И́мпульсная терми́ческая обрабо́тка, способ термической обработки материалов и изделий путём кратковременного (импульсного) воздействия на них оптическим излучением либо электронным или ионным пучком. Продолжительность теплового воздействия при импульсной термической обработке составляет от нескольких наносекунд до нескольких секунд при плотности энергии от 0,1 до 100 Дж/см² (в этом случае температура нагреваемых участков может достигать 800–1800 К, а скорость нагрева – 10¹⁴ К/с). Характер воздействия выбирается так, чтобы оно обеспечивало требуемый тепловой эффект, но не вызывало нарушения целостности изделия и не приводило к появлению нежелательных изменений в структуре материала. В качестве источников импульсов применяются газоразрядные лампы, лазеры, электронные и ионные пушки, полосковые графитовые нагреватели и др.

Эффективность импульсной термической обработки обусловлена тем, что электронные и ионные потоки практически полностью поглощаются в приповерхностных слоях материала толщиной до нескольких микрометров (в результате могут изменяться химический состав и, почти всегда‚ структура обрабатываемого материала). При воздействии оптическим излучением степень его поглощения зависит от длины световой волны (например, длинноволновое излучение непригодно для импульсной термической обработки полупроводников из-за их прозрачности для излучения с энергией квантов, меньшей ширины запрещённой зоны, но годится для обработки слоистых материалов, содержащих непрозрачные слои металла наряду с прозрачными слоями полупроводника или диэлектрика).

Различают три основных режима нагрева изделия (материала) при импульсной термической обработке: поверхностный нагрев (энергия поглощается в приповерхностном слое толщиной до нескольких микрометров); поверхностно-объёмный нагрев (глубина прогрева достигает нескольких десятков микрометров); объёмный нагрев (изделие или материал прогреваются на всю глубину). Режим нагрева зависит от продолжительности теплового воздействия (импульса) плотности подводимой энергии. При поверхностном нагреве (со скоростью до 10⁸ К/с) тепло не успевает отводиться от нагреваемых участков и небольшой плотности энергии бывает достаточно для сильного разогрева и даже расплавления приповерхностного слоя. Однако при этом в обрабатываемом изделии могут возникать большие температурные перепады (градиенты), что часто недопустимо. Поверхностный нагрев используется, например, для рекристаллизации аморфных плёнок, вжигания контактов (площадью около 1 мкм²)‚ а также в тех случаях, когда более глубокий прогрев нежелателен, например из-за опасения сместить примесные фронты в приборных структурах.

При поверхностно-объёмном нагреве тепло, выделяющееся на поверхности изделия (материала) за время действия излучения, успевает диффузионно перераспределиться в объёме изделия, вследствие чего уменьшаются температурные перепады в материале и, соответственно, механические напряжения в нём. Такой режим нагрева применяется при импульсной термической обработке сравнительно толстых, многослойных плёночных структур на подложке, обратная сторона которой по какой-либо причине не должна прогреваться.

Объёмный нагрев характеризуется квазиравномерным температурным полем в обрабатываемом изделии, что создаёт наиболее благоприятные условия для формирования бездефектных рекристаллизационных областей. Первые исследования по импульсной термической обработке относятся к началу 1970-х гг., уже в середине 1980-х гг. она применялась для локального травления и испарения материалов при формировании топологии полупроводниковых приборов в интегральных схемах; для очистки поверхности полупроводниковых структур; сплавления тонких слоёв разнородных материалов, слоёв полупроводников с подложкой; сверления отверстий и гравировки, пайки и сварки. С помощью импульсной термической обработки можно выполнять локальный отжиг материалов для снятия в них механических напряжений и устранения кластерных дефектов в диффузионных слоях, для активации имплантированных примесей, рекристаллизации эпитаксиальных поликристаллических и аморфных плёнок, создания неравновесных твёрдых растворов с целью повышения в 10–100 раз растворимости электрически активных примесей в полупроводниках, подгонки в номинал резисторов и конденсаторов гибридных интегральных схем, устранения дефектов на фотошаблонах и т. д.