CC BY
32UDK: 5301./09
ZAMONAVIY MATERIALSHUNOSLIKNING ISTIQBOLLARI VA UNING QISHLOQ XO'JALIGIDAGI AHAMIYATI
Bayramdurdi Sapayev,
professor; O'tkir Davlatov, dotsent, Toshkent davlat agrar universiteti, Shaxnoza Berdiqulova, magistrant, Guliston davlat universiteti, Nodirjon Abdusattorov, Qodirjon Yo'ldoshev, magistrantlar, O'zbekiston Milliy universiteti, Abdinazar Abduraxmanov magistrant, Turkmaniston telekommunikatsiya va informatika instituti
Annotatsiya. Mazkur maqolada - materialshunoslik, materialshunoslikning o'tmishi buguni va kelajagi haqida aniq faktlarga asoslangan mulohazalar bildirilgan. Materialshunoslikning bir qismi bo'lganyarimo'tkazgichli materiallar va hozirgi paytdagi ularning holati va ushbu materiallar asosida yaratilgan asbob va qurilmalar hayotimizning hamma sohalariga kirib kelganligi va sohani rivojlantirishning istiqbollari haqida fikrlar bildirilgan.
Kalit so'zlar: materialshunoslik, fundamental, eksperimental, metallar, dielektriklar, yarimo'tkazgichlar, kremniy,germaniy, texnika, qattiq eritma, texnologiya, vakuum elektronikasi, sintez
Аннотация. Эта статья основана на конкретных фактах о материаловедении, о прошлом, настоящем и будущем материаловедения. Высказаны мнения о полупроводниковых материалах, являющихся частью материаловедения, и их современном состоянии, а также о том, что приборы и устройства, созданные на основе этих материалов, проникли во все сферы нашей жизни и о перспективах их развития.
Ключевые слова: материаловедение, фундаментальные, экспериментальные, металлы, диэлектрики, полупроводники, кремний, германий, техника, твердый раствор, технология, вакуумная электроника, синтез.
Annotation. This article is based on concrete facts about material science, the past, present and future of material science. Opinions are expressed about semiconductor materials, which are the part of material science, and about their current state, as well as about the fact that equipment and devices created on the basis of these materials have penetrated into all spheres of our life and about the prospects for their development.
Keywords: materials science, fundamental, experimental, metals, dielectrics, semiconductors, silicon, germanium, engineering, solid solution, technology, vacuum electronics, synthesis.
Materialshunoslik - bu materiallar xossa-larining tabiati, ularni boshqarish yo'llarining tartibi va eng yaxshi hamda ma'qul xossalar kombinatsiyasiga ega bo'lgan turli xil materiallarni yaratilishi to'g'risidagi fan.
Yangi materiallarni yaratilishi, ko'p asrlar davomidagi taraqqiyot bosqichi rivojlanishini belgilab berdi va bundan keyin ham shunday bo'lib qoladi. Faqat fundamental fanlar va eksperimental texnikaning rivojlanishi natijasida materialshunoslik, har jihatdan ahamiyati juda katta tezlikda oshib boruvchi fan darajasiga aylandi.
Insonning jismoniy mehnat samaradorligini oshiruvchi, metallar asosida qurilmalar yaratish bilan bog'liq vazifalar qatorida, XX asrning 40
yillaridan boshlab, avvalambor, insonning aqliy mehnati samardorligini oshiruvchi, qurilmalar yaratish muammolari alohida ahamiyatga ega bo'la boshladi.
Bu muammoning yechimi, o'ziga xos yangi sinf vakillari bo'lgan materiallar: dielektriklar va yarim o'tkazgichlar yaratilishi va keng miqyosda tadbiq etilishi sharofati bilan topildi.
Sanoat miqyosida qo'llanilayotgan yarimo'tkazgichli materiallar va birikmalar hamda ularning qattiq eritmalari ichida eng ko'p tarqalgan va yetarlicha o'rganilganlari hamda yangi turdagi istiqbolli qurilmalar ishlab chiqarish uchun -va birikmalarining xususiyatlarini o'rganish ustida jadal sur'atlar bilan ilmiy izlanishlar olib
80
Agro Inform N2 [4] 2022
borilmoqda.
