Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Квантовая электроника

Диссертационная работа:

Кремнев Алексей Юрьевич. Лазерная генерация структурных дефектов и твердофазное разрушение поверхности кремния : Дис. ... канд. физ.-мат. наук : 05.27.03 : Шатура, 2003 117 c. РГБ ОД, 61:04-1/502-X

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

СОДЕРЖАНИЕ 2

ГЛАВА 1. ВВЕДЕНИЕ . 4

ГЛАВА 2. ГЕНЕРАЦИЯ ДИСЛОКАЦИЙ И РАЗРУШЕНИЕ ПОВЕРХНОСТИ КРЕМНИЯ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ИМПУЛЬСНО- ПЕРИОДИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ YAG:Nd ЛАЗЕРА 25

2.1. Генерация дислокаций при лазерном воздействии и многоимпульсное лазерное разрушение поверхности кремния (введ. к гл. 2) 25

2.2. Эксперимент. Экспериментальная установка 30

2.3. Исследование разрушения поверхности образцов при лазерном воздействии одиночных импульсов 32

2.4. Экспериментальные результаты полученные при импульсно-периодическом лазерном воздействии в вакууме 38

2.5. Результаты исследования поверхности облученных образцов после обработки в травителе 44

2.6. Интерпретация полученных результатов и оценки размера образующихся дислокаций 47

2.7. Выводы по гл. 2 56

ГЛАВА 3. ВЛИЯНИЕ ВНЕШНЕЙ АТМОСФЕРЫ НА ПРОЦЕССЫ ОБРАЗОВАНИЯ СТРУКТУРНЫХ ДЕФЕКТОВ И РАЗРУШЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ КРЕМНИЯ ПРИ ЛАЗЕРНОМ ВОЗДЕЙСТВИИ... 57

3.1. Диффузия газов в обогащенном дефектами поверхностном слое материала при лазерном воздействии (введ. к гл. 3) 57

3.2. Экспериментальные результаты, полученные при воздействии одиночных лазерных импульсов в на образцы в атмосфере газов 61

3.3. Экспериментальные результаты, полученные при импульсно-периодическом лазерном воздействии на воздухе 70

3.4. Интерпретация наблюдаемых в эксперименте аномальных изменений сигнала рассеяния луча пробного лазера 73

3.5. Выводы по гл. 3 80

ГЛАВА 4. СВЕЧЕНИЕ, НАБЛЮДАЕМОЕ ПРИ ЛАЗЕРНОМ ТВЕРДОФАЗНОМ РАЗРУШЕНИИ ПОВЕРХНОСТИ КРЕМНИЯ... 81

4.1. Эмиссия частиц, сопровождающая начальные стадии разрушения материалов (введ. к гл. 4) 82

4.2. Экспериментальная установка и диагностика свечения при лазерном твердофазном разрушении поверхности кремния 87

4.3. Результаты регистрации свечения в плоскости, касательной к поверхности образца 90

4.4. Результаты свечения поверхности 94

4.5. Интерпретация наблюдаемых экспериментальных фактов свечения в надповерхностной области образца 95

4.6. Интерпретация зарегистрированного в эксперименте свечения поверхности при воздействии лазерных импульсов 100

4.5. Выводы по гл. 4 102

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 103

ЛИТЕРАТУРА 105 

Введение к работе:

Лазерное излучение является высокоэффективным инструментом, с помощью которого можно изменить структуру материала. Это используется в микроэлектронных технологиях обработки кремниевых подложек [1-2], например: лазерном напылении тонких пленок [1-2, 39], лазерном отжиге дефектов [1-2, 6, 15], лазерно-активированной диффузии примесей [1-4, 7, 9-10, 13], лазерном гетеррировании [2]. Прогресс в данных технологиях связан с исследованием процессов воздействия лазерного излучения и свойств поверхности материалов [2, 15].

