ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Импульсный лазерный отжиг полупроводников из "Физика мощного лазерного излучения " Этот эффект был открыт в нашей стране в середине 70-х годов [24]. В настоящее время он всесторонне исследован и нашел приложения в технологии полупроводниковых материалов (см. обзоры и сборники [25— 27]). Несмотря на ряд присущих ему недостатков, связанных с пространственной неоднородностью пучка, большими скоростями движения фронта расплава, наличием большого количества точечных дефектов в импульсно-отожженных образцах, ИЛО не теряет значения для технологии полупроводниковых материалов, особенно для микротехнологии полупроводниковых устройств, интегральных схем. Первые успешные эксперименты по ИЛО и выяснение его тепловой природы привели к внедрению в современную полупроводниковую технологию импульсного отжига, осуществляемого мощными импульсными лампами или пучками частиц, который в отличие от ИЛО обеспечивает однородный отжиг больших участков поверхности. [c.150] Наиболее широкое ИЛО применяется для устранения структурных несовершенств и радиационных дефектов, наведенных в приповерхностном слое кристалла при ионной имплантации, т.е. при введении в этот слой нужных примесей путем бомбардировки поверхности ускоренными ионами этих примесей. [c.150] Например, ИЛО представляет важную для технологии возможность получения совершенных кристаллических структур в приповерхностных слоях с недостижимыми при обычном тепловом отжиге концентрациями примесей (до 10 см и выше). [c.150] При обычном способе отжига дефектов, наведенных ионной бомбардировкой, препятствием для получения столь высоких концентраций примеси служит неизбежная при этом способе диффузия примесных частиц в глубь материала. При быстротечном импульсном лазерном отжиге диффузия примесей сильно подавляется. [c.150] Со времени открытия явления импульсного лазерного отжига большие усилия теоретиков и экспериментаторов были направлены на выяснение его физического механизма. До последнего времени рассматривались два альтернативных механизма ИЛО — тепловой и плазменный . [c.150] Традиционная тепловая модель лазерного отжига основывается на представлениях о быстрой передаче энергии из системы горячих носителей в решетку (см. п. 2.7.1). [c.151] Аналитические оценки, основанные на допущении о быстрой передаче всей энергии лазерного импульса решетке, и численное решение уравнения теплопроводности показывают, что температура плавления легко достигается при значениях энергии, типичных для ИЛО. [c.151] Пример. Для кристалла кремния (То 625 К, а = 1,18 А) формула (2.7.11) дает Гпл = 1685 К для х = 0,2, тогда как экспериментальное значение этой величины есть Гпл = 1690 К. [c.151] Тепловая модель лазерного отжига подтверждается результатами комплексных исследований поверхностей полупроводников во время и после окончания действия лазерного импульса. Сюда относится большое число экспериментов по сверхбыстрой лазерной спектроскопии поверхности сильно возбужденных полупроводников (см. гл. IV). Измерение скоростей атомов, испаренных с поверхности при лазерном отжиге, показывает, что температура поверхности достигает примерно 2000 К, т.е. превышает температуру плавления Si. Тепловая модель подтверждается также измерениями временной эволюции температуры с помощью синхротронного рентгеновского излучения, фотоэмиссии и электропроводности и распределения примесей после лазерного отжига. [c.151] В экспериментах по измерению распределения по скорости испаренных с поверхности GaAs атомов было установлено, что при воздействии на поверхность GaAs мощных пико- и фемтосекундных импульсов происходит сильный ее перегрев, предшествующий началу плавления. [c.151] Этот эффект обусловлен тем, что при переходе из валентной зоны проводимости электрон переходит из связывающего состояния в антисвязывающее, так что ковалентная связь ослабляется. Эффект размягчения акустических фононов может приводить также к уменьшению температуры обычного плавления. [c.152] Для того чтобы эта модель могла объяснить эксперименты по ИЛО с наносекундными импульсами, авторам плазменной модели ИЛО (И. Ван-Вехтен [28]) приходится прибегать к весьма сомнительной гипотезе о том, что энергия оптического возбуждения, поглощенная электронно-дырочной подсистемой кристалла, остается в ней на временах вплоть до десятков наносекунд, не передаваясь к решетке. В свете сказанного выше (см. п. 2.7.2) эта гипотеза представляется нереальной. [c.152] Плазменная модель ИЛО имела в качестве экспериментальной базы результаты измерений температуры кристаллической решетки кристалла методом спонтанного комбинационного рассеяния, впервые выполненных в начале 80-х годов (А. Компаан с соавт. [29]). Оценка температуры приповерхностной области кристалла 81, подвергнутого ИЛО с помощью импульсов наносекундной длительности, вначале оказалась аномально низкой — всего около 600 К, тогда как температура плавления кремния, как уже указывалось, есть Гпл = 1690 К. [c.152] Оказались несостоятельными и попытки авторов плазменной модели ИЛО опереться на экспериментальные данные, полученные с помощью других методов с импульсами нано- и субнаносекундной длительности. [c.152] Однако плазменные эффекты оказываются весьма существенными при интерпретации экспериментов по резонансному взаимодействию мощных лазерных импульсов фемтосекундной длительности с полупроводниковыми материалами. [c.152] Вернуться к основной статье