Thepa e Ncha e Fetotsoeng - Silicon e Ntšo
Silicon e ntšo ke mofuta o mocha oa thepa ea silicon e nang le thepa e ntle ea optoelectronic. Sengoloa sena se akaretsa mosebetsi oa lipatlisiso ka silicon e ntšo o entsoeng ke Eric Mazur le bafuputsi ba bang lilemong tsa morao tjena, se hlalosa ka botlalo mokhoa oa ho lokisa le ho theha silicon e ntšo, hammoho le thepa ea eona e kang ho monya, khanya, ho ntša metsi tšimong le karabelo ea spectral. E boetse e totobatsa lits'ebetso tsa bohlokoa tsa silicon e ntšo ho li-detector tsa infrared, lisele tsa letsatsi le lipontšo tse bataletseng.
Silicone ea kristale e sebelisoa haholo indastering ea semiconductor ka lebaka la melemo ea eona e kang ho hloekisa habonolo, ho sebelisa lithethefatsi habonolo, le ho hanyetsa mocheso o phahameng. Leha ho le joalo, e boetse e na le mathata a mangata, joalo ka ho bonahatsa khanya e bonahalang le ea infrared holim'a eona. Ho feta moo, ka lebaka la lekhalo le leholo la sehlopha sa eona,silicon e kristaleHa e kgone ho monya lesedi ka maqhubu a fetang 1100 nm. Ha maqhubu a lesedi la ketsahalo a feta 1100 nm, sekgahla sa ho monya le karabelo ya di-detector tsa silicon se fokotseha haholo. Disebediswa tse ding tse kang germanium le indium gallium arsenide di lokela ho sebediswa ho lemoha maqhubu ana a maqhubu. Leha ho le jwalo, theko e hodimo, thepa e fokolang ya thermodynamic le boleng ba kristale, le ho se dumellane le ditshebetso tse seng di ntse di le teng tsa silicon tse hodileng di fokotsa tshebediso ya tsona disebedisweng tse thehilweng ho silicon. Ka hona, ho fokotsa pontsho ya bokahodimo ba silicon e kristale le ho atolosa mefuta ya maqhubu a ho lemoha ya di-photodetector tse thehilweng ho silicon le tse tsamaellanang le silicon e ntse e le taba e chesang ya dipatlisiso.
Ho fokotsa ho bonahatsa ha bokaholimo ba silicon e kristale, mekhoa le maqheka a mangata a liteko a sebelisitsoe, joalo ka photolithography, reaction ion etching, le electrochemical etching. Mekhoa ena e ka, ho isa bohōleng bo itseng, fetola sebopeho sa bokaholimo le sebopeho sa bokaholimo ba silicon e kristale, kahoo ea fokotsasilicon pontsho ya bokahodimo. Lehlakoreng la lesedi le bonahalang, ho fokotsa pontsho ho ka eketsa ho monya le ho ntlafatsa bokgoni ba sesebediswa. Leha ho le jwalo, maqhubung a fetang 1100 nm, haeba ho se na maemo a matla a ho monya a kenngwang lekgeong la sehlopha sa silicon, pontsho e fokotsehileng e lebisa feela phetisong e eketsehileng, hobane lekgeo la sehlopha sa silicon qetellong le fokotsa ho monya ha lona lesedi la bolelele ba maqhubu a malelele. Ka hona, ho atolosa lehlakore la maqhubu a bonolo a disebediswa tse thehilweng ho silicon le tse tsamaellanang le silicon, ho hlokahala ho eketsa ho monya ha photon ka hara lekgeo la sehlopha ha ka nako e le nngwe ho fokotsa pontsho ya bokahodimo ba silicon.
Mafelong a bo-1990, Moprofesa Eric Mazur le ba bang Univesithing ea Harvard ba ile ba fumana thepa e ncha—silicon e ntšo—nakong ea lipatlisiso tsa bona mabapi le tšebelisano ea li-laser tsa femtosecond le lintho tse ling, joalo ka ha ho bontšitsoe ho Setšoantšo sa 1. Ha ba ntse ba ithuta thepa ea photoelectric ea silicone e ntšo, Eric Mazur le basebetsi-'moho le eena ba ile ba makala ha ba fumana hore thepa ena ea silicon e nang le sebopeho se senyenyane e na le thepa e ikhethang ea photoelectric. E monya hoo e batlang e le khanya eohle sebakeng se haufi le ultraviolet le haufi le infrared (0.25–2.5 μm), e bonts'a litšobotsi tse ntle tsa khanya tse bonahalang le haufi le infrared le thepa e ntle ea ho ntša mahlaseli a lefats'e. Ho sibolloa hona ho bakile maikutlo indastering ea semiconductor, ka limakasine tse kholo li qothisana lehlokoa ho tlaleha ka eona. Ka 1999, limakasine tsa Scientific American le Discover, ka 2000 karolo ea saense ea Los Angeles Times, le ka 2001 makasine oa New Scientist kaofela li ile tsa phatlalatsa lihlooho tse buang ka ho sibolloa ha silicon e ntšo le lits'ebetso tsa eona tse ka bang teng, li lumela hore e na le bohlokoa bo boholo ba bokhoni masimong a kang ho lemoha hole, puisano ea optical le microelectronics.