Ayni ushbu materiallardan foydalanish natijasida: hisoblash texnikasi va kompyuter-lashtirishda, uzoq masofalar bilan aloqa qiluvchi texnika sohasida, ma'lumotlarni saqlash va uzatish usullarida, informatsion texnologiyalarni takomillashtirishda, energiyani bir turdan boshqa turga aylantirish jarayonida, foydali ish koeffitsienti samaradorligining yuqori qiymatiga erishishda, ishlab chiqarishni avtomotlashtirishda, yangi - qayta tiklanuvchi va ekologik toza energiya manbalarini yaratishda va maishiy texnikalarini elektronika asosiga o'tkazishda zo'r taassurot qoldiradigan, muttasil rivojlanish yutuqlariga erishishni amalga oshirish imkoniyati tug'ildi.
Ushbu masalalarni yechish, tez va o'ta tez sodir bo'luvchi jarayonlarni ya'ni qatttiq jismlardagi elektr zaryadlarini, elektr va magnit maydonlarini optik va tovush to'lqinlarini ko'chishi va o'zlarini tutishini belgilangan darajada va tartibda o'zgartirish yo'llarini amalga oshiruvchi; texnika sohasi: elektronika, mikro va nanoelektronikani asosiy mohiyatini tashkil etadi.
XX asrning 40 yillari oxirigacha bu vazifalarni vakuum qurilmalarida, qiyin eriydigan metall katodlarini sirtidan erkin zaryad tashuvchilar emissiyasi natijasida hosil qilinib, anodga tomon yo'naltirilgan harakati, qo'yilgan elektr maydonini o'zgartirish natijasida boshqariluvchi vakuum elektronikasi tomonidan bajarilgan.
Hisoblash texnikasi, radio va televizion qurilmalarning rivojlanishi bois, avtomatik vositalarning harakat tezligi va xizmat qilish davrini uzaytirishga bo'lgan talablar tezlik bilan ortib, shu bilan birga elektron sxemalardagi qurilmalar soni ham oshib bordi.
Ushbu sharoitda vakuum elektronikasiga tegishli quyidagi kamchiliklar yaqqol ko'zga tashlana bordi: kichik (past) harakat tezligi (millisekundan katta bo'lmagan), foydali ish koeffitsientining past darajada ekanligi ( 2-5%) va shu bilan birga ko'p energiya iste'mol qilishi va narxining yuqorililigi, qurilmalarning o'lchamlarini juda kichkina qilishga xalaqit qiluvchi ko'p miqdorda issiqlik ajralishi hamda ba'zi bir qurilmalarning xizmat qilish vaqtining chegaralanganligi (4000-5000 s) va boshqalar.
Shunday qilib, texnikani rivojlanishi zaryad tashuvchilarni tiplari va harakatini, turli tipdagi fizik maydonlarning o'zini tutishini boshqarishning yangi yo'llarini izlab topishga turtki bo'ldi. Bu izlanishlar XX asrning 40 yillari oxiri va 50 yillari boshida yangi qurilma, ya'ni turli xil ishorali zaryadlarni tashilishi to'g'ridan-to'g'ri qattiq jismda yuz beruvchi tranzistorni ixtiro qilinishiga sabab bo'ldi.
Natijada, vakuum elektronikasidan, nafaqat
vakuum elektronikasidagi kamchiliklarnigina yo'qotib qolmasdan, balki bir qator afzalliklarga ega bo'lgan qattiq jism elektronikasiga o'tish yuz berdi.
Oxir oqibat, yarim o'tkazgichli materiallarni yaratilishi - sintezi, elektronikaning rivojlanishida odatdan tashqari istiqbolli vaziyat yaratilishiga sabab bo'ldi. Kremniy, germaniy yarimo'tkazgich elementlari hamda birikmalari asosida qattiq eritmali materiallarni olinishi va zamonaviy yarimo'tkazgich qurilmalarni yaratilishi ushbu soha rivojlanishiga ya'na ham kuchli turtki bo'lib xizmat qildi.
