Лазерная генерация структурных дефектов и твердофазное разрушение поверхности кремния

• Автор: Кремнев, Алексей Юрьевич
• Шифр специальности: 05.27.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Шатура
• Количество страниц: 117 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
СОДЕРЖАНИЕ

ГЛАВА 1. ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 2. ГЕНЕРАЦИЯ ДИСЛОКАЦИЙ И РАЗРУШЕНИЕ ПОВЕРХНОСТИ КРЕМНИЯ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ИМПУЛЬСНОПЕРИОДИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ УАСЫс1 ЛАЗЕРА
2.1. Генерация дислокаций при лазерном воздействии и многоимпульсное лазерное разрушение поверхности

кремния введ. к гл. 2.

2.2. Эксперимент. Экспериментальная установка

2.3. Исследование разрушения поверхности образцов при

лазерном воздействии одиночных импульсов

2.4. Экспериментальные результаты полученные при импульснопериодическом лазерном воздействии в вакууме.
2.5. Результаты исследования поверхности облученных образцов после обработки в травителе
2.6. Интерпретация полученных результатов и оценки
размера образующихся дислокаций.
2.7. Выводы по гл. 2
ГЛАВА 3. ВЛИЯНИЕ ВНЕШНЕЙ АТМОСФЕРЫ НА ПРОЦЕССЫ ОБРАЗОВАНИЯ СТРУКТУРНЫХ ДЕФЕКТОВ И РАЗРУШЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ КРЕМНИЯ ПРИ ЛАЗЕРНОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
3.1. Диффузия газов в обогащенном дефектами поверхностном
слое материала при лазерном воздействии введ. к гл. 3
3.2. Экспериментальные результаты, полученные при воздействии одиночных лазерных импульсов в на образцы в атмосфере газов
3.3. Экспериментальные результаты, полученные при импульснопериодическом лазерном воздействии на воздухе
3.4. Интерпретация наблюдаемых в эксперименте аномальных изменений сигнала рассеяния луча пробного лазера.
3.5. Выводы по гл. 3
ГЛАВА 4. СВЕЧЕНИЕ, НАБЛЮДАЕМОЕ ПРИ ЛАЗЕРНОМ ТВЕРДОФАЗНОМ РАЗРУШЕНИИ ПОВЕРХНОСТИ КРЕМНИЯ.
4.1. Эмиссия частиц, сопровождающая начальные стадии разрушения материалов введ. к гл. 4
4.2. Экспериментальная установка и диагностика свечения
при лазерном твердофазном разрушении поверхности кремния
4.3. Результаты регистрации свечения в плоскости,
касательной к поверхности образца.
4.4. Результаты свечения поверхности
4.5. Интерпретация наблюдаемых экспериментальных фактов свечения в надповерхностной области образца
4.6. Интерпретация зарегистрированного в эксперименте свечения поверхности при воздействии лазерных импульсов
4.5. Выводы по гл. 4
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
ЛИТЕРАТУРА


Разрушение материала до плавления представляется менее исследованным. Разрушения в твердой фазе связаны с присутствием и генерацией в реальном кристалле высокой концентрации структурных дефектов: точечных- вакансий, междоузлий, примесных атомов; и протяженных -дислокаций, пор, межзеренных границ и пр. Для лазерно-индуцированного разрушения прозрачных материалов определяющим является именно наличие подобных дефектов в исходном материале. Разогрев и деформации вблизи них и приводят к разрушению [7, -, -]. Используемый в данной работе легированный низкоомный кремний КДБ- - материал практически непрозрачный для используемой в данной работе длины волны лазерного источника (А=1. А - длина волны лазерного источника, х ~ показатель экстинции) и возрастает более чем на порядок при увеличении температуры на 0 К [6]. Разрушение кремния в твердой фазе при лазерном воздействии также связано с дефектами, но в отличие от прозрачных материалов, будет определятся их генерацией в тонком (У/«'5 ст) поверхностном слое [4, 8, ]. Процессам лазерной генерации точечных дефектов посвящено множество работ, например обзоры [8, , , , ]. Ряд работ посвящен исследованию лазерного отжига дефектов [6], т. Тепловой механизм генерации дефектов в металлах можно проиллюстрировать используя работы [4, 8, , ]. Таким образом, основная часть световой энергии поглощается в слое толщиной кха1. Результатом нагрева является интенсивная генерация точечных дефектов. Точечные дефекты могут образовываться по механизму Френкеля и механизму Шоттки. По Френкелю, дефект образуется в результате перехода атома из узла кристаллической решетки в междоузлие (образуется пара дефектов -вакансия и междоузлие). По Шоттки источником дефектов (вакансий) является поверхность. Также источниками дефектов могут быть поры, трещины, межзеренные границы и т. Любой источник точечных дефектов является одновременно и стоком. При отличной от нуля температуре между стоками и истоками происходит непрерывный обмен дефектами, в результате чего в кристалле устанавливается концентрация дефектов, отвечающая термодинамическому равновесию. А',о=В^')т&^-Аи„кьТ (1. А и5/кьТ), (1. Где N и И’- число атомов в узлах и междоузлиях решетки соответственно, А и о и А ? Больцмана, множители В? В$ учитывают зависимость энергии дефектообразования от температуры. Это время зависит от коэффициента диффузии вакансий Д>: т=/;2/1)и, (1. И - среднее расстояние между истоками и стоками. Оу=О0 схр(-Д? Т ), (1. Д?у 1кьТ)> (1. АЕ0 - высота потенциального барьера, который приходится преодолевать вакансиям при прыжке в соседний узел решетки. Таким образом, при лазерном нагреве в тонком поверхностном слое генерируется высокая концентрация точечных дефектов, которая, если считать генерацию только тепловой, при достаточном времени облучения может приблизится к равновесной для данной температуры. По окончании лазерного импульса, температура материала и концентрация вакансий быстро снижается - за счет диффузии вакансии уходят на стоки. Все вакансии не успевают продиффундировать, и некоторая их часть остается в остывшем образце. Т.е. Это справедливо в основном для вакансий, т. ЭДТ). Е0 - исходная энергия образования дефекта, Еее - энергия локального электронного возбуждения, Е, - деформация, Эс1 - потенциал деформации, АТ - приращение температуры благодаря лазерному нагреву. Особенно интенсивно генерация дефектов происходит на поверхности и в приповерхностном слое Ио ' вследствие исходной дефектности и понижения значения Е0 [, ]. Энергия образования дефекта понижается более чем на порядок, и для ве составляет Ео-Еее=0. У [] против извесной из [] 1. У энергии образования термодефекта в ве. Из расчетов для кремния, приведенных в [] следует, что на расстоянии нескольких ангстрем от поверхности энергия образования вакансии может составлять 0. В результате, при лазерном воздействии, благодаря уменьшению энергии образования дефекта, вблизи поверхности, концентрация точечных дефектов может достигать значений порядка - Ю см"3 (до % от числа атомов в кристалле) [, ].