Аморфты кремний

  Гидрогенизирленген  кремний  төменгі температурада алынған. Плазмада төменгі температурада  қабықшаны қойып, солғын разряд  немесе реактивті-ионды тозаңдату   әдісімен   материалдың   басқа   түрі  алынады.

ИҚ-спектр  зерттеуінде Si:H   байланыстан басқа   SiH3  тобы бар шығын және бірнеше сутегісі бар полимерді түрде деп көрсетті.

  

     Жақын реттіліктің  зерттеу әдістері:

1)Радиалды таралу функциясын  есептеу- рентген сәулесі, нейтрондар немесе электронның дифракция әдістемесі  бойынша  сонымен қатар рентген сәулесінің жұтылу әдістемесі;

2) Инфрақызыл-жұтылу тербелмелі  спектрін талдау және инфрақызыл -шашырау мен комбинациялық жарқырау.

Радиалды тарату функциясын есептеу әдісі құрылым, байланыс  ұзындығы, координаттар саны және т.б. туралы ақпарат береді, сонда инфрақызыл және комбинациялық спектрлер байланыс  түрлерін  және  атомдардың  айналымы симметриясына ақпарат береді. Барлық жағдайда қарастырылған әдістер радиалды тарату өлшемі байланыс ұзындығының таралуын және көпкомпонентті жүйеде жақын реттіліктің саны туралы ақпарат беруі керек.

      a-Si:H-ң жоғарғы  фотоөткізгіштігін, көрінетін  жарық  жұтылуының жоғары коэффициентін, тасымалдаушы зарядтың концентрациясы, сонымен қатар, үлкен  ауданда жұқа  қабықша  алу мүмкіндігі сияқты қасиеттерге  ие  шалаөткізгіш  материал  ретінде  қазіргі  жаңа электронды  техникада қолдану мүмкіндігі зор [1.2]. Дамыған елдердің ғылыми және техникалық орталығында  зерттеушілер осы  материал негізінде арзан Күн элементін  транзисторлар, жарық  сезгіш  электрондар, электрофотографикалық қондырғылар, фотодиодтар, түсқабылдағыштар, сканистрлер  жасау мүмкіндігі көзге айрықша түскен.

       Аморфты кремнийді  дайындау үшін және оның қоспасын қолданудың практикада әртүрлі  әдістері бар. Олар: ионды тозаңдату- ионды-реактивті тозаңдату силанды солғын жоғарғы жиілікті разрядта жіктеу(тарату),тұрақты ток кезінде солғын разрядта және силанның бу фазасынан химиялық әдістермен тарату.

       Ионды-реактивті  тозаңдату әдісінің жетістіктері Si  шикізаттарының толық қолдану, жоғарғы тарату жылдамдығымен

a-Si:H қабықшасын алу, қабықшада  сутегінің   концентрациясын  кең  аумақта  вариациялау және үлкен ауданда қабықшаларды  бірдей  өлшемде  алу  мүмкіндіктері болып табылады.

 

 

1.3   Аморфты кремнийдің жақынретілгі

 

Монокристаллда атомдардың орналасуы алыс ретті болса, аморфты заттарда алыс реттілік жоқ, бірақ жеткілікті үлкен тығыздығы сығылмаған бөлшектің кезкелген жүйесінде ерекшелік байқалады, ол жақын орналасқан көрші бөлшектердің корреляциясымен  сипатталады. Бұл құрылымды корреляция жақын реттілік деп аталады. Босқыл қатты дененің құрылымын сипаттау үшін алдымен жақын реттілігін және топологиялық ережесін анықтау керек. Жақын реттіліктің ең негізгі сипаттамасы-бұл жақын көрші атомдардың түрі мен саны, сонымен қатар олардың  бір атом айналасындағы орналасу кеңістігі. Екінші орында қатты дене құрылымының байланысы, яғни бірнеше атомаралық қашықтықта қаншалықты құрылымды корреляция жайылады. Жақын реттілік-бұл координат басы ретінде алынған кезкелген атомның айналасындағы атомдардың локальді орналасуы.  

