of samples n-Si<Ni,Cu>. East European Journal of Physics, 3, 287-290
QurilishvaTO'limilmiyJurnal^
https://iurnal.qurilishtalim.uz