В лазерной технологии, как правило, под разрушением понимаются процессы связанные с плавлением, испарением, абляцией, т.е. процессами выноса материала из облучаемой области. Эта область физики лазерных взаимодействий исследовалось давно, и изложена в работах [3,5,7,12-13]. 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. Дислокации, поры, примесные включения являются поглощающими излучение неоднородностями. Разогрев и деформации вблизи них и приводят к разрушению [7, 12-13, 19-20].

Используемый в данной работе легированный низкоомный кремний КДБ-12 - материал практически непрозрачный для используемой в данной работе длины волны лазерного источника (/1=1.06 цт). Его коэффициент 2 3 1 - 4Я% поглощения на данной длине волны составляет а«10 -МО cm (а » , Я - длина волны лазерного источника, х показатель экстинции) и возрастает более чем на порядок при увеличении температуры на 300 К [б].

Разрушение кремния в твердой фазе при лазерном воздействии также связано с дефектами, но в отличие от прозрачных материалов, будет определятся их генерацией в тонком (/г«10"5 cm) поверхностном слое [4, 8, 14].

Процессам лазерной генерации точечных дефектов посвящено множество работ, например обзоры [8, 11, 14, 16, 23]. Ряд работ посвящен исследованию лазерного отжига дефектов [6], т.е. уменьшения концентрации дефектов в изначально дефектном материале при лазерном облучении.

Тепловой механизм генерации дефектов в металлах можно проиллюстрировать используя работы [4, 8, 11, 16].

При лазерном воздействии происходит нагрев материала, причем интенсивность поглощенной материалом энергии лазерного излучения I(z) экспоненциально уменьшается с расстоянием z от поверхности [16]: /(z) = /(0)exp(-a-z), (1.1)

где а - коэффициент поглощения. Таким образом, основная часть световой энергии поглощается в слое толщиной hxa1. 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.п. 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. Равновесная плотность вакансий (оценки для междоузлий аналогичны) Nvo определяется из условия минимума свободной энергии и по Френкелю описывается выражением [4]:

N BfiNN f xpi-AUo/lkbT), (1.2)

По Шоттки:

N rBsNexpi-AUs/hT), (1.3)

Где N и N - число атомов в узлах и междоузлиях решетки соответственно, AUо и AU$ энергия образования вакансий в объёме кристалла и на его поверхности, кь — постоянная Больцмана, множители Вр и В$ учитывают зависимость энергии дефектообразования от температуры. Установление равновесной концентрации вакансий в пространственно однородной системе записывается как [4]:

dN, _NM{T)-NV

аТ = т(Т) (Ы)

где г - диффузионное время обмена вакансиями между источниками и стоками. Это время зависит от коэффициента диффузии вакансий Д :

r=h2/Dv, (1.5)

где h - среднее расстояние между истоками и стоками. Коэффициент диффузии вакансий Dv и диффузионное время т экспоненциально зависят от температуры:

DV=D0 exp(-Av lkbT), (1.6)

T=T0exp(-AEv/kbT), (1.7)

где AEV - 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. возможно создать концентрацию вакансий значительно больше равновесной для данной температуры - закалить дефекты [4]. Это справедливо в основном для вакансий, т.к. из-за значительной скорости движения междоузлия быстро выходят на поверхость или поглощаются стоками внутри кристалла [16].

Для объяснения лазерной генерации вакансий в полупроводниках в работах [14, 16-18, 21-26, 29-30] показаны другие механизмы, учитывающие специфику лазерного воздействия на полупроводники, например изложенный в [25] электронно деформационно тепловой (ЭДТ). Согласно [25], при воздействии лазерного импульса на поверхность полупроводника, в результате локального электронного возбуждения, нагрева решетки и сильной деформации приповерхностного слоя материала скорость генерации дефектов _ заметно увеличивается [25]:

—-—exp

ґ EQ-Eee -Sj (1.8)

где w - концентрация точечных дефектов, Е0 — исходная энергия образования дефекта, Еее — энергия локального электронного возбуждения, 4 - деформация, ( - потенциал деформации, AT — приращение температуры благодаря лазерному нагреву.

