Agab Cusub oo Kacaanka ah - Silikoon Madow
Silicon madow waa nooc cusub oo ah walxo silicon ah oo leh sifooyin optoelectronic oo aad u fiican. Maqaalkani wuxuu soo koobayaa shaqada cilmi-baarista ee ku saabsan silicon madow ee uu sameeyay Eric Mazur iyo cilmi-baarayaal kale sannadihii la soo dhaafay, isagoo faahfaahinaya habka diyaarinta iyo sameynta silicon madow, iyo sidoo kale sifooyinkiisa sida nuugista, iftiinka, qiiqa goobta, iyo jawaabta muuqaalka. Waxa kale oo uu tilmaamayaa codsiyada muhiimka ah ee suurtagalka ah ee silicon madow ee dareemayaasha infrared-ka, unugyada qorraxda, iyo bandhigyada fidsan.
Silicon-ka kiristalline-ka ayaa si weyn loogu isticmaalaa warshadaha semiconductor-ka sababtoo ah faa'iidooyinkeeda sida fududaynta nadiifinta, fududaynta daawada, iyo iska caabbinta heerkulka sare. Si kastaba ha ahaatee, waxay sidoo kale leedahay cillado badan, sida soo-jiidashada sare ee iftiinka muuqda iyo kan infrared-ka ee dusha sare. Intaa waxaa dheer, farqiga weyn ee xarigga awgeed,silikoon kiristaal ahma nuugi karo iftiinka hirarka ka weyn 1100 nm. Marka hirarka iftiinka shilalka uu ka badan yahay 1100 nm, heerka nuugista iyo jawaabta ee dareemayaasha silicon aad ayuu u yaraadaa. Agabyada kale sida germanium iyo indium gallium arsenide waa in loo isticmaalaa in lagu ogaado hirarkan. Si kastaba ha ahaatee, qiimaha sare, sifooyinka thermodynamic-ka ee liita iyo tayada kiristaalka, iyo iswaafaq la'aanta hababka silicon ee jira ayaa xaddidaya codsigooda aaladaha ku salaysan silikoon. Sidaa darteed, yaraynta milicsiga dusha sare ee silikoonka kiristaalka ah iyo kordhinta kala duwanaanshaha hirarka ogaanshaha ee sawir-qaadayaasha ku salaysan silikoon iyo kuwa ku habboon silikoon ayaa weli ah mowduuc cilmi-baaris oo kulul.
Si loo yareeyo milicsiga dusha sare ee silikoonka, habab iyo farsamooyin badan oo tijaabo ah ayaa la isticmaalay, sida sawir-qaadista, etching-ka reactive ion, iyo etching-ka elektiroonigga ah. Farsamooyinkani, ilaa xad, waxay beddeli karaan dusha sare iyo qaab-dhismeedka dusha sare ee silikoonka crystalline, sidaas darteedna waxay yareyn karaansilikoon Milicsiga dusha sare. Kala duwanaanshaha iftiinka muuqda, yaraynta milicsiga waxay kordhin kartaa nuugista waxayna wanaajin kartaa hufnaanta qalabka. Si kastaba ha ahaatee, mowjadaha hirarka ee ka badan 1100 nm, haddii aan heerarka tamarta nuugista lagu soo darin farqiga xarigga silikoon, milicsiga oo yaraada wuxuu horseedaa oo keliya gudbinta oo kordha, sababtoo ah farqiga xarigga silikoon ugu dambeyntii wuxuu xaddidayaa nuugista iftiinka hirarka dheer. Sidaa darteed, si loo ballaariyo kala duwanaanshaha hirarka xasaasiga ah ee aaladaha ku salaysan silikoon iyo kuwa ku habboon silikoon, waxaa lagama maarmaan ah in la kordhiyo nuugista sawir-qaadista gudaha farqiga xarigga iyadoo isla mar ahaantaana la dhimayo milicsiga dusha sare ee silikoon.
