23. Көп қабатты антишағылу қабықшаларды түсіндіріңіз

Көптеген практикалық қосымшаларда екі орта шекара арасындағы шағылу коэффициентін азайту қажет болады. Күн энергетикасында фотоэлементтегі шағылуды азайту оның ПӘК біршама есе көбейтуге алып келеді. Бинокль, телескоп және фотографиялық құрылғыларда шағылуды азайту жарық өткізгішті көбейтуге және оптикалық суреттің контрасын арттыруға алып келеді. Шағылуды азайту дисплейдегі дақтарды жою кезінде негіз болып келеді.

Шағылуды жоюдың әдістерінің бірі оптиканы жарықтандыру, яғни дене бетінде оптикалық жұқа қабықша жасау. Оның жұмыс істеу принципі пленканың ішкі және сыртқы қабаттарында шағылатын бір бірімен интерферацияланатын сәулелердің өзара өшуі. Бірқабатты жарықтандырғыш қабаттарыдың кемшілігі: олар тек аз құлау бұрышы және қысқа толқын ұзындығы диапазонда қолданыла алады. Бұл диапазонды көп қабатты қабықшаларды қолдану болып табылады. Бұндай қабықшалардың жұмыс істеу принципі бірқабатты секілді, қабат арасындағы шекараларда шағылатын екі немесе бірнеше толқындардың өзара интерференционды өшуі. Қабат қалыңдығы дәл мәні және олардың шағылу көрсеткіштері қажет эффектке тәуелді болып алынады: кең спектралды облыста нөлге жақын шағылу коэффициенті немесе берілген толқы ұзындығы үшін кең бұрыш диапазонында. Көп қабатты қабықшалардың кемшілігі қажет диэлектрлік өткізгіштігі бар материалдарды табу қиындығы.

Көп қабатты жарықтану қабықшаларға балама ретінде тоқтаусыз сыну коэфффициенті ауысқыш қабық болуы мүмкін. Бұндай қабықшаларды қолдану кең спектр диапазонында аз шағылу коэффициентіне ие болуға мүмкіндік береді. Бұл әдістің кемшілігі температура коэффициенті сәйкес келмеуі алынатын қабықша кеңеюі мен адгезия алып келеді.

24.Аморфты шалаөткізгіштер (Аморфные полупроводники) — шалаөткізгіштердің қасиеттеріне ие болатын аморфты заттар. Коваленттік аморфты шалаөткізгіштер — аморфты Ge, Si, Te(a-Ge, a-Si,a-Te), АIII BV ( GaAs, GaP) және AII BIV (CdS, CdSe) типті шалаөткізгіш қосылыстар. Шалаөткізгіш халькогенидті шынылар (As40 S60, Ge Se2 және басқа) және тотықты (V2O5 _ Ві2O3, _Р2O5 және басқа), сондай-ак қатты легирленген шалаөткізгіштер (Si:H, Si:F және басқалары) деп бөлінеді. Аморфты шалаөткізгіштер электр өрісі әсерінен (электрлік ажырап-қосылу құбылысы) жоғары Омды күйден төменгі Омды күйге өте алады, сондықтан оларды жады элементтерінің табалдырықтық ажыратқыштары ретінде пайдалануға мүмкіндік бар.Халькогенид шынылар спектрдің инфрақызыл облысы үшін мөлдір де, толқын ұзындықтарының белгілі бір аралығында максимуммен сипатталады, сондықтан оларды ақпаратты оптикалық (соның ішінде голографиялық) түрде жазатын фотосезімтал орта ретінде және сәуле-жолдар мен видикондар нысаналарына арналған материал ретінде қолданады. р-n өткелдерінен жасалған гидрогенизацияланған a-Si күн батареяларында қолданылады