Hona jwale, T. Samet wa Fora, Anoife M. Moloney wa Ireland, Zhao Li wa Fudan University e Chaena, le Men Haining wa Chinese Academy of Sciences kaofela ba entse dipatlisiso tse pharaletseng ka silicon e ntšo mme ba fihletse diphetho tsa pele. SiOnyx, k'hamphani e Massachusetts, USA, e bile e bokelletse tjhelete ya didolara tse dimilione tse 11 ho sebeletsa e le sethala sa ntshetsopele ya theknoloji bakeng sa dikhamphani tse ding, mme e se e qadile tlhahiso ya kgwebo ya di-wafer tsa silicon tse ntšo tse thehilweng ho sensor, e itokisetsa ho sebedisa dihlahiswa tse fedisitsweng ditsamaisong tsa ditshwantsho tsa infrared tsa moloko o latelang. Stephen Saylor, CEO wa SiOnyx, o boletse hore melemo e theko e tlase le e nang le kutlwisiso e phahameng ya theknoloji ya silicon e ntšo e tla hohela tlhokomelo ya dikhamphani tse shebaneng le dipatlisiso le mebaraka ya ditshwantsho tsa bongaka. Nakong e tlang, e kanna ya ba ya kena mmarakeng wa dikhamera tsa dijithale le khamera ya dijithale ya dibilione tse ngata. SiOnyx le yona hajoale e ntse e leka thepa ya photovoltaic ya silicon e ntšo, mme ho ka etsahala hore ebesilicon e ntšoe tla sebelisoa liseleng tsa letsatsi nakong e tlang. 1. Mokhoa oa ho Theha Silicon e Ntšo
1.1 Tsamaiso ea Tokisetso
Li-wafer tsa silicon tse nang le kristale e le 'ngoe li hloekisoa ka tatellano ka trichloroethylene, acetone, le methanol, ebe li beoa sethaleng sa sepheo se ka tsamaisoang ka mahlakore a mararo ka kamoreng ea vacuum. Khatello ea motheo ea kamore ea vacuum e ka tlase ho 1.3 × 10⁻² Pa. Khase e sebetsang e ka ba SF₆, Cl₂, N₂, moea, H₂S, H₂, SiH₄, jj., ka khatello ea ts'ebetso ea 6.7 × 10⁴ Pa. Ntle le moo, tikoloho ea vacuum e ka sebelisoa, kapa phofo ea mantlha ea S, Se, kapa Te e ka koaheloa holim'a silicon ka har'a vacuum. Mohato oa sepheo o ka boela oa qoelisoa ka metsing. Li-pulse tsa Femtosecond (800 nm, 100 fs, 500 μJ, 1 kHz) tse hlahisoang ke amplifier ea laser e nchafatsang ea Ti:sapphire li shebane le lense 'me li khantšoa ka ho toba holim'a bokaholimo ba silicon (matla a hlahisoang ke laser a laoloa ke attenuator, e nang le poleiti ea halofo ea leqhubu le polarizer). Ka ho tsamaisa sethala sa sepheo ho hlahloba bokaholimo ba silicon ka sebaka sa laser, thepa ea silicon e ntšo ea sebaka se seholo e ka fumanoa. Ho fetola sebaka se pakeng tsa lense le wafer ea silicon ho ka fetola boholo ba sebaka sa khanya se khantšoang holim'a bokaholimo ba silicon, ka hona ho fetola khanya ea laser; ha boholo ba sebaka bo sa fetohe, ho fetola lebelo le tsamaeang la sethala sa sepheo ho ka fetola palo ea li-pulse tse khantšoang sebakeng sa yuniti ea bokaholimo ba silicon. Khase e sebetsang e ama haholo sebopeho sa sebopeho sa microstructure ea bokaholimo ba silicon. Ha khase e sebetsang e sa fetohe, ho fetola khanya ea laser le palo ea li-pulse tse amoheloang ka sebaka sa yuniti ho ka laola bolelele, karolelano ea ponahalo, le sebaka sa li-microstructures.