Dhammaadkii 1990-meeyadii, Professor Eric Mazur iyo kuwa kale ee Jaamacadda Harvard waxay heleen walxo cusub - silicon madow - intii ay ku guda jireen cilmi-baaristooda ku saabsan isdhexgalka laysarka femtosecond iyo walxaha, sida ku cad Jaantuska 1. Intii ay baranayeen sifooyinka sawir-qaadista ee silicon madow, Eric Mazur iyo asxaabtiisa ayaa la yaabay markii ay ogaadeen in walxahan silikoon ee qaabaysan ee microstructured ay leeyihiin sifooyin sawir-qaadis oo gaar ah. Waxay nuugtaa ku dhawaad dhammaan iftiinka ku jira heerka u dhow-ultraviolet iyo ku dhow-infrared (0.25-2.5 μm), iyagoo muujinaya astaamo iftiin oo aad u muuqda oo ku dhow-infrared iyo sifooyin wanaagsan oo hawada ka baxa. Daahfurkani wuxuu sababay dareen warshadaha semiconductor-ka, iyadoo joornaalada waaweyn ay ku tartamayaan inay ka warbixiyaan. Sannadkii 1999, joornaalada Scientific American iyo Discover, sannadkii 2000 qaybta sayniska ee Los Angeles Times, iyo sannadkii 2001 joornaalka New Scientist dhammaantood waxay daabaceen maqaallo muujinaya daahfurka silikoon madow iyo codsiyadiisa suurtagalka ah, iyagoo aaminsan inay leedahay qiimo weyn oo suurtagal ah oo ku saabsan meelaha sida dareenka fog, isgaarsiinta indhaha, iyo microelectronics.
Hadda, T. Samet oo ka socda Faransiiska, Anoife M. Moloney oo ka socda Ireland, Zhao Li oo ka socda Jaamacadda Fudan ee Shiinaha, iyo Men Haining oo ka socda Akadeemiyada Sayniska Shiinaha ayaa dhammaantood sameeyay cilmi-baaris ballaaran oo ku saabsan silicon madow waxayna gaareen natiijooyin hordhac ah. SiOnyx, oo ah shirkad ku taal Massachusetts, Mareykanka, ayaa xitaa ururisay $11 milyan oo raasamaal ganacsi ah si ay ugu adeegto madal horumarinta tignoolajiyada shirkadaha kale, waxayna bilowday soo saarista ganacsi ee wafers silicon madow oo ku salaysan dareemayaasha, iyagoo isku diyaarinaya inay isticmaalaan alaabada la dhammeeyay ee nidaamyada sawir-qaadista infrared-ka ee jiilka soo socda. Stephen Saylor, oo ah madaxa shirkadda SiOnyx, ayaa sheegay in faa'iidooyinka qiimaha jaban iyo xasaasiyadda sare ee tignoolajiyada silicon madow ay si lama huraan ah u soo jiidan doonaan dareenka shirkadaha diiradda saaraya cilmi-baarista iyo suuqyada sawir-qaadista caafimaadka. Mustaqbalka, xitaa waxay geli kartaa suuqa kamaradaha dijitaalka ah iyo kamaradaha kamaradaha ee bilyan doolar ah. SiOnyx sidoo kale hadda waxay tijaabinaysaa sifooyinka sawir-qaadista ee silicon madow, waxayna u badan tahay inay aad u badan tahay insilikoon madowmustaqbalka waxaa loo isticmaali doonaa unugyada qorraxda. 1. Habka Samaynta Silikoon Madow
1.1 Habka Diyaarinta