25.Аморф кремний жұқа қабыршақтардың  физикалық қасиетін түсіндіріңіз. Аморфты кремний гидрогенделген формадағы кремний (a-Si:H) болып келеді, өйткені оның құрамында 5 тен 20% -ға дейін сутегі болады. Бұл сутегі аморфты кремнидің электрофизикалық қасиетін өзгертіп жұқа қабықшаға шалаөткізгіштік қасиет береді. Аморфты гидрогенделген кремнидің негізгі жасалу бағыты күн элементінің ПӘК – ін арттырып, оның параметрін тұрақтандыру. Қазіргі таңда ол 13% - ға жетті, оны үш р-і-п өткелді элементтен алды. Негізгі кемшіліктері күн сәулесінен келетін радияция, элементтің физикалық құрылымының деградациясына алып келеді. Бұл дегеніміз аморфты кремний негізіндегі күн батареясының эффективтігін төмендетеді, өйткені оны орнатқанда 2 айдан соң эффективтік 20%- ға төмендеп, ал 6 айда немесе 1 жылда ол істен шығады. Бұндай кемшіліктерден арылу үшін, біз аморфты кремний құрамына нанометрлік мөлшерде кристалдық кремниді қосуымыз керек. Егер ондай қоспаны көп қоссақ онда аморфты кремнидің құрамы өзгеріп кетеді, сол үшін қоспаның мөлшері бүкіл элемент аумағының 5-10% ғана құрау керек. Аморфты кремний элементінің температуралық коэффициенті -0,1-0,2%/градус – тан төмен, бұл дегеніміз кристалдық элементпен салыстырғанда 2-2,5 есе артық.

26. Аморф кремний негізіндегі күн элементтерін түсіндіріңіз. Аморфты кремни негізіндегі күн элементтерін вакумда шашырату әдісімен шыны, пластик, жоғары сұрыпты металлдан жасалған фольга бетіне жұқа қабыршақты кремниді отырғызу арқылы алады. Бұндағы кремниді отырғызудағы температура 250-400 градус целсиді құрайды. Аморфты кремний фотоэлементінің негізгі жасалу материалы силан (SiH4), басқаша айтқанда подложка материалы бетіне жағылатын кремний сутегі. Бұл жағылған кремнидің қалыңдығы криссталдық кремниға қарағанда 100 есе аз. Кристаллдық кремний элементінен тағы артықшылықтарының бірі аморфты кремниді жасау өте қарапайым және жасалу өлшемі 1 метрден жоғары. Аморфты кремнидің оптикалық жұтылуы кристалдық кремнидікіне қарағанда 20 есе артық, бұл 300 мкм-лі қалыңдықтағы қымбат кристалдық кремний мен 0,5-1,0 мкм-лі қалыңдықтағы аморфты кремнидің тең екендігін көрсетеді. Жұқа қабықшаны подложкаға орнатып, бетін қорғаншы қаппен қаптау технологиясы «буландыру фазадағы техникалар» деген атқа ие болған. Бұл технология аз энергия, аз еңбек күшімен және бағасының тиімді болып келуімен ерекшеленеді. Негізгі кемшіліктері күн сәулесінен келетін радияция, элементтің физикалық құрылымының деградациясына алып келеді. Аморфты кремний негізіндегі жұқа қабықшалы күн элементтері күн сәулесі аз түсетін, жаңбырлы ауа райы көп болатын, өндірістік қалдықтармен ауаны ластайтын аймақтарда көп қолданылады, өйткені ол күн сәулесі аз түссе де керекті электр көзін алады. Бұл оның микро немесе монокристалды элементтен айырмашылығы. Бірақ ол арзан тұрғанымен кристалды элементке қарағанда 2 есе көп орын алады, өйткені ПӘК-ті арттыру үшін.

