ISSN:
2181-3906
2025
International scientific journal
«MODERN
SCIENCE
АND RESEARCH»
VOLUME 4 / ISSUE 9 / UIF:8.2 / MODERNSCIENCE.UZ
185
KREMNIYGA ULTRABINAFSHA NURLAR TA’SIRIDAGI ELEKTROFIZIK
XOSSALARI
Djubatov Arislanbek Temirxanovich
O‘zMU huzuridagi
Yarimo‘tkazgichllar fizikasi va mikroelektronika ilmiy
-tadqiqot instituti
stajyor-tadqiqotchisi.
https://doi.org/10.5281/zenodo.17117168
Annotatsiya.
Ushbu maqola kremniyga ultrabinafsha (UV) nurlar taʼsirining elektrofizik
xossalarga qanday oʻzgarishlar olib kelishini oʻrganadi. Unda kremniyning shakliga, nurlanish
intensivligi va toʻlqin uzunligiga qarab UV nurlari turlicha taʼsir koʻrsatishi taʼkidlangan.
Maqolada asosiy taʼsirlar, jumladan, fotoionizatsiya va fotoelektron emissiya hodisalari batafsil
tushuntirilgan. Bundan tashqari, maqolada yuqori intensivlikdagi UV nurlarining kremniyning
kristall panjarasidagi bogʻlanishlarni buzishi va optik singdirish (absorbtsiya)ni kuchaytirishi,
bu esa elektron-
kovak juftliklari hosil boʻlishiga olib kelishi ham koʻrsatilgan.
Maqolaning ikkinchi qismida esa laboratoriya tajribasi tahlil qilinadi. Unda kremniy
namunasiga UV nurlari tushirilishi natijasida namuna tarkibidagi kislorod va uglerod
miqdorlarining oʻzgarishi oʻrganilgan. Grafiklar asosida kislorod konsentratsiyasining notekis,
tebranuvchi tarzda oʻzgarishi koʻrsatilgan. Bu holat oksidlanish bilan bir qatorda yuzadan
kislorodning ajralib chiqishi (desorpsiya) kabi murakkab jarayonlar bilan izohlanadi.
Kalit so‘zlar:
Kremniy, ultrabinafsha (UV) nurlar, fotoionizatsiya, fotoelektron emissiya,
elektr oʻtkazuvchanlik, lazer yordamida ishlov berish, oksidlanish, energetik kenglik (Bandgap)
Ultrabinafsha (UV) nurlari
kremniy (Si) moddasiga turlicha ta’sir ko‘rsatadi. Bu ta’sir
kremniyning shakliga (massiv kristal, yupqa parda, amorf va boshqalar), UV nurlanishining
intensivligiga va to‘lqin uzunligiga bog‘liq. Asosiy ta’sirlar quyidagilardir:
Fotoionizatsiya va fotoelektron emissiya - kremniyga ultrabinafsha (UV) nurlar
tushirilganda sodir bo‘ladigan fotoionizatsiya va fotoelektron emissiya hodisalari bir
-biri bilan
chambarchas bog‘liq bo‘lib, kremniyning yorug‘likka sezuvchanlik xususiyatini belgilaydi. Bu
jarayonni sodda tilda tushuntirishga harakat qilamiz.
Fotoionizatsiya
—
bu foton (yorug‘lik zarrasi) energiyasini yutib, atom yoki molekuladan
elektronni ajratib olish jarayoni. "Foto-
" yorug‘lik, "
-
ionizatsiya" esa ion hosil bo‘lishini
bildiradi. Ya’ni, neytral atomdan elektron ajratib olinsa, u musbat zaryadli ionga aylanadi.
Kremniyda bu jarayon quyidagicha sodir bo‘ladi:
UV fotonning energiyasi: UV nurlarining fotonlari ko‘rinadigan yorug‘lik fotonlariga
qaraganda ancha yuqori energiyaga ega.
Energiya yutilishi: Kremniy atomi bu yuqori energiyali UV fotonini yutadi.
Elektronning ajralishi: Fotonning energiyasi kremniy atomining valentlik zonasidagi
(atomga bog‘langan) elektronni yengib o‘tish uchun yetarli bo‘ladi. Natijada, elektron o‘z
atomidan ajralib chiqadi va erkin harakatlana oladigan holatga o‘tadi.
Bu jarayon kremniyning ichida, ya’ni yarimo‘tkazgich panjarasi ichida sodir bo‘ladi va
elektron-
kovak juftligi hosil bo‘lishiga olib keladi (elektronning o‘rni bo‘sh qoladi, bu "kovak"
deb ataladi). Bu hodisa quyosh batareyalarining ishlash prinsipi uchun asosiy omil hisoblanadi.
