بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله، فرایند رشد تک بلور InSb به روش چکرالسکی و تحت گاز هیدروژن بیان شد. بدین صورت که ابتدا پس از توزین مواد اولیه ایندیم و آنتیموان، فرایند ترکیب فاز انجام گرفت. سپس یک بلور دانه از جنس InSb و در راستای - 111 - تهیه شد. با استفاده از این بلور، فرایند رشد بلور اصلی از مذاب و به روش چکرالسکی انجام گرفت. با استفاده از آنالیز پراش اشعه ایکس - - XRD، بلور بدست آمده مورد بررسی قرار داده شد. نتایج حاصل از این آنالیز، نشان داد که بلور رشد داده شده، یک تک بلور در راستای - 111 - میباشد.
-1 مقدمه:
استفاده از آشکارسازهای مادون قرمز از حدود دویست سال پیش توسط W. Herschel آغاز گردید. وی در سال 1800 در آزمایش خود اثبات کرد که نور در طول موجهایی که برای چشم انسان نامرئی هستند نیز وجود دارد. در آن زمان، اولین آشکارساز عملی مادون قرمز PbS شناخته شد که نسبت به طول موجهای مادون قرمز حساس بود. بعدها در اواخر دههی 1940 و اوایل 1950 گسترهی وسیعی از مواد جدید برای آشکارسازی مادون قرمز مورد توجه قرار داده شد که PbSe و PbTe و InSb از آن جملهاند. سپس از اوایل دههی 1960، آشکارسازهای فتوولتائیک با دسترسی به مادهی تک بلور InSb توسعه پیدا کرده و بعدها با گذشت زمان استفاده از این بلور بیشتر مورد توجه قرار گرفت.[1]
به طورکلی بلور نیمه رسانای ایندیم آنتیمونید - InSb - یک ترکیب بلوری از عناصر ایندیم - In - و آنتیمونی - Sb - و متعلق به گروه III-V است که بدلیل پهنای کم شکاف در نوارهای انرژی، در آشکارسازهای مادون قرمز شامل دوربین های عکس برداری گرمایی، سیستمهای FLIR، سلاح ها و ابزارهای جنگی مربوط به مادون قرمز و همچنین در ساخت ترانزیستورهای بسیار سریع مورد استفاده قرار داده میشود.[2-3] میزان تحرک الکترونها در این بلور78000 cm 2V-1s-1، یعنی حدود 30 الی 40 برابر سیلیکون و ژرمانیم است.
بنابراین بلور InSb، بیشترین میزان تحرک الکترونی را در بین نیمرساناها داشته و تنها نانولوله کربنی است که این مشخصه را دارد. به طورکلی بلور InSb به دو روش بریجمن و چکرالسکی از مذاب رشد داده میشود[4-8] که در این مقاله فرایند رشد چکرالسکی آن مورد بررسی قرار میگیرد. بدین صورت که ابتدا پس از انجام فرایند ترکیب فاز اولیه، بلور دانه تهیه شد و سپس با استفاده از آن، بلور InSb از مذاب و به روش چکرالسکی رشد داده شد. در آخر به منظور بررسی دسته صفحات بلور رشد یافته، بلور حاصل تحت آنالیز XRF، XRD و لاوه قرار گرفت. نتایج حاصل از هر یک از این آنالیزها آورده شده اند.
-2 روش آزمایش:
-1-2 ترکیب فاز اولیه:
به منظور ترکیب فاز InSb، مواد اولیه شامل پودرهای In و Sb با نسبت وزنی یکسان، در داخل آمپولی از جنس کوارتز توزین میگردد. سپس آمپول را ابتدا داخل یک راکتور از جنس کوارتز گذاشته و راکتور در کوره بریجمن قرار داده میشود. مکان آمپول در کوره طوری تنظیم میشود که نوک آن دقیقا در منطقهای با بیشینه دما قرار گیرد. حال به منظور شستشوی اولیه آمپول، داخل آن را توسط یک پمپ روتاری خلا کرده، سپس گاز آرگون به داخل آن تزریق و دوباره خلا میشود.
این مرحله چند مرتبه تکرار میگردد. در آخر گاز هیدروژن با فشار به داخل راکتور تزریق میشود. در این حین، دمای راکتور را تا حدود 750 درجه افزایش داده تا مواد اولیه به طور کامل ذوب شوند. سپس به منظور یکنواخت شدن مذاب، دما به مدت 3 ساعت ثابت نگه داشته میشود. پس از گذشت این بازه زمانی، سیستم کشنده را روشن کرده تا آمپول شروع به حرکت کرده و با سرعت 3mm / h از منطقه ذوب به منطقه سرد کوره منتقل شود. در آخر کوره را خاموش کرده تا آمپول سرد شده و دمای ترکیب حاصل، به دمای اتاق برسد. شکل 1 تصویری از کوره بریجمن در فرایند ترکیب فاز و شکل 2 ، تصویری از ترکیب فاز داده شده InSb در این آزمایش را نشان میدهد.