Wafers silicon ah oo hal kiristaal ah ayaa si isdaba joog ah loogu nadiifiyaa trichlorethylene, acetone, iyo methanol, ka dibna waxaa la saaraa marxalad bartilmaameed ah oo saddex-geesood ah oo ku taal qol faakiyuum ah. Cadaadiska salka ee qolka faakiyuumku waa ka yar yahay 1.3 × 10⁻² Pa. Gaaska shaqeynaya wuxuu noqon karaa SF₆, Cl₂, N₂, hawada, H₂S, H₂, SiH₄, iwm., iyadoo cadaadis shaqo uu yahay 6.7 × 10⁴ Pa. Taas beddelkeeda, jawi faakiyuum ah ayaa la isticmaali karaa, ama budada walxaha S, Se, ama Te waxaa lagu dahaadhi karaa dusha sare ee silikoonka faakiyuum. Marxaladda bartilmaameedka sidoo kale waxaa lagu dhex gelin karaa biyo. Garaacyada Femtosecond (800 nm, 100 fs, 500 μJ, 1 kHz) oo ay soo saarto cod-weyneeyaha dib-u-cusboonaysiinta laser-ka ee Ti:sapphire waxaa diiradda lagu saaraa muraayad waxaana si toosan loogu shubaa dusha sare ee silicon (tamarta wax soo saarka laysarka waxaa xakameeya qalab wax-qabad, kaas oo ka kooban saxan nus-hir iyo polarizer). Marka la dhaqaajiyo marxaladda bartilmaameedka si loo sawiro dusha sare ee silicon iyadoo la adeegsanayo barta laysarka, waxaa la heli karaa walxo silicon madow oo aag weyn leh. Beddelidda masaafada u dhaxaysa muraayadda iyo wafer-ka silicon waxay hagaajin kartaa cabbirka barta iftiinka ee lagu shubay dusha sare ee silicon, taasoo beddeleysa saameynta laysarka; marka cabbirka barta uu yahay mid joogto ah, beddelidda xawaaraha dhaqaaqa ee marxaladda bartilmaameedka waxay hagaajin kartaa tirada garaaca lagu shubay aagga cutub ee dusha sare ee silicon. Gaaska shaqeynaya wuxuu si weyn u saameeyaa qaabka qaab-dhismeedka dusha sare ee silicon. Marka gaaska shaqeynaya uu yahay mid joogto ah, beddelidda saameynta laysarka iyo tirada garaaca la helo halkii aag waxay xakamayn kartaa dhererka, saamiga dhinaca, iyo kala fogaanshaha qaab-dhismeedka yaryar.
1.2 Astaamaha Makiinadaha Yaryar
Ka dib shucaaca laysarka femtosecond, dusha sare ee silikoonka ee kristaliga ah ee asal ahaan siman waxay muujinaysaa tiro qaabab koon ah oo qaabaysan oo si joogto ah loo habeeyey. Dusha sare ee koonku waxay ku yaalliin isla meesha dusha sare ee silikoonka aan shucaaca lahayn ee ku wareegsan. Qaabka qaab-dhismeedka koonku wuxuu la xiriiraa gaaska shaqeeya, sida ku cad Jaantuska 2, halkaas oo qaab-dhismeedka koonku ee lagu muujiyay (a), (b), iyo (c) ay ka samaysan yihiin jawiga SF₆, S, iyo N₂, siday u kala horreeyaan. Si kastaba ha ahaatee, jihada dusha sare ee koonku waa ka madax bannaan gaaska waxayna had iyo jeer tilmaamaysaa jihada dhacdada laysarka, iyada oo aan saameyn cufisjiidadka, iyo sidoo kale ka madax bannaan nooca doping, iska caabinta, iyo jihada kiristaalka ee silikoonka kiristaalka ah; saldhigyada koonku waa kuwo aan sinnayn, iyadoo dhidibkooda gaaban uu la siman yahay jihada kala-goynta laysarka. Qaab-dhismeedka koonku ee hawada lagu sameeyay ayaa ah kuwa ugu qallafsan, dusha sarena waxaa lagu daboolay nanostructures dendritic xitaa ka sii fiican oo ah 10-100 nm.