Endi zaryad tashuvchilarni konsentratsiyasini bir necha tartibga o'zgartirib - elektr o'tkazuvchanlikni maqsadli o'zgartirish imkoniyati tug'ildi. Qattiq jism turli xil o'tkazuvchanlikka ega zaryad tashuvchilarini bevosita tegib turuvchi sohasini yaratish amalga oshirildi (p-n-o'tish), bu o'z navbatida toklarni to'g'rilash uchun, elektr signallarini registratsiya qilish va kuchaytirish uchun xizmat qiladi. p-n- o'tishlar qattiq jism elektronikasi keng ko'lamdagi qurilmalarining asosini *aAkil >'adi. Agar bunga yana vakuum elektronikasi qurilmalari bilan solishtirganda qattiq jism elektronikasi asosida yaratilgan cu'ilmalarning ishlash tezligi nano- va piko-sekundlarda (10-9 va 10-12 s) ishlashini qo'shsak, ushbu soha imkoniyatlari qanchalik kengligini anglab etamiz. Bu qurilmalarning foydali ish Kieffitsentining ancha yuqoriligi va qurilmalarni o'ta kichraytirish (miniatyutr) imkoniyati tug'ilganini hisobga olsak, qattiq jism elektronikasi asosida yaratilgan qurilmalarni, vakuum elektronikasi asosida yaratilgan qurilmalar oldida tenglashtirib bo'lmaydigan ustunligini yaqqol his qilishimiz mumkin.
Hozirgi paytda va yaqin kelajakda muhim sanalgan va sanoatda ko'p miqdorda ishlab chiqarilayotgan, elektronikani turli sohalarida keng qo'llanilayotgan material bu kremniydir (er qobig'ining 30% ga teng). Dunyo bo'yicha polikristall kremniy yarim o'tkazgichini ishlab chiqarish yildan yilga ortib bormoqda va hozirgi vaqtda u yiliga 15 ming tonna atrofida, monokristall kremniy eng ko'p ishlatiladigan va muhim soha elektronikaning-miktoelektronika sohasi bo'lib u yiliga 10 ming tonna atrofida ishlab chiqariladi.
Mikroelektronika va uning rivojlanishi bilan kompyuterlash, informatika, televideniya, aloqa vositalari (shu qatorda uzoq oraliqdagi), maishiy va maxsus texnikalarni muvoffaqiyatlari chambarchas bog'liqdir.
Yuqorida ta'kidlanganidek yarimo'tkazgichli birikmalarni: GaAs, GaP, CdTe, CdS, ZnS va boshqalarning - sintezi qattiq jism elektronikasida katta ahamiyat kasb etadi ushbu birikmalarni to'rtinchi guruh elementlari yarimo'tkazgichlar
N2 [4] 2022 Agro Inform
81
oilasining tipik vakillari bo'lmish kremniy va germaniy tagliklar ustiga olish ularning jozibadorligini yana ham oshiradi.
Qattiq jismli elektronika qurilmalarining energetikadagi roli: yarim o'tkazgichli aylantirgichlar yordamida elektr energiyasini (shu jumladan uzoq masofalarga) uzatish zo'r tassurot qoldiradi.
Mutlaq ko'p miqdordagi yarim o'tkaz-gichlarning ajoyib va betakror xossalari, agar ular tarkibidagi yarim o'tkazgichlarning elektr o'tkazuvchanligiga tasir qiluvchi tasodifiy yot moddalarning konsentratsiyasi juda kam 1010 -1013 at/sm3 dan oshmasa ya'ni 10-7-10-3 % (at.) bo'lsa, hamda kristall tuzilishi mukammal bo'lib, g'oyat yuqori bo'lsagina namoyon bo'ladi. Yarim o'tkazgichli moddalarni sintez qilishni zamonaviy mikroelektronikada hamda yuqorida keltirilgan ishlarni amalga oshirish epitaksial texnologiyalarsiz xom hayolligicha qolar edi.
