ЛА́ЗЕРНЫЙ О́ТЖИГ

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.