          Жақын  реттіліктің аймақтық радиусы  немесе корреляция радиусы құрылымның  реттілік дәрежесімен анықталады. Аморфты заттарда бұл радиус бірнеше атомаралық қашықтықты құрайды.

Жақын реттіліктің сипаттамалары,

1) жақын атомдар саны және олардың тұрлері

2) осы атомдардан қарастырылып отырған атомдарға дейінгі арақашықтық

3) олардың бұрыштық таралуы.

          Осы  сипаттамалар арқылы босқыл қатты  денелер құрылымы бірмәнді және толығымен анықталмайды. Құрылымды толығымен сипаттау   үшін  оның  топологиясын,  құрылымдық  торын, яғни атомдар күйі өзара қандай байланыста екенін көрсету керек. Ковалентті байланыс кезінде аморфты шалаөткізгіштердің жалпы топология моменті-екі қырлы бұрыштық таралуы және оған қатысты сақина статистикасы. Жақын реттілік-оптикалық жұтылу жиегі және электрөткізгіштің активизациялау механизмі сияқты бақыланатын шалаөткізгішті қасиетіне жауапты.

    Таза  аморфты кремнийде  өте көп құрылымдық ақаулар  бар. Құрылымның бұзылуы Si атомының  үзілген немесе тербелмелі байланысына әкеледі. Үзілген   байланыстың   концентрациясы электронды парамагниттік резонанс өлшемінде табылған, 1018-нен  5*1020см-3  аралығында тербеледі.

       Аморфты  кремнийге  сутегі  қоспасы   қосылса  a-Si:H  құрылымы үшөлшемді ретсіз тор түрінде болады,мұнда сутегі атомы  Si  атомының үзілген байланысы электронды парамагниттік резонанс орталығының концентрациясын тез  төмендеуіне әкеп соғады. a-Si:H  қабықшасының  құрамы және біртекті құрылымы төсеніштің  200-300°ºС температурада  сутегі  8-ден 15 ат.%  дейін болады, ал тербелмелі байланыстың концентрациясы 2-3 ретке төмен. Аморфты кремний тығыздығы сутегінің көп емес концентрациясынан жеткілікті жоғары және сутегінің   құрамы   12¸35 ат.%  өскенде  2.2¸1.6 г/см3 дейін   тығыздығы төмендейді. Кристаллды кремнийдің тығыздығы 2,33 г/см3.

       Аморфты кремнийдің  құрылымын сипаттау үшін әртүрлі модельдер қолдануға болады, соның ішінде ең көп орын алған модель ретсіз құрылымды тор [9]. Бұл модельде Si-ң әрбір атомы 4 жақын көршілерімен байланыса, сонымен қатар атомаралық қашықтығы орташасы кристалдағы атомдар арасындағы қашықтыққа тең. Ковалентті байланыс орташа мәнінен ±1 арасында өзгереді, байланыс бұрышы 109°28¢ бұрышпен тарайды. Кремний атомының кристалл құрылымы тек 6 мүшелі сақина түзілсе дағы барлық атомдар сандық қатынасы болатын 5-6 мүшелі сақинаға орналасқан. Элементар тетраэдр босқыл кремнийдің идеал құрылымдық торы ішкі энергияның жоғары болғандығынан қатты деформацияланады.

       Аморфты кремний  құрамына   сутегі  атомын  енгізгенде  ретсіз тордың құрылымы өзгереді,  яғни элементарлы тетраэдр қаттылығы  азайып құрылым  әлдеқайда  жұмсарады. a-Si:H-ң  ретсіз торлы құрылымы бірінші координат  сферасынан төртке тең  координаттық санымен сипатталады, Si-дің жақын атомдарының  орташа  арақашықтығы  Si-ң көлемді-центрлік және алмаз кристаллды торы 0,2325 және 0,2375 салыстырғанда  0,2375нм- ді  құрайды. a-Si:H-ң  тербелмелі  байланысы  және  басқа  құрылымдық ақауының саны, сонымен қатар қабықшаның құрамы бойынша біртектілігіне  және оның құрылымына  өсіру  шарты  қатты  әсер  етеді. a-Si:H-ң ретсіз  тордың құрылымы ең көп таралған нүктелік ақау – Si  атомының үзілген  байланысы  болып табылады. Аморфты кремнийдің тербелмелі байланысын   компенсациялау  үшін  тек  0.5ат.% сутегі  қажет, бірақ мұнда таңқаларлық  жағдай, a-Si:H-ң  реальді қабықшасына 3 ат.% астам сутегі қажет еттіреді.