Inta uu leysarka saameyn badan yahay iyo inta uu leysarka saameyn badan yahay, ayaa qaab-dhismeedka koonka ee dheer iyo kan ballaaran uu noqonayaa. Gaaska SF6, dhererka h iyo kala fogaanshaha d ee qaab-dhismeedka koonka waxay leeyihiin xiriir aan toosnayn, kaas oo lagu qiyaasi karo h∝dp, halkaas oo p=2.4±0.1; dhererka h iyo kala fogaanshaha d labaduba si weyn ayay u kordhaan iyadoo la kordhinayo saameynta laysarka. Marka saameyntu ay ka korodho 5 kJ/m² ilaa 10 kJ/m², kala fogaanshaha d wuxuu kordhaa 3 jeer, oo marka lagu daro xiriirka ka dhexeeya h iyo d, dhererka h wuxuu kordhaa 12 jeer.
Ka dib marka heerkul sare lagu kululeeyo (1200 K, 3 saacadood) meel faaruq ah, qaab-dhismeedka koonka ahsilikoon madowIsma beddelin si weyn, laakiin qaab-dhismeedka dendritic-ga ee 10-100 nm ee dusha sare ayaa si weyn hoos ugu dhacay. Ion channeling spectroscopy waxay muujisay in khalkhalka dusha sare ee koonka uu hoos u dhacay ka dib markii la nuugo, laakiin inta badan qaab-dhismeedka aan habboonayn isma beddelin xaaladahan nuugo.
1.3 Habka Samaynta
Hadda, habka sameynta siliconka madow ma cadda. Si kastaba ha ahaatee, Eric Mazur et al. waxay qiyaaseen, iyadoo lagu saleynayo isbeddelka qaabka qaab-dhismeedka dusha sare ee siliconka oo leh jawiga shaqada, in iyadoo la kicinayo laser-ka femtosecond ee xoogga badan, uu jiro falgal kiimiko ah oo u dhexeeya gaaska iyo dusha sare ee siliconka, taasoo u oggolaanaysa dusha sare ee siliconka in ay ku xardhan yihiin gaasas gaar ah, taasoo sameysanaysa koonooyin fiiqan. Eric Mazur et al. waxay u aanayneeyeen farsamooyinka jireed iyo kiimikada ee sameynta qaab-dhismeedka dusha sare ee silicon inay yihiin: dhalaalidda iyo baabi'inta substrate-ka siliconka oo ay keento garaaca laser-ka ee saameynta sare leh; xoqidda substrate-ka siliconka iyadoo la adeegsanayo ion-yada iyo walxaha falcelinta leh ee ay soo saaraan goobta laser-ka ee xooggan; iyo dib-u-cusboonaysiinta qaybta la gooyay ee siliconka substrate-ka.
Qaab-dhismeedka koonka ee dusha sare ee siliconka ayaa si iskiis ah loo sameeyay, waxaana la samayn karaa saf caadi ah oo aan lahayn maaskaro. MY Shen et al. waxay ku dhejiyeen mikroskoobo koronto oo 2 μm ah oo gudbin ah dusha sare ee siliconka sidii maaskaro, ka dibna waxay ku iftiimiyeen wafer silicon ah gaaska SF6 iyagoo isticmaalaya laysarka femtosecond. Waxay heleen qaab-dhismeed koonka ah oo si joogto ah loo habeeyay oo ku yaal dusha sare ee silicon, oo la jaan qaadaya qaabka maaskarada (fiiri Jaantuska 4). Cabbirka daloolka ee maaskarada ayaa si weyn u saameeya habaynta qaab-dhismeedka koonka. Kala-soocidda laser-ka dhacdada ee daloolada maaskarada waxay sababtaa qaybinta aan isku mid ahayn ee tamarta laysarka ee dusha sare ee silicon, taasoo keenta qaybinta heerkulka xilliyeed ee dusha sare ee silicon. Tani ugu dambeyntii waxay ku qasabtaa safka qaab-dhismeedka dusha sare ee silicon inuu noqdo mid joogto ah.