Особенно интенсивно генерация дефектов происходит на поверхности и в приповерхностном слое ho вследствие исходной дефектности и понижения значения EQ [25, 30]. Энергия образования дефекта понижается более чем на порядок, и для Ge составляет Ео-Еее=0Л+0.2 eV [25] против извесной из [27] 1.5-5-2.5 eV энергии образования термодефекта в Ge. Из расчетов для кремния, приведенных в [28] следует, что на расстоянии нескольких ангстрем от поверхности энергия образования вакансии может составлять 0.8-rl.O eV, а междоузлий 0.6-J-0.9 eV.

В результате, при лазерном воздействии, благодаря уменьшению энергии образования дефекта, вблизи поверхности, концентрация точечных дефектов может достигать значений порядка 10 - 1021 см" (до 10% от числа атомов в кристалле) [16, 25].

Существуют другие механизмы лазерной генерации точечных дефектов, например: накачка вакансий при лазерно индуцированном окислении [4, 9-11, 17], образование точечных дефектов при осаждении пленок [31], образование дефектов при лазерно индуцированном травлении металлов и полупроводников [32].

Образовавшиеся при лазерном воздействии точечные дефекты при достижении определенной критической концентрации могут собираться в кластеры [16, 33, 36, 37]. Процесс кластеризации, согласно [36, 37] будет интенсивно идти при концентрации дефектов и«1019-1020 cm"3.

В работе [16] указываются количественные условия возникновения кластеров в системе однотипных дефектов - вакансий (подобные оценки можно провести и для междоузлий): условием начала кластеризации является превышение скорости генерации вакансий д порогового значения д .

г - кьТР • - 2 (1.9) ПК Т.е. при выполнении условия д д возникает поток вакансий, направленый в область сжатия кристаллической решетки (т.е. в область где кристаллическая решетка насыщена вакансиями или примесными атомами малых размеров) и критическая скорость образования вакансий д будет определятся температурой, дилатационным объемом дефекта Q , модулем всестороннего сжатия К, плотностью стоков (ft - const).

Направленый поток вакансий приводит к пересыщению вакансиями участков решетки, кластеризации и образованию пор. Данный процесс имеет характер фазового перехода второго рода. Согластно [16], при 7М000 К, характерное значение g»=1020 cm"3 с"1.

В работах [33-37] для описания кластеризации точечных дефектов и образования дислокаций и дислокационных структур, самоорганизации дефектов, используются модели генерационно-диффузионно-деформационной неустойчивости (ГДДН) и диффузионно-деформационной неустойчивости (ДДН).

Дефекты, будучи упругими включениями, деформируют кристаллическую решетку. Вакансия вызывает сжатие решетки - удельное изменение объема AQ = (0.3 0.6)Q . междоузельный атом - расширение - AQ = (1.7 ч- 22)Q [16, 38]. Дислокации также порождают вокруг себя упругие деформации и напряжения. Деформации кристаллической решетки приводит к возникновению деформационно-индуцированных потоков дефектов и к модуляции скорости их образования благодаря перенормировке энергии образования дефекта.

Результатом диффузионно-деформационного взаимодействия является образование кластеров дефектов либо периодических дефектно-деформационных структур [33].

Экспериментальные данные о кластерообразовании приведены в работе [105], где при помощи ренгенодифракционных методов было показано, что при облучении монокристаллического кремния импульсами рубинового лазера с плотностью энергии ниже порога плавления образуются кластеры точечных дефектов, размер которых составляет )«10"5 cm, а концентрация вблизи поверхности и«1014 cm 3.