 

1.4 Светофилътрлердін жұмыс жасауы

 

Светофилътрлердін жұмыс жасауы спектрлік аймаққа ие кез-келген оптикалық құбылсқа негізделеді  мүмкін,жарықтың жутылуына. (абсорбциялық светофилътрлер), жарық шашырауы,(шашыратқыш светофилътрлер),жарық интенференциясы  (интерференциялық светофилътр),жарық дисперенсиасына (дисперенсилық светофилътрлер) және тағы басқа.

Ең көп таралған шыны абсорбциялық светофилътрлер, олар спектрлік сипаттамасының турақтылығымен ,жарық әсеріне және температурағада  жоғары оптикалық біртексіздігіне төзімділігмен ерекшеленеді. Олар шыны массасында боялған жазық –парплелъ немесе ортасындаы қойылған түссіз шыныдан шашылған жазық-параллелъ пластинкадан тұрады. абсербциялық светофилътрлер қозғалмайтын толқын ұзындықты жарықтың жартысын жутады. Шыны абсербциялық светофильтрлердің өткізу жолақтары айтарлықтай кең және жүздеген және мыңдаған ангстремдіқурайды. Абсербциялық светофильтрлер үшін шыны жасау кезінде бүл шынынің құрамына кейбір металдардың немесеарнайы кристалдардың жүздері қосылады. Түсті оптикалық шыныларды жасау техникасында көптеген оптикалық шынылар зоводында жақсы меңгерлген .өндірсте светофильтр үшін 100-ден астам маркалы тұсті шынылар шығарылады.бір,екі кейде үш шыныны паидалана отырып ,және олардың қалыңдығын өзгерте отырып ,әртүрлі спектірлі қажетті светофильтрлерді алуға болады.Пластинанің светофильтрлер үшін басқада –интероцеллозді,триацитатты және басқа таңдауы болады қолдануға болады. Кейде шелатинді светофильтрлер жумсақ қабыршақтарфонын ретінде пайдаланылады,оларды бастабында шыны жасағанда қүяды ,сосын шыныдан ажырату арқылы алады.светофильтрлер жасау жолының қарапайымдылығымен және өткізу жолағын дәл таңдау мүмкіндігінің арқасында табысты қолданылуда.

Абсербциялық светофильтрлер және басқа органикалық материалдар олардың механикалық беріктігі төмен және температуралық шыдамдылығы ,және де тез арада дамитындығының арқасында   реже сирек қолданылады.бұндай светфилътрдің оң санасы ретінде спектірлік сипаттамасындағы әртүрлік және дастанды қарапайымдылығын айтуға болады. сұйық абсорбцялық светофилътрлер салыстырмалы түрде жиі қолдданады.олардың жеткіліктігіне тәжрибелік шартта жасай олар мүмкіндігі және құрлымдағы ертінділер компонентінің концентрациясы өзгерген кезде светофилътрдің  сипаттамаларының өзгеруін  жатқызуға болады. кейбір жағдайда, мысалы : спектрдің улътра күлгін аймағын бөлу үшін газді абсорбциялық светофилътр қолданылады. Жартылай өткізгішті светофилътр кейде спектрдің инфра қызыл аймағында колданады,олар өткізудің қысқа шекарасына ие болады. шашырататын селкнтивтік және нейтрал светофилътрлер кварц немесе шыны жағында метал қабыршақтарды қою арқылы жасалады. әртүрлі шашырату қисықты селективті шашыратқыш светофилътрді көп қабатты диэлектрик айналар әртүрлі қалыңдықтағы қабатты шашырау арқылы алуға болады.

          Жұлдыздар  фотометриясында қолданылатын светофилътрлардің  маркалары әртүрлі . төртеңді жүйеде WBVR реакция қисығы нақтылайтын  светофилътрлерді таңдауды мысал ретінде келтіруін қарастырайық.

