Подготовительные операции. Очистка поверхности

За­мет­ное по­выше­ние дав­ле­ния в ка­мере об­ра­бот­ки, ко­торое наб­лю­да­ет­ся при пер­вом ла­зер­ном им­пуль­се, сви­детель­ству­ет о де­сор­бции заг­рязне­ний с по­вер­хнос­ти при об­лу­чении. С дру­гой сто­роны, при плав­ле­нии по­вер­хностно­го слоя об­лу­ча­емо­го ма­тери­ала, при­меси, пер­во­началь­но на­ходя­щи­еся на по­вер­хнос­ти, мо­гут ин­тенсив­но пе­рерас­пре­делять­ся в об­ра­зу­ющем­ся рас­пла­ве.

Кон­цен­тра­ция кис­ло­рода на по­вер­хнос­ти и в при­повер­хностном слое до и пос­ле им­пуль­сно­го ла­зер­но­го воз­дей­ствия бы­ла ис­сле­дова­на ме­тода­ми об­ратно­го ре­зер­фордов­ско­го рас­се­яния и ядер­но­го ре­зонан­са по ре­ак­ции ¹⁶O(αα)¹⁸O в ком­плек­се с оже-спек­трос­ко­пи­ей. Пос­ле об­лу­чения пок­ры­той ес­тес­твен­ным ад­сорби­рован­ным кис­ло­родом по­вер­хнос­ти (100) крем­ния во­семью им­пуль­са­ми с плот­ностью энер­гии Q ∼ 1,55 Дж/см² в свер­хвы­сокой ва­ку­уме кон­цен­тра­ция кис­ло­рода на по­вер­хнос­ти сос­та­вила ме­нее 0,3 % мо­нос­лоя (по дан­ным оже-спек­трос­ко­пии). Кон­цен­тра­ция ато­мов кис­ло­рода на сред­ней глу­бине 1100 Å для ин­терва­ла глу­бин 500–1700 Å сос­тавля­ла, по дан­ным ана­лиза ядер­ной ре­ак­ции, ме­нее 3,1 · 10¹⁸ см⁻³. Это ука­зыва­ет на то, что при ла­зер­ном об­лу­чении ме­нее 1 % кис­ло­рода диф­фунди­ру­ет в объ­ём, так что кон­цен­тра­ция в объ­ёме бы­ла су­щес­твен­но ни­же, чем пре­дель­ная рас­тво­римость кис­ло­рода в крем­нии. Этот факт мож­но объ­яс­нить сле­ду­ющим об­ра­зом.

Из­вес­тно, что ско­рость рас­тво­рения окис­ла в крем­нии сос­тавля­ет ве­личи­ну ∼10⁵ см/мин. Тол­щи­на ес­тес­твен­но­го окис­ла в свер­хвы­соком ва­ку­уме рав­на ∼20 Å. Это оз­на­ча­ет, что для внед­ре­ния та­кого слоя в зо­ну проп­лавле­ния тре­бу­ет­ся око­ло вре­мя ∼1 с. Пос­коль­ку вре­мя су­щес­тво­вания рас­пла­ва зна­читель­но мень­ше (∼10⁻⁶ с), в рас­плав ус­пе­ва­ет внед­рить­ся лишь ма­лая часть ато­мов кис­ло­рода. Что­бы свес­ти к ми­ниму­му воз­можность пе­рерас­пре­деле­ния та­ких заг­рязне­ний, как кис­ло­род и уг­ле­род, на­ибо­лее эф­фектив­но вна­чале про­из­вести ка­тод­ное рас­пы­ление по­вер­хнос­ти и уже за­тем ла­зер­ным об­лу­чени­ем по­лучить ато­мар­но-чис­тую по­вер­хностную зо­ну.