27. Аморф кремний негізіндегі күн элементтердің спектралдық сипаттамасын түсіндіріңіз. Ашық ауада аморфты кремниді фотосекундты лазермен жарықтандырғанда, материал бетінде корінетін аймақ спектрін люминесцирлейтін материал түрленеді. Күн энергетикасында бұндай материалды қайта сәулелендіру үшін нақтырақ айтсақ күн энергиясынан электр энергиясын көбірек алу үшін пайдаланады. Спектрлік сипаттама тиым салынған зонаның еніне байланысты. Аморфты кремнидің a-Si:H тиым салынған зонасының ені құрамындағы сутегіге байланысты. Күн элементі панелдерінде құрамында сутегі мөлшері 15-20% құрайды және тиым салынған зонаның ені 1,7эВ тең болып келеді. Аморфты кремнидің a-Si:H спектрлік сипаттамасының оптикалық жұтылуы түзу зоналы материалдардың сипаттамасына ұқсағандықтан, күн спектрі облысындағы жұтылу коэффициенті 10 ⁴ см ^-1 –ке тең, ал a-Si:H пленкасының күн батареясындағы қалыңдығы 1мкм құрайды.

28.А³B⁵ бірікккен шалаөткізгіштіктер GaAs, GaAlAs, GaInAsP, InAs, InSb, InP. Осыларға сипаттама беріңіз.Бұл типтегі шалаөткізгішті бірігу 3 топ элементтері(Al,Ga,In,B) және 5 топ элементтері (N,P,A) бірігуі арқылы алынады. GaAs қолдануды аса жоғары жиілікті техникада қолдану және оптоэлектроникада қолдану деп бөліп қарастырамыз. GaAs электрондар қозғалғыштығы кремниймен салыстырғанда әлдеқайда жоғары болады,құрылғылардың жылдам әсер етуін жоғарылатады,сондықтан да ол аса жоғары жиілікті техникада қолданылады.Кремний негізінде жасалған құрылғылардың шектік жиілігі 1-3 ГГц,ал GaAs негізінде жасалған құрылғылардың шектік жиілігі 40ГГц, InP негізінде жасалған құрылғылардың шектік жиілігі 100ГГц.Галлий арсенидін аса жоғары жиілікті техникада қолдану Шоттки бастауы бар өрістік транзисторлар жасауда,Шоттки барьері бар өрістік транзисторлар,Ганна диоды,туннелдік диод жасауда қолданады. А³B⁵ бірігуінің негізде кең зоналық эмиттермен және иілген базамен гетере өткелді биполярлы транзисторлар жасауға болады.Оптоэлектроникада А³B⁵ -ті жарық шағылыстыратын диодтарда,интегралды оптика үшін светодиодтарда,шалаөткізгішті лазерлерде,фотодиодтарда қолданады. GaAs-галлий мен мышьяктың химиялық бірігуі.Шалаөткізгіштің маңызды түрі,қолданылуы бойынша кремний мен германийден кейінгі үшінші орында.Аллюминий-галлий арсениді-мышьяктың үш валентті аллюминиймен және галлиймен бірігуі.Оның химиялық формуласы As.Мұндағы х 0-ден 1-ге дейінгі мәндерді қабылдайды.Егер,х=0 болса,галлий арсениді болады.Егер х=1 болса,онда аллюминий арсениді болады.Индий арсениді- индий мен мышьяктың химиялық бірігуі.Тыйым салынған аймағының ені 0,354эВ.Аса жоғары жиілікті транзисторлар,светодиодтар,фотодиодтар жасауда,инфрақызыл аймақта жұмыс істейтін магнит өрісінің датчиктерін жасауда қолданылады.Индий антимониді- органикадық емес кристалды бинарлы химиялық бірігу,индий мен сүрменің(сурьма) бірігуінен алынады.Фотосезгіш датчиктерде кеңінен қолданылады.Индий фосфиді- индий мен фосфордың химиялық бірігуі.300К температурада тыйым салынған аймағының ені 1,34эВ.Аса жоғары жиілікте жұмыс істейтін транзисторлар мен Ганна диодын жасауда қолданылады.

