Основные операции. Лазерное легирование
Процессы следуют в следующем порядке:
1) энергия лазерного излучения поглощается в тонком слое облучаемого вещества плёнки и практически мгновенно (τeр ∼ 10−11 ÷ 10−12 с) передаётся кристаллической решётке поглощающего материала;
2) материал, поглотивший излучение, за время ∼1 нс нагревается до температуры плавления. За счёт теплового контакта между плёнкой и матрицей из-за теплопроводности происходит нагревание материала матрицы;
3) при соответствующей толщине плёнки и определённой пороговой плотности энергии лазерного излучения возможно одновременное существование расплава материала плёнки и матрицы;
4) атомы плёнки и матрицы имеют возможность взаимно перемешиваться в жидкой фазе в течение времени существования расплава;
5) в результате процесса диффузии формируется определённое распределение атомов плёнки в поверхностном слое матрицы;
6) процесс остывания материала происходит в условиях быстрого движения фронта отвердевания со скоростями ∼10 м/с от границы раздела жидкость – твёрдое тело по направлению к поверхности. Движение этого фронта фиксирует концентрационный профиль атомов легирующего элемента в поверхностном слое матрицы.
Представленная здесь модель не учитывает такие эффекты как испарение, поглощение лазерного излучения в паре, плазмоообразование, взаимодействие пара (плазмы) с расплавленным слоем матрицы. Ранее отмечалось, что эти эффекты могут оказать определяющее влияние на процесс лазерной имплантации материалов.
Рассмотрим некоторые характерные результаты, полученные при лазерном легировании кремния и полупроводников типа A3B5 при облучении лазером на АИГ:Nd. С привлечением широкого спектра диагностических средств (обратное рассеяние лёгких ионов, растровая электронная микроскопия, мессбауэровская спектроскопия), были подробно исследованы процессы лазерного легирования кремния и GaAs путём облучения систем «тонкие плёнки» олова и железа на полупроводниковых подложках лазером на АИГ:Nd.
Выбор в качестве диффундирующих элементов Sn и Fe не случаен. Во-первых, использование изотопов 119Sn и 57Fe позволяет применить для исследований такой высокоинформативный и тонкий метод как мессбауэрсвская спектроскопия, во-вторых, указанные примеси в кремнии характеризуются различающимися на много порядков величины коэффициентами диффузии в твёрдой фазе и равновесной растворимости.