 

1- суретт - Шыны светофилътрдіңң көмегімен WBVR түрінің фотометриялық жолағының турғызылу схемасы.

 

           1- суретте шыны светофилътрдіңң көмегімен WBVR түрінің фотометриялық жолағының турғызылу схемасы.улътрафилет жолақ W . ол толқын ұзындығы 3000 Å нен 4000 Å интервалды болмер секрмесы үшін жүтылудың ультра күлгін сәуле шығуының жақын бөлігін өрнектеу керек .бұл  үшін кейбір улътрафилет шыны алу қажет.отандық өндінрістен шығарылған  стандарт светофилътрлердің  өткізу қисығының тізімәнен ,көрніп турғандай. Бүл цепке(тізбекке) ең сәийкес келетіні УФС-2 шынысы болып табылады. Ағылшын тілінде мундай өткізу үшін red leak(қызыл ағыс)деген термин бар.қызыл бөліктен құтылу қиынға соғады. Стандарт өңді оптикалық шынылардың ішінен керек қасиетке ие светофилътрлер жоқ. бұны жасауға болады,мысалы , улътракүлгін және қызы сары  филътрлерден қосымша комбинациялардыпайдалана отырып УФС-2 фильтрінің аналогы болатын Corning 9863 фильтрін қолданып Джонсон U жолағын өлшеу кезінде қызыл өткізу аймағында бұл фильтрдің 1P21 фотокөбейткішінің фотокатодының сезгіштігі жоқ екенін есептеді. Жеке қондырғылы U жолағын жүзеге асыру кезде мұндай тұжырым дұрыс емес болып шықты. Егер мыс купросының  CuSO4 ∙5H2O.моно кристалынан жасалған светофильтрді пайдаланса red leak тен құтылуға болады. Мұндай өнімдер 1960 жылдары ЛОМО көп салып шығарды. Осы кристал ғана бізге керек өткізу жолағыма ие. Ол ультрофиолетте жеткілікті мөлдір және УФС-2 шынысының қызыл аймақты өткізуінде жарықты тодығымен жұтады. Шынымен деCuSO4 кристалы өте ылғал жұтқыш, оны әр түрлі сулардың әсерінен сақтау қажет, 0ºC дан жоғары температуралы кезінде кристалдың орнына CuSO4 сулы ертіндіні кварц кюветті қолдануға болады, УФС-2 светофильтрінің өткізуінің ультрофиолет аймағының қысқа толқынды шекарасы , озон қабатының келісілген жұтылуынан атмосфера қабатының өткізуінің қысқа толқын шекарасынан қарағанда біраз қысқа. Атмосферада озонның мөлшері тұрақсыз болғандықтан бұл шекара ығысы мүмкін.сондықтан  W жолағының қысқа толқынды шекарасының тұрақтылығы БС-5 қосымша светофильтрінің көмегімен қамтамасыз етіледі.

W-техникалық фильтр CuSO4 өңделген кристалды көрсетеді, ол УФС-2  және БС-5 шыны фильтрлерінің арасында орналасқан, барлық қабат металл қапқа орналастырылалы және резеңкелі аралық қабатпен герматизацияланады.

Шыныларды қабаттастыру кезінде шашыраудағы шығыннанн құтылу үшін олрдың арасындағы ауа қабаты шынының сыну көрсекішіндей сыну көрсеткішке ие иммерциялық сұйықты арасына құю арқылы жаяды.

Сонымен w= УФС2(W 3.0 мм)+БС5(1.5 мм)+CuSO4(2 мм)+силикон.