29.А³B⁵ күн элементтерін алу технологиясын түсіндіріңіз. Бұл типтегі шалаөткізгішті бірігу 3 топ элементтері(Al,Ga,In,B) және 5 топ элементтері (N,P,A) бірігуі арқылы алынады. А³B⁵ бірігуінің негізінде алынған күн элементтерінің гетереструктуралары зерттеліп жатыр. GaAs, GaAlAs гетереструктураларының негізіндегі күн элементтерінде эффективтіліктік максималды мәні алынған 24,6%.Күн энергия түрлендірудің кең тараған әдісі фотоэлектрлік әдіс.Фотоэлектрлік әдіс космостық аппараттардан электроэнергия алудың маңызды әдісі болып табылады. GaAs, GaAlAs гетереструктураларын алуда күн элементтері үшін МОС-гибритті эпитаксия әдісі қолданылуда GaAs-дің жұқа пленкаларын булы фазасын химиялық тұндыру әдісімен алады,соның ішінде металлорганикалық байланыстардың буларынан,және олардың негізінде металл-диэлектрик-шалаөткізгіш структурасы,Шоттки барьер,гетероструктурасы және гетероөткелі,гомогенді өткелі бар күн элементтерін жасап шығаруда.Олардың табаны ретінде GaAs кремний монокристаллымен беттің сәйкес бағытымен легірленген және беті <100> бағытымен анықталған қорғасын арқылы легірленген р+-GaAsмонокристаллдары қолданылады;бұдан бөлек,графиттен(ешбір жабынсыз және вольфрам қабатымен) және молибденнен жасалған табандарды қолданады.Монокристаллды табандар жоғарғы бағаға ие және тек зерттеу мақсаттарына ғана қолданылады. р-InP- n-CdS негізінде жұқа қабықшалы күндік элементтерді дайындау үшін булы фазадан химиялық тұндыру және вауумдық буландыру әдістері химиялық тұндыру қолданылады. Элементтер төсемеде молибденнен және графиттен жасалды. Біршама тиімді құралдарды GaAs –пен жабылған графитті төсемелерді қолдану кезінде булы фазадан химиялық әдістерді қолдану арқылы алады. Графиттен жасалған төсеме GaAs қабатынан тоқты жақсы өткізеді, ал GaAs мен InP қабатының шекарасында омиялық төменгі өткізгішті кедергі контактісі пайда болады. GaAs қабатынсыз графиттен және молибденнен жасалған төсеніштердегі элементтер төменгі контакт әсерінен жаман сипаттамаға ие. InP –ді вакуумдық булану әдісімен тұндыру кезінде түзілген қабықша екі фазаны көрсетеді-индий және фосфор. Бір фазадан тұратын астық мөлшерлес InP қабықшалары индий мен фосфорды бірлесе тұндыру арқылы алыну мүмкін.