Кластеризация группы дефектов может привести к образованию дислокационной петли размером ldisi [35]:

ldisi a4 di (їло)

где а - межатомное расстояние, N u - число дефектов в кластере. Дислокации и поры являются эффективными стоками для точечных дефектов. Например, поток вакансий направленный на вакансионную же дислокационную петлю или пору ведет к ее росту - т.е. существование высокой неравновесной концентрации точечных дефектов может приводить к появлению и росту дислокаций и пор [33]. Высокая концентрация дислокаций изменяет упругие и прочностные свойства материала. В отличие от точечных дефектов, времена движения которых от истока к стоку которых малы и могут составлять величины порядка 10"6 s, дислокации относительно стабильны и малоподвижны: их время жизни превышает время жизни точечных дефектов на несколько порядков. Для реальных технологий и приборов имеют большое значение эффекты, связанные именно с дислокациями и порами [1]. Например, если при окислении кремния (пленка SiC 2 - используется практически во всех полупроводниковых технологиях в качестве изолятора) на границе Si-SiC 2 образуется дислокация, то возможен электрический пробой [40,41].

Образование дислокаций на поверхности материалов при лазерном воздействии рассматривается в работах [42-44, 46], а образование пор и структур пор в [16, 31, 78]. Так, в работах [42-44] при лазерном воздействии с интенсивностью ниже порога плавления на различные материалы (металлы, аморфизованные и монокристаллические полупроводники) наблюдалось образование мелких (размером порядка 10" 4 cm и меньше) дислокационных петель.

При определенных режимах лазерного воздействия на поверхности материала образуются периодические структуры [7, 16]. Их формирование может быть связано как с плавлением тонкого поверхностного слоя (интерференционные структуры), так и с генерацией высокой концентрации дефектов в режиме до плавления.

Периодические структуры на поверхности полупроводников связанные с плавлением поверхностного слоя образуются при облучении мощными лазерными импульсами с широким диапазоном длительности Тр 10"п-10 3с. Период структур жестко определяется длиной волны лазерного излучения Я, углом падения пучка и его поляризацией [7, 48].

Образование таких структур на кремнии исследовалось, например, в работах [63-65]. Было показано, что начало образования структур связано с локальным плавлением и с изменением кристаллической структуры, в т.ч. дефектами, причем формирование структур зависит от состояния поверхности, поглощения излучения, типа подложки, и длины волны падающего излучения. При помощи травления в структурно-чувствительном травителе Сиртла [47] были выявлены различные типы структур: линейные, кольцевые, а так же структуры вдоль царапин и неоднородностей поверхности.

Другой пример формирования поверхностных периодических структур представлен в работе [66]. Структуры, представляющие собой набор конусов с большим отношением высоты к радиусу и углом при вершине 20-25° формировались навстречу лазерному пучку при облучении поверхности кремния большим числом (104) относительно маломощных импульсов. Причиной формирования структур является перераспределение материала мишени, при испарении инициируемом воздействием лазерных импульсов.

Структуры, образующиеся при облучении с допороговой интенсивностью, как правило, представляют собой периодические скопления дислокаций [48-51] (могут также формироваться структуры из точечных дефектов и пор). Для их формирования необходимо лазерное воздействие длительностью от миллисекунд. Согласно [16, 48, 51], такие структуры образуются в результате развития диффузионно-деформационных (ДД) неустойчивостей (ДДН). Их период определяется интенсивностью лазерного воздействия и характеристиками материала (отсутствует зависимость периода от длины волны А).

Например, в работе [102] было зарегистрировано образование квазипериодических структур на поверхности титана при облучении милл и секундными лазерными импульсами. Структуры формировались в твердой фазе, при температуре, близкой к порогу плавления материала. Указывалось, что образование таких структур связано с развитием вакансионно-деформационной неустойчивости.