Epitaksial texnologiyani takomillashuvi bilan integral sxemalar integratsiya darajasi (yani bir kristalldagi qurilmalar soni) va qurilmalarning joylashish zichligi (1 sm2 dagi, kelgusida 1 sm3 dagi qurilmalar soni) oshib bormoq^a. Mos holda sxemalarning biridan ikkinchisiga o'tish ham takomillashib bormoqda: integral sxema (IS), katta integral sxema (KIS), o'ta katta integral sxema (O'KIS) va ultra katta (super katta) integral sxema (O'KIS). Hozirgi paytda bunday sxemadagi bitta qurilmaning chiziqli o'lchami taxminan inson sochi qalinligidan 200 marta kichik integratsiya darajasi (yani bir qurilmadagi qurilmalar soni) ga teng.
Demak, materialshunoslik yoki elektron sanoatning jadal rivojlanishi, bizdan tubdan yangi elektrofizik, fotoelektrik va optik xossalarga ega bo'lgan yarimo'tkazgichlarning tipik vakillari
bo'lgan va xossalari har tomonlama o'rganilgan elementar tizimi asosida istiqbolli qattiq eritmalarni yaratishimizni talab etadi.
Xulosa o'rnida shuni aytish mumkinki, bugungi kunda yarim o'tkazgichlar asosida tayyorlangan qurilmalarning kirib kelmagan sohasining o'zi deyarli yo'q.
Ta'limda yarim o'tkazgichlarning roli beqiyos ka.ta. Chunki, nazariy bilimlarimizni mustahkamlash uchun o'tkaziladigan ko'pchilik laboratoriya asboblarini asosini yarim o'tkazgichli qurilmalar tashkil etadi. Qishloq xo'jaligida keng qo'llanadigan: zamonaviy termometrlar, namlikni o'lchovchi, o'simliklar orasidagi yoritilganlikni o'lchaydigan turli xil datchiklar (sensorlar).
Agrometeorologik postlardagi meteo-stansiyalarning asosini yarim o'tkazgichli qurilmalar tashkil etadi. Zamonaviy innovatsion texnologiyalarni, qurilmalarni agrar sohada keng qo'llash, albatta oziq-ovqat xavfsizligini yechimini topishda keng ma'noda yordamchi omil bo'lib xizmat qiladi. Aqlli qishloq xo'jaligi, qishloq xo'jaligini raqamlashtirish bularning hammasi yarimo'tkazgichli materiallar asosida tayyorlangan qurilma va asboblar asosida amalga oshiriladi.
Tuproq tarkibini tahlil qiluvchi qurilmalar, suv tarkibi va uning sarfini aniqlovchi qurilmalar, qishloq xo'jaligi zararkunandalarini monitoring qiluvchi va ularga qarshi kurashish uchun foydalaniladigan asboblar, hayvonlarga ultratovush tashxisini qo'yuvchi qurilmalar, qishloq xo'jaligi mahsulotlarini sifatli qurituvchi qurilmalar, yerlarni tekislashda qo'llaniladigan lazer qurilmalari va juda ko'p boshqa qurilmalarning asosida yarimo'tkazgich materiallari yotadi. Demak, materialshunoslik va uning yarimo'tkazgichlar sohasining istiqbollari juda ham yuqoridir.
Foydalanilgan adabiyotlar:
1. S.S. Gorelik, M.Ya. Dashevskiy. Materialovedenie poluprovodnikov i dielektrikov. MISIS, 2003 g, ISBN 5 - 87623 - 018 - 7.
2. S.A. Medvedev. Vvedenie v texnologiyu poluprovodnikovbix materialov.Izdatelstvo "Vbisshaya shkola", Moskva - 1970.
3. Kekua M.G., Xutsishvili E.V. Tverdbie rastvorbi poluprovodnikovoy sistembi germaniy - kremniy. - Metsniereba: Tbilisi, 1985. - 122 s.
Agro Inform N2 [4] 2022
82