30. А³B⁵ күн элементтерінің  фотоэлектрлік сипаттамасын түсіндіріңіз. Бұл типтегі шалаөткізгішті бірігу 3 топ элементтері(Al,Ga,In,B) және 5 топ элементтері (N,P,A) бірігуі арқылы алынады. А³B⁵ бірігуінің негізінде алынған күн элементтерінің гетереструктуралары зерттеліп жатыр. Бозлер және Фэннің мәліметтері бойынша,галлий арсениді негізінде құрылған гомогенді өткелі бар,АМ1 жағдайында (сәулелену интесивтілігі 100мВт/см^2) булы фазадан химиялық тұндыру әдісімен монокристаллды табанда жетілдірілетін күн элементтері(жарықтандыратын жабыны бар) ПӘК-і Vос=0,91 В, Isc=10,3 мА және FF = 0,82болғанда 15,3% болады.Жақын арада Фэн және басқалар CLEFT технологиялық процессін қолдану GaAs негізіндегі жұқапленкалы күн элементтерінің ПӘК-ін 17%-ке дейін өсіреді. гетероструктурасы бар,АМ0 жағдайында,жарық интенсивтілігі тең болғанда, металлорганикалық байланыстардың буларынан химиялық тұндыру әдісі арқылы кремниймен легірленген галлий арсениді арқылы жасалған кристаллдық табанда жасалатын күн элементтерінде (жарықтандыратын жабыны жоқ) келесідей сипаттамалар алынған: .Енді InP-ға тоқталатып кетсем, АМ2 шартында, булы фазадан химиялық тұндыру әдісімен дайындалған көлемі 0,03 см², InP- CdS негізіндегі жұқа қабатты күндік элементтер келесі сипаттамаларға ие: V_os =0,40 B, J_sc=13,3 мА/см². АМ1 шартында CdS пен вауумдық буландыру және булы фазадан InP-ді химиялық тұндыру көмегімен молибденді төсемелердегі элементтерде КПД 2,0% кезінде V_os =0,37 B, J_sc=18 мА/см² . Белгілі деңгейдегі элементтердің сипаттамалары CdS тұндыру кезіндегі төсеме температурасына тәуелді. ҒҒ-тің төмен болуының себебі InP-Mo бөлімдерінің шекарасында түзегіш контактілердің пайда болуы. Автордың айтуынша астық пішіндес аумақ шекарасында дефектімен байласқан жағдайдың соңғы түйіні фототокка әсер етпейді, бірақта кернеудің төмендеуіне байланысты күндік элементтердің КПД-сы шамамен екі есеге төмендейді. InP қабатының қасиетінің сапасын арттырған жағдайда элементтердің КПД артады деп күтілуде.

31)СКАНЕРЛЕУШІ ЗОНДТЫҚ МИКРОСКОПИЯ (SPM)SPM– үлгінің электрофизикалық параметрлерін және бетін зерттеу үшін зондты пайдаланатын әдістер тобының ортақ атауы. Материал мен зонд арасындағы әсерлесу түрін SPM типі анықтайды. Бұл әдістердің рұқсат етілген мөлшері 1 Å-ге (ангстрем) жетеді және ол беттің сипаты мен зонд ұшының геометриясына тәуелді.

Сканерлеуші туннелдік микроскопия (STM) алғашқы SPM-әдісі болатын. STM-нің жұмыс істеу режимі зонд-астар зазорында өтетін ток өлшемінің фиксациясына негізделген. Зонд пен үлгі бетіне түсірілген электрлік потенциалдардың әр түрлілігі есебінен туннелді ток орнатылады. Ол басқа параметрлерден бөлек, зондтың ұшы – үлгі қашықтығына да экспоненциалды түрде тәуелді болады. STM үшін зонд ретінде әдетте ұшталған металл сымды пайдаланады (көп жағдайда W, Mo немесе Pt/Ir қоспасы). Беттің кескіні зонд арқылы тікелей сканерлеу және токтың өзгерісін өлшеу арқылы (ток кескіні) немесе зондтың бетке жақынырақ немесе алысырақ қозғалысы нәтижесінде токты тұрақты етіп ұстап тұратын кері байланыс тұзағы арқылы (топографиялық кескін) алынады. Кескіннің бұл екі түрі SPM әдістерінің барлығы үшін ортақ болып табылады. Туннелдік токтың болмашы зондтың ұшы–үлгі қашықтық вариацияларына сезімталдығы STM арқылы атом өлшемі шамасындай кескіндерді алуға мүмкіндік береді (атомдық кескін).

Алайда STM арқылы металл мен шалаөткізгіштер ған анализделе алады, себебі зонд пен үлгі арасында токтың болуы керек. Сканерлеуші туннелдік спектроскопия (STS) деп аталатын STM-нің басқа да режимдері бар. Олар беттің электронды структурасы туралы мәлімет алуға мүмкіндік береді. Туннелдік токтың берілген кернеуге тәуелділігін зерттеу STS-тің мысалы боп табылатын зерттеулер I-V және dI/dV-V деп аталады.