Образование периодических структур на поверхности кремния при лазерном облучении исследовалось в работах [49-50]. Было показано, что структуры типа "крест" образуются при воздействии импульсов YAG:Nd лазера длительностью 4 ms. Период структур был примерно в три раза больше А, их ориентация не зависела от ни угла падения лазерного излучения ни от его поляризации, а определялась ориентацией кристаллографических осей; и в результате на поверхности образца образовываются две взаимно перпендикулярные стационарные решетки с периодом 3-3.5 дт, остающиеся на поверхности после остывания образца. Авторы предполагали существенную роль термодеформации в процессе формирования этих структур. Отмечалось, что начало образования структур происходит в твердой фазе, но окончательное формирование происходит при температуре, при которой возможно плавление тонкого приповерхностного слоя. В работе [50] показано, что таких образование подобных структур связано с генерацией и скольжением дислокаций, причем дислокации распределялись упорядоченным образом.

В работе [52] предложена теоретическая модель для объяснения результатов изложенных в работе [49]. Образование периодических структур связывалось с самоорганизацией междоузлий: при температуре Г=1500 К характерные времена развития неустойчивости для междоузлий составляли X 10 с.

В работе [101] исследовались формирование микрорельефа на поверхности кремния при лазерном воздействии с длиной волны А=1.06 цт и длительностью импульса 1 ms при различных поляризации, угле падения и плотности мощности. Было обнаружено образование микрорельефа с периодом кратным длине волны лазерного источника. Образование микрорельфа связывалось с неоднородным плавлением поверхности полупроводника, инициированным образованием кластеров точечных дефектов в приповерхностном слое материала. Указывалось, что температура плавления дефектных участков ниже температуры плавления бездефектного материала.

В [32, 53] рассмотрено образование структур типа "rose" в облучаемых лазерным пучком тонких пленках. В [53] образование данных структур связывается с взаимодействием образующихся подвижных вакансий в поле деформации вызванной лазерным воздействием.

В работе [119] исследовалось формирование микрорельефа на поверхности германия при воздействии большого числа относительно маломощных лазерных импульсов субмикросекундной длительности. При помощи методов атомно-силовой микроскопии показан пороговый характер образования лазерно-индуцированных структур на поверхности материала. В [119] приведены изображения и профили таких структур, указаны их характерный размер (сотни нанометров), интенсивность лазерного воздействия для их формирования. Показано, что наблюдаемые структуры связаны с самоорганизацией точечных дефектов.

В случае, когда в результате воздействия одного лазерного импульса необратимых повреждений образца не наступает, возможно многоимпульсное лазерное разрушение материала (МЛР) [33, 58].

МЛР - универсальное явление и наблюдается в материалах с различными свойствами: металлах, полупроводниках, прозрачных и непрозрачных диэлектриках. Существует два подхода к объяснению МЛР. Первый, статистический, предполагает возможность разрушения материала любым импульсом в серии. Второй, накопительный, базируется на постепенном накоплении повреждений материала от импульса к импульсу [57-58].

В оптически прозрачных материалах могут иметь место оба механизма МЛР. Причины действия статистических механизмов различны, например: временные и пространственные флуктуации интенсивности лазерного излучения, вероятностная природа возникновения лавинной ионизации, случайное распределение поглощающих включений [61]. В большинстве реальных оптически прозрачных материалов МЛР будет связано с изначальной дефектностью материала - разрушение будет начинаться вблизи дефектов: пор, микротрешин, инородных включений. В особо чистых материалах действуют «собственные» механизмы разрушения: лавинная и многофотонная ионизация [62].

В работе [99] исследовались механизмы МЛР тонких диэлектрических покрытий. Показано, что порог лазерного разрушения покрытий зависит от ширины запрещенной зоны материала покрытия.

МЛР шелочно-галлоидных кристаллов исследовалось в работе [60]. Причиной МЛР, согластно [60] являются пластические деформации, которые возникают при превышении пороговой концентрации точечных дефектов (точечные дефекты генерируются при лазерном воздействии в результате локализации энергии электронно-дырочных пар на атомах кристаллической решетки и накапливаются от импульса к импульсу).

