Nanoquruluşların yaradılma üsulları

MBE–nin mahiyyətini blok sxemi şəkil 2.4–də verilmiş qurğunun köməyi ilə aydınlaşdırmaq olar. Atom və ya molekul seli generasiya zonasında 1 qapalı effuziya yuvacıqlarına yerləşdirilmiş mayenin buxarlandırılması və ya bərk materialın sublimasiyası hesabına yaradılır. Bu məqsədlə effuziya yuvacıqları qızdırıcı ilə təchiz edilir. Effuziya yuvası silindrik və ya konik tiqel şəklində olub çıxışında dairəvi yarıq – diafraqma vardır. Tiqellərin hazırlanması üçün yüksək təmizliyə malik olan pirolitik qrafitdən və ya bor nitriddən BN istifadə edilir.

Atom və ya molekullar effuziya yuvacığından yüksək vakuum yaradılmış zonaya çıxaraq heç bir toqquşma olmadan (ballistik) hərəkət edir və bununla da düzgün istiqamətlənmiş zərrəcik seli yaranır. Bu zərrəcik seli qarışma zonasını (II) keçərək oradan göyərdilmə zonasına (III) çökürlər və altlıq üzərində tələb olunan maddənin nazik təbəqəsi alınır.

Şəkil 2.4. MBE qurğusunun quruluş sxemi. 1–altlıq, 2–göyərdilən təbəqə, 3– arakəsmələr, 4–əsas komponentlərin effuziya yuvacıqları, 5–aşqarlayıcı komponentlər üçün effuziya yuvacıqları, I–molekulyar dəstənin generasiya zonası, II–molekulyar dəstənin qarışma zonası, III–altlıq üzərində kristallaşma zonası (göyərdilmə zonası).

Göyərdilmə zonasını üç hissəyə bölmək olar. Birinci hissə altlıq və ya növbəti göyərdilən materialın monoton təbəqəsindən ibarət olur. İkinci hissə yuxarı səthdə hetero- quruluşun komponentlərinin qaz qarışığından ibarət olur.

Üçüncü hissə keçid təbəqəsi olub həndəsi ölçüləri onda baş verən proseslər və göyərdilmə şəraitinin seçilməsindən asılıdır. MBE–də istifadə olunan effuziya yuvaçıqlarının sayı göyər- dilən nazik təbəqənin tərkibi və aşqarlayıcı elementlərin miq- darı ilə müəyyənləşdirilir. Belə ki, hər bir yuvacıqda göyərdilən təbəqənin bir komponenti yerləşdirilir. Bu yuvacıqlarda həm- çinin aşqarlayıcı elementlər yerləşdirilir. Məsələn, təmiz Si və Ge yarımkeçiricilərini almaq üçün yalnız bir yuvadan istifadə etmək kifayətdir.

Qızdırıcıların temperaturu elə seçilir ki, buxarlandırılan maddələrin buxarının təzyiqi uyğun molekulyar dəstənin formalaşması üçün kifayət qədər olsun. Buxarlanan maddə kifayət qədər yüksək sürətlə yüksək vakuumda altlığın üzərinə çökür. Qızdırıcılar elə yerləşdirilir ki, atom və ya molekullar dəstələrinin paylanmasının maksimumları altlıq üzərində kəsiş- sin. Qızdırıcıların və altlığın temperaturlarını seçməklə mürək- kəb kimyəvi tərkibə malik tədəqələr almaq mümkündür.

Arakəsmələrin köməyi ilə göyərdilən materialın tərkibi və aşqarların konsentrasiyası əlavə olaraq idarə olunur. Bu zaman arakəsmə vasitəsilə bu və ya digər zərrəciklər selinin qarşısı kəsilir. Əgər göyərdilmə zamanı hər hansı aşqarın kon- sentrasiyasını kəskin dəyişmək lazımdırsa müxtəlif temperatura qədər qızdırılmış və aşqarlayıcı maddə ilə doldurulmuş bir neçə effuziya yuvacığından istifadə edilir. Nazik təbəqənin tərkibinin səth boyunca bircins olması və onun kristal quruluşu molekul- yar dəstənin bircinsliliyindən asılıdır. MBE üsulu göyərdilmə zonasında baş verən aşağıdakı sadə proseslərdən ibarətdir.

• 
  birləşməni təşkil edən atom və molekulların altlıq üzərinə adsorbsiyası;
  
• 
  adsorbsiya olunmuş atomların altlıq üzərində miqrasi yası səthi diffuziyası;
  
• 
  altlığın kristal qəfəsinin üzərinə heteroquruluşu təşkil edən atomların düzülməsi;
  
• 
  qəfəsə düzülməyən atomların termik desorbsiyasi– səthdən qopması;
  
• 
  altlıq üzərində kristalın ikiölçülü özəklərinin yaranması və sonrakı göyərməsi;
  
• 
  kristal qəfəsə düzülən atomların qarşılıqlı diffuziyası. Göyərdilmə zonasında baş verən elementar proseslər şəkildə göstərilmişdir.
  

MBE–də nazik təbəqənn formalaşması zamanı özünü təşkil posesi baş verir. Özünütəşkilin hərəkətverici qüvvəsi sistemin minimal enerjiyə malik hala keçməyə çalışmasıdır. Əgər atomlar və yaxud molekullar birləşəndə sistemin enerjisi azalırsa, onda belə birləşmə baş verəcək.

Səthdə atomların adsorbsiyası iki mərhələdə baş verir. Birinci mərhələdə adsorbsiya zəif VanderWaals və elektrostatik qüvvələrin təsirilə baş verir. Bu fiziki sorbsiya da adlandırılır. İkinci mərhələdə xemosorbsiya baş verir, yəni atomlar arasında kimyəvi reaksiyalar gedir.

Səthdəki adsorbsiya və miqrasiya nəticəsində atomlar kristal qəfəsdə tam müəyyən olunmuş yerləri tutur. Bir monoatom təbəqənin böyüməsi zamanı (təxminən 1 saniyə ərzin- də) hər bir atom qəfəsdə öz yerini tam tutana qədər ~10⁶ tərtibdə diffuziya sıçrayışı edir. Belə sıçrayışlar atomlara minimal enerjiyə malik vəziyyət almağa imkan verir.

Şəkil 2.5. Böyümə zonasında baş verən elementar proseslər. 1–qarışma zonasından altlıq üzərinə atomların adsorbsiyası, 2–səth boyunca adsorbsiya olunmuş atomların miqrasiyası,3–kristal qəfəsə adsorbsiya olunmuş atomların düzülməsi, 4–termiki desorbsiya, 5–səthi özəklərin yaranması, 6– qarşılıqlı diffuziya. Şəkildə həmçinin göyərdilən səth üzərində qaz qarışığı atomlarının səth yaxınlığında vəziyyəti göstərilmışdir.