Т. И. Есполов ҚР ҰҒА академигі, профессор

95 
 
Жартылай 
өткізгіштер 
және 
наноқұрылымдар 
физикасы 
саласындағы зерттеулер 
Жартылай  өткізгіштер  және  жартылай  өткізгішті  приборлық 
құрылымдар қазіргі кездегі техника мен өнеркәсіптің негізі болып табылады. 
Микроэлектроникадағы  приборлық  құрылым  өлшемдерінің  кішіреюі  көп 
жылдар  бойы  транзистордың  әрбір  24  айда  бір  кристалға  көбеюі  бойынша 
атақты  Мур  заңына  сүйеніп  келеді  және  соңғы  уақытта  процессорлардағы 
транзистор  саны  ~510
9 
жетті.  Олардың  негізінде  кеңінен  қолданылатын 
жартылай 
өткізгішті 
қондырғылар 
өңделді. 
Жартылай 
өткізгіш 
наноқұрылым, 
тасымалдауыштары 
квантты 
шектелген 
құрылым, 
плазмоника және фотоника үшін құрылымды өңдеу бойынша зерттеулердің 
өсуі байқалады. Жаңа жартылай өткізгіш материалдар мен наноқұрылымдар 
көптеген  салаларда  қолдануға  болатын  жетілдірілген  транзисторлар, 
диодтар,  күн  элементтерін,  сенсорлар  және  де  басқа  да  приборлық 
құрылымдар  алуға  мүмкіндік  береді.  Осы  жұмыста  біз  соңғы  жылдарда 
жасалған  және  қолданылған  жартылай  өткізгішті  материалдар  туралы 
қысқаша шолу жасаймыз.  
Приборлық  құрылымды  түрлендіру  және  жасау  әдісі.  Наноқұрылым 
синтезінің  екі  түрі  болады:  дәстүрлі  жартылай  өткізгіш  электроникаға 
арналған  «жоғарыдан  төменге»  дайындау  әдісі  және  де  ең  сипатты 
нанотехнология  үшін  «төменнен  жоғары»  әдісі.  Бірінші  түрі  литография, 
ионды  имплантация,  диффузия,  уландыруды  қолданумен  микросхемаларды 
дайындау кезінде қолданылады. Екінші  түрі ретті жинақтау немесе атомдар 
мен молекулалардың өздігінен ұйымдасуы жолымен наноөлшемді құрылым 
синтезінде қолданылады.  
Наноқұрылымдарды 
ионды 
сәуле, 
лазерлі 
литография, 
ақау 
инжинирингі  сияқты  «жоғарыдан  төменге»  әдістерімен  алуға  болады.  Бұл 
әдістер  қатты  денелер  мен  беткейлердің  құрылыстық  және  химиялық 
түрленуі,  қосындыланған  уландыру,  беткейдің  активациясы  және 
деформациясы,  имплантация,  ионды  орын  ауыстыру,  беткей  және  беткейге 
дейінгі  қабаттағы  синтез,  аморфизация  және  т.б.  үшін  қолданылады  [49]. 
Ионды-қозғалыспен  отырғызу  жолымен  газды  фазадан  жоғары  дәлдікпен 
бақылауға  болатын  немесе  диаметрі  7  нм  наноқұрылымнан  жұқа  үлдірмен 
қаптауға 
болады. 
Наноқұрылымдардағы 
радиациялық 
әсерлер 
көлемділерден  [50]  айрықша,  сондықтан  оларды  материалдар  қасиеттерін 
түрлендіру  кезінде  қолдануға  болады.  Трафареттерді  лазерлі  жасау  әдістері 
электрондық және иондық литографиядағы сияқты вакуумды талап етпейді, 
бағасы төмен, үлкен аймағымен 2D және 3D [51] наноқұрылымдарын алуға 
мүмкіндік береді. «Төменнен жоғары» синтезінің әдістері: газдан  химиялық 
қондыру  (CVD),  «газ-қатты»  және  «газ-сұйық-қатты»  механизмі  бойынша 
газды  фазадан  синтез,  молекулярлық-сәуле  эпитаксиясын  қолданумен, 
наношаблондар,  электроспининг,  уландыру,  лазерлі  шашу  қолданумен 
синтез әртүрлі наноқұрылымдарды алуға мүмкіндік береді.  