В работах [54, 55] исследовалось многоимпульсное лазерное разрушение зеркально полированых образцов Си и Ag при лазерном воздействии с различной длиной волны. Показано, что при многоимпульсном воздействии имеет место размерный эффект: количество импульсов, приводящих к разрушению, зависит от размеров пятна (при одинаковой плотности мощности). Это объясняется как результат накопления пластических деформаций, которые образуются в результате действия высоких термонапряжений при лазерном воздействии. В работах [54, 55] показано, что при повышении интенсивности импульса в серии происходит снижение критического числа импульсов приводящих к повреждению. В работе [54] приведены фотографии, на которых показано накопление повреждений на поверхности Ag при воздействии 1500 и 5000 импульсов.

Многоимпульсное повреждение полупроводников исследовалось в работах [56, 58, 59]. Было показано, что разрушение связано с накоплением дефектов в поверхностном слое, и разрушение имеет пороговый характер.

Низкопороговое дефектообразование и возникновение неупрогих деформаций в поверхностых слоях полупроводников при многократном импульсном лазерном воздействии (мощность лазерных импульсов была намного ниже порога плавления) исследовалось в работах [117, 118]. Было показано, что на начальных стадиях деформаций, вызванных лазерным воздействием доминируют процессы образования и самоорганизации точечных дефектов. Указаны пороги появления неупругой деформации поверхности различных полупроводников при воздействии большого числа лазерных импульсов. В [117] говорится, что наблюдаемые низкопороговые эффекты имеют дефектно-деформационную природу.

Итак, существует множество работ, посвященных воздействию лазерного пучка на поверхность полупроводников. Выше была перечислена только малая их часть. Однако, в данной области существуют малоисследованные вопросы, актуальность которых несомненна как с точки зрения фундаментальных аспектов, так и с точки зрения технологических приложений. Данная диссертация посвящена таким малоисследованным и актуальным вопросам.

Целью данной работы являлось экспериментальное исследование процессов твердофазного разрушения поверхности монокристаллического кремния при импульсном и импульсно-периодическом воздействии субмикросекундных импульсов YAG:Nd лазера.

На основании данной цели работы были поставлены задачи исследования:

1. Определение типа, размеров и концентрации структурных дефектов, с генерацией которых в поверхностном слое при лазерном воздействии, связано разрушение материала.

2. Исследование динамики лазерного твердофазного разрушения поверхности материала при импульсно-периодическом лазерном воздействии (при различном периоде повторения и плотности мощности лазерных импульсов).

3. Исследование влияния внешней атмосферы на процессы твердофазного лазерного разрушения поверхности кремния.

Структура диссертационной работы:

Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения. В каждой главе (кроме введения) представлены результаты оригинальных экспериментальных иссследований. Во введении (гл.1) дан краткий обзор научной литературы по рассматриваемой проблеме, приведено содержание работы по главам, изложена научная новизна, актуальность и практическая ценность полученных результатов.

Глава 2 посвящена исследованию динамики лазерного твердофазного разрушения поверхности Si в вакууме при импульсно-периодическом воздействии. В ней сделан вывод о возможных механизмах разрушения, показаны концентрация, размер, время релаксации дислокаций, генерация и рост которых в поверхностном слое определяет разрушение в твердой фазе.

Глава 3 диссертации посвящена исследованию особенностей лазерного твердофазного разрушения кремния в атмосфере различных газов. Показано, что динамика лазерного разрушения в вакууме и газах отличается: при облучениии в газах возникают аномальные по-времени деформации поверхности образца, появление которых предположительно связано с диффузией атомов газов в насыщенном дефектами поверхностный слое.