 В көк жолақ бұл жолақ  джонсонның жақын болуы керек, АО тығыздығының спектрінде ол максимум сәуле шығаруға сәйкес келеді, Больмер сызықтарының біразын қамтиды, бірақ больмер секірмесін қамтымайды, өткізц қисығының негізні бөлігі СС-5 көк светофильтрмен беріледі, джонсон corning 5030 ұқсас шыныны  қауады, СС-5 фильтр ультра күлгін шыны тәрізді, қызыл бөлігінде біраз өткізуге ие, джонсон бұл өткізуді есептік жолмен алынған  мемесе қосымша қызыл сары светофильтр көмегімен өлшеніп алынған түзетудің өлшемімен ағымынан ала отырып есепке алды. (екі жағдайларда red leak қосымша қателігінің көзі ретінде болды )

СС-5 фильтрінің қызыл өткізуінен құтылуға болады, C3C-21көк жасыл шынысы қиятын фильтр ретінде қоя отырып ол жарықты жақсы өткізеді және қызыл –сары аймақты толығымен қиып тастайды,  СС-5 және C3C-21 фильтрлер комбинациясының  өткізу қисығы ФЭУ-79 фотокөбейткішінің фотокатодпен бірге UBV жүйесіндегі осындай қйсыққа жақын болуы бұдан шығатын СС-5 шынысының қысқа толқынды өткізуін ЖС-10 сары шынымен оңай қюға болады инеренрциялы  суйықты қрлданылған үш филътрдің жіктеуі В светофилътрдің айқындай түседі. Сонымен B =  СС5(2.0 мм) + ЖС10(2.0 мм) + СЗС21(1.7 мм).

  Өңді шынының максимум өткізгішінің  жағыдайы тек шыны маркаснан  тәуелді  екенін айта кеткен  жүн. Ол өткізу пайызы мен өткізу  аймағындағы қанаттар тәуелді.

    V визуалды жолақ. Джонсон бул жолақты санын 3384- жс -18  шынысына ұқсас шынының көмегімен іске асады. Ол өткізу аймағында қысқа толқын шегарасын тудырады. ұзын жолақты шегара 1Р21 шартына фэу фотокатодының сезгіштік азаюымен түзілді.реакция қисығы 8000 Å ға дейін жалғасатын фэу-79 фотокөбейикіштік қолдану кезінде V жолағын жасау қосымша көк-жасыл шыны қосымша талап етеді.B жолағындағыдай

C3C-21светофилътрлер жолақтың үзындықтың  шекарасын  қурайды.

Сонымен V=ЖС18 (3.0mm)+СЗС21 (1.7mm) .

R қызыл жолақ UBV жүйесінде бұндай жолақтар болған жоқ.Джонсон қызыл сәулелерде ағынды өлшей бастағанда,ол оттексізді қатуы бар фэудің көмегімен қызыл жолақты анықтады, және бул жолақ өте кең болды.біздің жағыдайымызда(4г сурет). Rфилътрінің өткізуінің қысқа толқынды шекарасы KC14 қызыл шынымен беріледі,ал ұзын жолды шегара фотомадтың  сезгіштігінң түсуімен (Джонсоннің V жолағында болғандай )сонымен      R=KC14(5mm)

 Мұндай жолмен таңдалып алынған  стандарт шыны светофилътрлер  фотокатодттық реакция қисығымен  бірге, сонымен қатар 100％тен өте көп аумайды және екі алуминденген айнадан  шағылатын қисықтың толқын ұзындығынан тәуелсіз және фабри кварц өткізу қисығы бізге соңғы реакцияның W,B,V және R жолақтарын береді. Барлық шыны светофилътрлердің өткізу қисығы олардың температурасынан тәуелді екенін айта кету қажет.температураның өсуі қткізу қисығы ұзын толқын аймағын ығыстырады.сары , қызылсары және шынылардың (жс,ос,кс)            олардың өткізу қисығы, 1º Cтемпературада өзгеру  кезінде шамамен1 Åге ығысады.температаранің қасынан жазғы30-40ºқа түсуі кезінде спектірлік жолақ кезінде қисығының ығысуын есепке алуға  болады. Басқа шынылардың өткізу қисығының температуралық тәжрибе (уфс,сс,сзс)үқсас,бірақ 2-3есеге кіші.түсті оптикалық шынылардың өтеізу қисығы үшін температуралық тәуелділікті зерттеуді литвия астрономдары  Калитис.Р,Г.Какарс және Ю.Спераускастар жүргізді және көптеген  мақалалар жариалады. Олардың негізгі параметрлері 2-таблицада көрсетілген.