SPM-нің екінші әдісі – бұл атомдық күштік микроскопия (AFM), мұнда кескінді алу үшін зерттелетін бет пен зондтың ұшы арасындағы әсерлесу күшіне назар аударыдады.

AFM үшін зонд жұқа консоль түрінде (қалыңдығы шамамен 1 мм және кеңдігі шамамен 40 мкм, ұзындығы 100ден 400мкм аралығында) болуы мүмкін. Ол қысқа бір шеті арқылы массивті негізде орнығады. Бір жағынан консоль жақсы шағылысатын бетке ие болса, екінші жағынан еркін шеті жағында ұшы орналасқан. Зондтың ұшы ережеге сәйкес жоғары жағы үшкірленген конус түрінде болады. Дөңгелену радиусы шамамен 10нм-ге тең және ол AFM әдістің рұқсат етілу мөлшеріне жауап береді.

32) РЕНТГЕНДІК ЗЕРТТЕУ ӘДІСІ. Заттың кристалында рентген сәулесінің дифракциясы оның кристаллдық структурасын және фазалық құрамын анықтаудың негізгі әдісі болып табылады. Әдістің көрінісі түскен сәуленің толқын ұзындығымен сәйкес келетін объекттердің рентген сәулесімен дифракциясна негізделген. Рентген сәулелерінің дифракция теориясы рентген сәулелерінің интерференциясы нәтижесінде кристаллдың атомдық жазықтығында таралған рентген сәулелерін күшейту шартын сипаттайтын Брегг теңдеуіне негізделген:

мұндағы θ- рентген сәулелерінің түсу бұрышы, λ-түскен сәуленің толқын ұзындығы; n-максимум реті; d-кристаллдағы жазықтықаралық қашықтық.

Брэгг формуласынан көрінетіндей, дифракционды максимум шамасы рентген сәулесінің түсу бұрышымен және оның толқын ұзындығымен беріледі. Егер толқын ұзындығы тұрақты, ал sinθ өзгеріске ұшыраса, онда дифракционды максимумның түсу бұрышына тәуелділігін – үлгінің рентограммасын (1 сурет) алуға болады. Әдетте рентген сәулелерінің көзі ретінде рентген трубкалары пайдаланылады ( көп жағдайда CuK_α рентген сәулесін, λ=1.542 Å толқын ұзындығын беретін мыс). Алынған рентограмма бойынша d θ тәуелділік графигі алынады. Одан кейін рұқсат етілген рефлекстер бойынша d жазықтықаралық қашықтық идентификацияланады.

1 сурет - CuInХGa1-ХSe2 плѐнкаларының рентгенограммасы.

Бұл қатынастар әр түрлі типтегі кристаллдық решеткалар үшін тұрақты болып табылады:

I решѐткасы үшін √2: √4: √6: √8,

F решѐткасы үшін √3: √4: √8: √11: √12: √16: √19: √20,

P решѐткасы үшін √1: √2: √3: √4: √5: √6: √8.

Кристаллдық структурасының бағасынан басқа рентгендік зерттеулер пленканың қалыңдығын шамалап анықтауға мүмкіндік береді. Зерттелетін қабаттан x қалыңдығымен өтетін дифракциондық интенсивтіліктің бөлігі келесі түрде беріледі:

Мұндағы μ – рентгендік сәулеленуді жұту коэффициенті; θ – дифракция бұрышы.

CuInSe₂ үшін жұту коэффициенті Cu, In және Se үшін μ/ρ қатысты мәндерінен есептелүі мүмкін:

Онда зерттелетін пленканың қалыңдығы х келесі теңдеуден табылады:

Мұндағы I _рас – есептелінетін интенсивтілік; I – рентгендік өлшеулер бойынша бұрыштағы рефлекстің реалды интенсивтілігі.