Глава 4 посвящена исследованию эмиссии частиц связанной с микроразрушениями поверхности при лазерном воздействии. Результаты измерений показывают, что при воздействии на поверхность кремния лазерных импульсов с плотностью мощности / не ниже порга плавления материала (1 1т), наблюдается нетепловое свечение, которое, как представляется, связано с образованием микротрещин на поверхности.

В Заключении приведены основные выводы и результаты работы.

Научная новизна работы заключается в том, что в результате проведенных исследований получены новые экспериментальные результаты:

1. Зарегистрировано образование и рост дислокационных петель в поверхностном слое материала при импульсно-периодическом лазерном воздействии.

2. Получены зависимости Nc=f (І, т) числа лазерных импульсов N„ приводящих к разрушению поверхности кремния, от плотности мощности лазерного импульса / и периода следования импульсов г.

3. Зарегистрировано образование и аномально медленная релаксации неоднородностей рельефа на поверхности кремния при лазерном воздействии.

4. Измерены пороговые интенсивности лазерного импульса, при которых формируются данные неоднородности, при облучении образцов в различных окружающих газах.

5. Измерена продолжительность сигнала рассеяния луча пробного лазера, характеризующая релаксацию неоднородностей рельефа на поверхности кремния, при лазерном воздействии на образцы в атмосфере различных газов.

6. Зарегистрировано нетепловое свечение, сопровождающее процессы твердофазного разрушения кремния при лазерном воздействии.

На основании полученных результатов были сформулированы защищаемые положения:

1. Твердофазное разрушение поверхности монокристаллического кремния при импульсно-периодическом воздействии субмикросекундных импульсов NdiYAG лазера (/р=300 ns, А=1,06 рлп, 1=2.5+3.4 MW/cm2) определяется конкуренцией процессов генерации и релаксации дислокационных петель, образующихся в поверхностном слое материала.

2. При воздействии лазерных импульсов на кремний в присутствии окружающего газа наблюдается образование неоднородностей рельефа поверхности, релаксирующих за время, намного превышающее время остывания поверхности.

3. Порог появления неоднородностей рельефа, образующихся при воздействии лазерных импульсов на поверхность кремния, зависит от окружающего образец газа: при облучении образцов в атмосфере гелия данные неоднородности образуются при наименьшей интенсивности лазерного воздействия.

Практическая ценность работы состоит в том, что результаты данных исследований механизмов лазерного твердофазного разрушения поверхности кремния в могут использоваться при разработке методов направленной лазерно-индуцированной модификации кремния, в том числе лазерно-индуцированнной диффузии примесей, лазерного напыления пленок, гетеррирования, лазерной резки подложек.

Подобные работы
Кибалов Дмитрий Станиславович
Волнообразные наноструктуры на поверхности кремния, инициируемые ионной бомбардировкой
Калугин Виктор Владимирович
Исследование и разработка процессов подготовки поверхности кремниевых пластин при изготовлении структур кремний на изоляторе
Дроздова Татьяна Николаевна
Изучение закономерностей и моделирование разрушения поверхности никелевых сплавов с целью повышения стойкости анодов в высокотемпературных кислородсодержащих расплавах
Фадин Юрий Александрович
Кинетика разрушения поверхности металлических материалов при трении
Рыжкова Мария Валерьевна
Исследование электрической проводимости наноструктур, образованных адсорбатами I,III групп на поверхности кремния
Иванченко Максим Викторович
Рост пленок железа и силицидов железа на атомарно-чистой и модифицированной бором поверхности кремния Si(111)
Захаров Максим Викторович
Динамика структурно-фазовых переходов на поверхности кремния при импульсном световом облучении
Чукланов Антон Петрович
Исследование химически модифицированной поверхности кремния, нанокатализаторов и оптических структур методами сканирующей зондовой микроскопии
Герасименко Николай Николаевич
Исследование структуры поверхности кремния по оптическому отражению
Кириллова Светлана Ильинична
Релаксация неравновесного обеднения на поверхности кремния при сильных электрических полях

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net