ISSN:
2181-3906
2025
International scientific journal
«MODERN
SCIENCE
АND RESEARCH»
VOLUME 4 / ISSUE 9 / UIF:8.2 / MODERNSCIENCE.UZ
186
Fotoelektron emissiya (yoki tashqi fotoeffekt)
—
bu sirtga tushgan fotonlar ta’sirida
modda yuzasidan elektronlarning ajralib chiqishi. "Emissiya" so‘zi chiqarish yoki ajratib
yuborish ma’nosini bildiradi.
Kremniyda bu jarayon quyidagicha sodir bo‘ladi:
Fotonning tushishi: UV fotoni kremniyning sirtiga tushadi.
Energiya uzatish: Foton o‘z energiyasini sirt yaqinidagi kremniy atomiga bog‘langan
elektronga uzatadi.
Ish funksiyasi: Elektronni kremniy sirtidan butunlay chiqarib yuborish uchun ma’lum bir
minimal energiya kerak bo‘ladi, bu ish funksiyasi (work function) deb ataladi. Agar fotonning
energiyasi bu ish funksiyasidan katta bo‘lsa, elektron kremniy sirtidan ajralib chiqadi.
Elektronning uchib chiqishi: Ajralib chiqqan bu erkin elektron fotoelektron deb ataladi va
kremniy sirtidan tashqariga uchib chiqadi.
Bu hodisa vakuum fotodiodlari va elektron mikroskoplar kabi qurilmalarda keng
qo‘llaniladi.
Farqi va o‘xshashligida ikkala hodisa ham fotonning energiyasini elektronga o‘tkazishga
asoslangan. Asosiy farqi shundaki, Fotoionizatsiya
—
bu elektronning kremniy atomidan
ajralishi va kremniy panjarasi ichida erkin holatga o‘tishi. Fotoelektron emissiya —
bu
elektronning nafaqat atomdan, balki kremniy moddasining sirtidan tashqariga butunlay ajralib
chiqishi. Ikkalasi ham kremniyning yuqori energiyali yorug‘likka (jumladan, UVga) qanchalik
sezgir ekanligini ko‘rsatadi. Juda yuqori intensivlikdagi va qisqa to‘lqin uzunligidagi (masalan,
VUV
—
vakuumdagi ultrabinafsha) nurlar kremniy kristalli panjarasidagi atomlar orasidagi
bog‘lanishlarni buzishi mumkin. Bu, asosan, nanoelektronika va yarimo‘tkazgich sanoatida lazer
yordamida mikro-
ishlov berish jarayonlarida qo‘llaniladi. UV lazerlarining yordamida kremniy
yuzasida aniq naqshlar o‘yish, modda qatlamlarini olib tashlash yoki kimyoviy reaksiyalarni
(masalan, epitaksiyani) boshlash mumkin.
Optik singdirish (absorbtsiya)
Kremniy UV diapazonidagi nurlarni juda kuchli yutadi. Kremniyning energetik kengligi
(bandgap) taxminan 1,12 eV bo‘lsa
-da, u UV fotonlarini (energiyasi 3 eV dan yuqori) osonlikcha
yutib yuboradi. Natijada, fotonning energiyasi modda ichida issiqlikka aylanadi yoki elektron-
kovak juftliklari (electron-
hole pairs) hosil bo‘ladi. Bu hodisa tufayli kremniy moddasining optik
xususiyatlari, ya’ni uning sinish ko‘rsatkichi (refractive index) va yutish koeffitsienti (absorption
coefficient) UV nurlariga nisbatan sezilarli darajada yuqori bo‘ladi.
Radiatsion shikastlanish - uzoq vaqt davomida yuqori energiyali UV nurlanishiga duchor
bo‘lgan kremniy qurilmalarining ishlashi pasayishi mumkin. Bu, asosan, yarimo‘tkazgichli
qurilmalardagi (tranzistorlar, diodlar) interfeyslar va dielektrik qatlamlardagi (SiO₂) nuqsonlar
sonining ortishi bilan bog‘li
q. Nurlanish elektron tuzoqlarini (electron traps) va ionlarni hosil
qilishi mumkin, bu esa qurilmaning ishlash samaradorligiga salbiy ta’sir ko‘rsatadi. Bu, ayniqsa,
kosmik muhitda ishlatiladigan elektron qurilmalar uchun muhim masaladir.
Yuqaridagilarni inobatga olib biz qilgan laboratoriya ishini ko‘rib chiqamiz. Bu
laboratoriya ishta bizga toza kremiy namuna va Furie spektrometri, KSE-4061 chiziqli spektr
yorug‘lik manbai apparati kerak bo‘ladi. Laboratoriya ishni bajarishda birinchi Furie
spektrometrida o‘lchab olindi va undagi kislorod va uglerod mug‘dorlari yozib olindi.
