ЛА́ЗЕРНЫЙ О́ТЖИГ
-
Рубрика: Физика
-
-
Скопировать библиографическую ссылку:
ЛА́ЗЕРНЫЙ О́ТЖИГ, физическое явление и метод быстрой ориентированной кристаллизации твёрдых тел под действием импульсного лазерного излучения высокой интенсивности. Как физич. явление Л. о. открыт в 1974–75 в ряде ин-тов АН СССР (Гос. пр., 1988). Как метод Л. о. был предложен И. Б. Хайбуллиным с сотрудниками (Казанский физико-технич. ин-т) и означал восстановление кристаллич. структуры тонких (толщиной менее 1 мкм) полупроводниковых слоёв, разупорядоченных при ионной имплантации. Л. о. предложен как альтернатива термич. отжигу, широко применяемому в микроэлектронике после имплантации ионов электроактивных примесей (напр., фосфора или бора) в полупроводниковый кремний для создания слоёв проводимости электронного или дырочного типа. В широком смысле Л. о. означает разл. структурные и фазовые превращения в твёрдых телах (полупроводниках, металлах, диэлектриках) под действием лазерного излучения. Л. о. положен в основу науч. направления и технологии импульсной модификации материалов интенсивными пучками электромагнитных волн, электронов, ионов.
Осн. механизмом Л. о. полупроводников и др. материалов в широком диапазоне длительностей лазерного излучения является тепловой. В зависимости от скорости и степени нагрева, определяемых плотностью мощности и длительностью излучения, а также оптич. и теплофизич. свойствами материала, реализуются 2 режима Л. о. – твердофазный и жидкофазный.
Твердофазный режим, осуществляемый при воздействии импульсами лазера (или импульсных ламп) длительностью 10–3–10 с, позволяет снизить до минимума диффузионное перераспределение примеси. Этот режим широко применяется для отжига интегральных схем, создания сверхтонких (толщиной менее 0,1 мкм) сильнолегированных слоёв, уплотнения тонкоплёночных покрытий, сглаживания микрорельефа поверхности и т. п.
Жидкофазный режим Л. о. реализуется при воздействии интенсивного лазерного импульса длительностью 10–9–10–6 с. При Л. о. в этом режиме в условиях высокого темпа нагрева и охлаждения (до 1012 градус/с) происходит быстрая направленная кристаллизация равновесных или метастабильных расплавов со скоростями (до 10 м/с), превышающими скорости образования протяжённых дефектов кристаллич. структуры. В этом режиме Л. о. повышается также сечение захвата примесей движущейся границей раздела фаз. При воздействии коротковолнового излучения в пикосекундном диапазоне длительности импульса (менее 10–9 с) скорости охлаждения и затвердевания возрастают, что приводит к срыву кристаллизации и аморфизации материалов.
Уникальными и технологически важными особенностями Л. о. являются высокая пространственная локальность модифицирования тонких слоёв и отд. участков поверхности с размерами менее 0,1 мкм; отсутствие ростовых дефектов (дислокаций, кластеров примесей и др.) в кристаллич. слоях, подвергнутых отжигу; повышенный уровень растворимости примесей в кристаллах, в десятки раз превышающий их равновесную растворимость. Внедрение (напр., ионной имплантацией либо диффузией) электроактивных примесей в полупроводниковые кристаллы с последующим Л. о. приводит к значит. снижению удельного электрич. сопротивления элементов полупроводниковых приборов. Л. о. позволяет синтезировать новые тонкоплёночные (в т. ч. нанокристаллические) материалы и обрабатывать сложные структуры и легкоразлагающиеся соединения на воздухе без использования защитных сред. Импульсное лазерное воздействие широко применяется при разработке новых приборов микро- и наноэлектроники.