1.2 Litšobotsi tsa Microscopic
Kamora ho bonesoa ha mahlaseli a laser ea femtosecond, bokaholimo ba silicon bo boreleli ba pele bo bontša mefuta e mengata ea meaho e menyenyane e koloneng e hlophisitsoeng ka mokhoa o batlang o tloaelehile. Litlhōrō tsa khoune li sebakeng se le seng le bokaholimo ba silicon bo sa bonesoang mahlaseli. Sebopeho sa sebopeho sa khoune se amana le khase e sebetsang, joalo ka ha ho bontšitsoe ho Setšoantšo sa 2, moo meaho e koloneng e bontšitsoeng ho (a), (b), le (c) e entsoeng sepakapakeng sa SF₆, S, le N₂, ka ho latellana. Leha ho le joalo, tataiso ea litlhōrō tsa khoune ha e itšetlehe ka khase 'me kamehla e supa lehlakoreng la ketsahalo ea laser, ha e angoe ke matla a khoheli, hape e sa itšetlehe ka mofuta oa doping, resistivity, le tataiso ea kristale ea silicon ea kristale; metheo ea khoune ha e leka-lekane, ka axis ea eona e khutšoanyane e bapileng le tataiso ea polarization ea laser. Meaho e koloneng e entsoeng moeeng ke e thata ka ho fetisisa, 'me bokaholimo ba eona bo koahetsoe ke li-nanostructures tse benyang le ho feta tsa dendritic tsa 10–100 nm.
Ha lebone la laser le phahama le palo ea li-pulse e le kholoanyane, mehaho ea conical e ba telele le ho feta. Khase ea SF6, bophahamo ba h le sebaka sa d sa mehaho ea conical li na le kamano e seng ea linear, e ka hlalosoang e le h∝dp, moo p=2.4±0.1; bolelele ba h le sebaka sa d ka bobeli li eketseha haholo ka lebone la laser le ntseng le eketseha. Ha lebone le eketseha ho tloha ho 5 kJ/m² ho ea ho 10 kJ/m², sebaka sa d se eketseha ka makhetlo a 3, 'me ha se kopantsoe le kamano pakeng tsa h le d, bolelele ba h bo eketseha ka makhetlo a 12.
Kamora ho kenngoa ha metsi ka mocheso o phahameng (1200 K, lihora tse 3) ka har'a vacuum, meaho e kobehileng easilicon e ntšoha ea ka ea fetoha haholo, empa li-nanostructures tsa dendritic tsa 10-100 nm holim'a metsi li ile tsa fokotseha haholo. Ion channeling spectroscopy e bontšitse hore pherekano holim'a metsi a khoune e ile ea fokotseha ka mor'a ho annealing, empa boholo ba mehaho e sa tsitsang ha ea ka ea fetoha tlas'a maemo ana a annealing.
1.3 Mokhoa oa ho theha
Hona jwale, mokgwa wa ho bopa silicon e ntšo ha o hlake. Leha ho le jwalo, Eric Mazur le ba bang ba ile ba nahana, ho itshetlehile ka phetoho sebopehong sa sebopeho sa bokahodimo ba silicon le sepakapaka se sebetsang, hore tlasa tlhotlheletso ya di-laser tsa femtosecond tse matla haholo, ho na le karabelo ya dikhemikhale pakeng tsa kgase le bokahodimo ba silicon bo kristale, e leng se dumellang bokahodimo ba silicon ho tjheswa ke dikhase tse itseng, ho etsa dikhoune tse bohale. Eric Mazur le ba bang ba ile ba amahanya mekgwa ya mmele le ya dikhemikhale ya ho bopa sebopeho sa sebopeho sa bokahodimo ba silicon le: ho qhibidiha le ho tjheswa ha substrate ya silicon e bakwang ke di-pulse tsa laser tse nang le fluence e phahameng; ho tjheswa ha substrate ya silicon ke di-ion tse arabelang le dikarolwana tse hlahisitsweng ke tshimo e matla ya laser; le ho boetswa botjha ha karolo e tjhesitsweng ya substrate ya silicon.
Meaho e kobehileng e holim'a bokaholimo ba silicon e etsoa ka boiketsetso, 'me sehlopha se tloaelehileng se ka etsoa ntle le maske. MY Shen le ba bang ba khomaretse letlooeng la koporo la microscope ea electron ea 2 μm e teteaneng holim'a bokaholimo ba silicon e le maske, eaba ba khantša silicon wafer ka khase ea SF6 ka laser ea femtosecond. Ba fumane sehlopha se hlophisitsoeng hantle sa meaho e kobehileng holim'a bokaholimo ba silicon, se lumellanang le mohlala oa maske (sheba Setšoantšo sa 4). Boholo ba lesoba la maske bo ama haholo tokisetso ea meaho e kobehileng. Ho falla ha laser ea ketsahalo ke li-aperture tsa maske ho baka kabo e sa lekanang ea matla a laser holim'a bokaholimo ba silicon, e leng se fellang ka kabo ea mocheso o sa khaotseng holim'a bokaholimo ba silicon. Sena qetellong se qobella sehlopha sa sebopeho sa bokaholimo ba silicon hore se be se tloaelehileng.