ISSN:
2181-3906
2025
International scientific journal
«MODERN
SCIENCE
АND RESEARCH»
VOLUME 4 / ISSUE 9 / UIF:8.2 / MODERNSCIENCE.UZ
187
Keyin har 5 daqiqadan kremniy namunamizni KSE-
4061 chiziqli spektr yorug‘lik manbai
apparatida ultrabinafsha nur tushirildi. Bunda kremniy namunamizdagi kislorod va uglerod
mug‘dorlarin o‘zgarishlari olindi. Bu o‘zgarishlarni pastagi grafikta ko‘rishingiz mumkin.
1-rasm. Furie spektromerida alingan natija
Bu chiziqlar yorug‘lik ta’siridan keyin namunadagi o‘zgarishlarni ko‘rsatadi Masalan,
birinchi chiziq (masalan, ko‘k) 5 daqiqalik nurlantirishdan keyingi holat bo‘lsa, keyingi chiziqlar
(masalan, qizil) yana 5 daqiqadan keyingi (umumiy 10 daqiqa) holatni ko‘rsatishi mumkin. Agar
shunday bo‘lsa, chiziqlardagi kichik siljishlar yoki intensivlikdagi o‘zgarishlar materialning UV
nurlariga sezgirligini anglatadi. Tajriba davomida bir nechta o‘lchovlarni (masalan, har 5
daqiqadan keyin), grafikdagi chiziqlarning o‘zgarishi quyidagilarni ko‘rsatishi mumkin:
Cho‘qqi chuqurligi (intensivligi) oshishi UV nurlari ta’sirida kremniyning oksidlanishi
kuchaygan va SiO
2
bog‘lanishlari ko‘paygan. Bu holatda, 1100 cm
-1
atrofidagi cho‘qqining
chuqurligi (yutilishi) oshadi.
Cho‘qqi siljishi: Bog‘lanishlar atrofidagi muhit o‘zgargan (masalan, struktura o‘zgarishi
yoki boshqa elementlarning birikishi), cho‘qqi biroz yon tomonga siljishi mumkin. Molekulyar
tebranish chastotasining o‘zgarganini anglatadi.
Grafikdagi intensivlikdagi o‘zgarishlar kremniyning kimyoviy o‘zgarishlari (ko‘pincha
oksidlanish) natijasi. Bu o‘zgarishlarga KSE
-
4061 apparatidan chiqadigan yorug‘lik manbai
sabab bo‘ldi.
2-rasm. Olingan natijalar tahlili
ISSN:
2181-3906
2025
International scientific journal
«MODERN
SCIENCE
АND RESEARCH»
VOLUME 4 / ISSUE 9 / UIF:8.2 / MODERNSCIENCE.UZ
188
Rasmdagi grafikda kislorod konsentratsiyasining o‘zgarishi ko‘rsatilgan. Grafikning
vertikal o‘qi N(O), ya’ni kislorod atomlari sonini yoki konsentratsiyasini ifodalaydi, gorizontal
o‘q esa "Doza" deb nomlangan.
Grafikdan quyidagi xulosalarni chiqarish mumkin:
Konsentratsiyaning o‘zgaruvchanligi: Kislorod konsentratsiyasi (N(O)) doza oshishi bilan
bir tekisda o‘zgarmagan, balki juda notekis va tebranuvchi tarzda o‘zgargan. Grafikda ko‘plab
kichik cho‘qqilar (maksimumlar) va chuqurliklar (minimumlar) mavjud.
Umumiy tendensiya: Dastlabki 12-
15 dozadan so‘ng kislorod konsentratsiyasi umumiy
tendensiya bo‘yicha oshgan. So‘ngra, taxminan 18
-dozadan keyin konsentratsiya pasayishni
boshlagan.
Tajriba sharoitlari: "Doza" atamasi, ehtimol, UV nurlanishining intensivligini, nurlanish
vaqtini miqdorini anglatadi.
Bu grafik shuni ko‘rsatadiki, doza (nurlanish yoki kimyoviy ta’sir) miqdori oshgan sari
kislorodning moddada to‘planishi yoki tarqalishi murakkab jarayon bo‘lib, bir tekisda sodir
bo‘lmaydi. Oksidlanish bilan birga, yuzadan kislorod ajralib chiqishi (desorpsiya) kabi
jarayonlar ham sodir bo‘lishi mumkin.
Natijada, kislorod konsentratsiyasi tebranuvchi tarzda
o‘zgarib turadi.
Adabiyotlar
1.
Sze, S. M. Physics of Semiconductor Devices. Wiley, 2006.
2.
Campbell, S. A. The Science and Engineering of Microelectronic Fabrication. Oxford
University Press, 2013.
3.
Ravindra, N. M., et al. Materials Science and Semiconductor Physics. Springer, 2017.
4.
Kazimirov, V. Y., et al. "Effect of Tantalum on the Structural and Electrical Properties of
Silicon." Journal of Applied Physics, 2020.
5.
Yamanaka, K., et al. "Doping Effects of Transition Metals on Silicon Semiconductors."
Physica B: Condensed Matter, 2019.