96 
 
Бірөлшемді  наноқұрылым  (1D)  көбінесе  сенсорларда  қолданылып,  күн 
элементтері (КЭ), пьезогенераторлар, фотоника және оптоэлектроника үшін 
болашағы  бар.  1D  құрылымының  артықшылығы  жоғары  кристалдық 
жетістік, түйір шекараларының аз ықпалы, үлкен меншікті аймақ, өзгерудің 
қарапайым әдістері, сезімталдық пен қосындылауды 1D құрылым диаметрін 
басқару  немесе  дала  әсерін  пайдаланумен  сыртқы  ықпалға  көндіру 
мүмкіндіктері болып табылады.  
1D – құрылымдарындағы электрондық тасымал жинақы күй – донорлар 
мен  акцепторлар,  тасымалдауыштардың  шашырау  ұстағыштары  мен 
орталығы  бар  өлшемдік  тиімділі  мен  беттік  ықпалының  арқасында 
көлемдіктен  айырмашылығы  бар.  Сондықтан  наножіптердің  электрлік 
қасиеттерін  беткейді  түрлендіру  жолымен  бақылауға  болады,  мысалы,  оны 
пассивациялау  немесе  адсорбциялық  молекулалар  қабатымен  қанықтыру. 
Карбоксилды  топтардың  отыруы  кезінде  наножіптердің  өткізгіштігі  10
6
 
өзгерді  және  қосу  контактісі  омдыққа  айналды.  Қасиеттердің  беттік 
ақаулармен бақылау арқылы өзгеру әдістері GaAs, SnO
2
, TiO
2
 және басқа да 
материалдар үшін өңделді [52]. Өсу режимін ауыстырумен материалдардың 
қасиеттерін басқаруға болады.  
Диодтар, транзисторлар, жұқа үлдірлі транзисторлар. Жарықты және 
зарядталған  бөлшектерді  қабылдауға  арналған  кеңінен  тараған  жартылай 
өткізгіш  кремний  детекторларының  технологиясы  жоғарғы  деңгейге  жетті. 
Детекторлар аз жарамсыз қабатымен жұқа және жалпақ n
+
pауыспа түрінде 
орындалады.  База  қалыңдығы  прибордың  тағайындалуымен  анықталады 
және  қажет  болса  жоғары  энергияның  бөлшектерін  тіркеу  кезінде  оның 
қалыңдығы  бірнеше  миллиметрге  жетуі  мүмкін.  Жинақы  кремнийлі 
энергодисперстік 
детекторлар 
фотокөбейткіштерді 
алып 
тастауға 
итермеледі,  өйткені  олар  бөлме  температурасында  сигнал/шудың  жоғары 
қатынасымен фотон есебі режимінде жұмыс істей алады.  
Квантты  шұңқырлармен  бөлінген  және  бірнеше  деңгейден  тұратын 
квантты  барьерлерден  тұратын  резонансты  туннелді  диодтардың 
конструкциясы  жақсартылды.  Квантты  шұңқырлардағы  құрылым  бөлме 
температурасында, үлкен ток пен 1ТГц дейін жиілікте жұмыс істей алады. 
Жалпақ 
дисплейлер 
монитор 
нарығынан 
электронды-сәулелік 
түтіктерді  алдырды  және  де  дисплейлерге  арналған  матрицаларды  жасау 
технологиясының  оңтайландырылуы  өзекті.  Жарық  диодтары  (LED)  мен 
органикалық жарық диодтарында (OLED) қарқынды матрицамен дисплейлер 
үшін  біртекті  қасиеттерге  ие  поликристалдық  кремнийлі  транзисторлардан 
жақсы  жұқа  үлдірлі  транзисторлар  өңделуде.  Тасымалдаушыларының 
жоғары  қозғалғыштығы  мен  майысқыш  төсеніші  үлкен  ауданда  біртекті 
қасиеттері  бар,  диагоналы  70  дюймнан  жоғары  (170  см  және  одан  көп), 
жоғары  шешіммен  (40002000)  және  жылдам  шақыруымен  (>240  Гц)  жұқа 
үлдірлі  ZnO-транзисторлары  және  аморфты  транзисторлар  In–Ga–Zn–O 
(IGZO)  (In:Ga:Zn=1.1:1.1:0.9  қатынасымен)  жасалды.  Өте  қымбат  индийге 
қарамастан  Zn–Sn–O,  Ga–Zn–Sn–O  және  т.б.  ерітінділері  өңделуде,