Aplikace zpracování laserového rušení

Tato část stručně vysvětluje různé důležité aplikace zpracování laserového rušení.

Krystalizace a strukturování polovodičových filmů

Nedávno zpracování laserového rušení přitahuje rostoucí zájmy v polovodičovém průmyslu. Aplikace, které získaly významné pozornosti, zahrnují laserově indukovanou krystalizaci a strukturování amorfních a nanokrystalických polovodičů. Tyto aplikace jsou stručně diskutovány v následujících částech.

Když se mohou narušit dva nebo více paprsků na povrch amorfního filmu, modulace intenzity může vyvolat periodické krystalizační vzorce se střídavým amorfním a polykrystalickým liniím (rušení dvou paprsků) nebo tečky (tři-paprsky nebo čtyři paprsky) . Krystalizace indukovaná laserem zahrnuje ultrarychlé tání a zhoršení procesy daleko od tepelné rovnováhy (Mulato et al. 2002). Krystalizace amorfních polovodičů vyvolaná laserem je obzvláště zajímavá, protože umožňuje výrobu filmů velkých ploch pro aplikace v displejích plochých panelů a solárních článcích. Aplikace interferenčních vzorců pro produkci periodických mikrokrystalických struktur byly nejprve prokázány pro amorfní křemíkové filmy bez vodíku pomocí pulzního barviva laseru (Heintze et al. 1994). Obrázek 11.6 představuje periodické liniové a dot-podobné krystalické struktury produkované interferenční krystalizací amorfního křemíku, po kterém následuje selektivní leptání plazmy. Jak je uvedeno na obr. 11.6a, modulace sinusoidní intenzity ve dvoupalském rušení vede k mřížce liniové pruhy 400nm široké čtvercové vlnové pruhy oddělené 340 nm širokými zákopy. Ostrost rozhraní mezi mikrokrystalickým

Obr. 11.6 (a) krystalické liniové mřížky a (b) dot mřížky produkované laserovým interferenčním krystalizací a selektivním leptání plazmy.

(Přetištěno z Heintze et al. 1994. Se svolením. Copyright American Institute of Physics.)

A amorfní oblast je výsledkem dobře definovaného prahu laserového krystalizace amorfního křemíku (95 mJ/cm2). Periodické dvourozměrné tečkovací mřížky mohou být vyrobeny rušením čtyř paprsků tak, že každá krystalická tečka představuje bod křížení dvou superponovaných kolmých liniových mřížek (obr. 11.6b). Je nutné vybrat intenzitu paprsků tak, že krystalizace je indukována pouze při maximách rušení v bodech křížení dvou kolmých liniových mřížek. Mikrokrystalické tečky s průměrným průměrem 700 nm a tloušťkou 200 nm byly vyrobeny pomocí kombinace laserového rušení a selektivního leptání plazmy.

Podobné studie krystalizace laserových interferencí byly provedeny na amorfních germanových filmech (Mulato a kol. 1997; Mulato a kol. 1998). Obrázek 11.7 představuje vzorec DOT krystalizovaného germania s hexagonální mřížkovou symetrií získanou trojnásobným laserovým rušením. Krystalinita teček může být potvrzena pomocí prostorově rozlišené mikro-ramanové spektroskopie. Obrázek 11.8 představuje prostorovou variantu (boční rozlišení 0,7UM) krystalického (300 cm- 1) a amorfních (~ 270 cm- 1) složek Ramanova spektra přes laserově krystalizovanou tečku. Obrázek ukazuje na nejvyšší krystalický příspěvek ve středu DOT a nejvyšší amorfní příspěvek mezi tečkami (Mulato et al. 1997).

Amorfní křemíkové a germaniové filmy pěstované PECVD (plazmatická vylepšená chemická pára) obecně obsahují více než 10 na. % Hydro-gen. Když jsou takové filmy vystaveny krystalizaci laserového rušení, dochází k výbušnému výpotku vodíku, což vede k narušení povrchu filmu nebo tvorbě volně stojících filmů. Nedávno byla studována laserová interferenční krystalizace pro amorfní germanium-nitrogen (A-Gen) bez vodíku, aby se stanovila role dusíku během fázového přechodu. Obrázek 11.9 představuje

Obr. 11.7 Laserová interferenční krystalizace amorfního germania ukazující hexagonální mříž krystalizovaného germaniatečky s obdobím

2,6 m získané se třemi paprsky. (Přetištěno z Mulato et al. 1997. Spovolení. Copyright American Institute of Physics.)

Obr. 11.8 Prostorová variace krystalického (~ 300 cm - 1) a amorfní (~ 270 cm - 1) složek Ramanova spektra

přes laserovou krystalizovanou germaniovou tečku. (Přetištěno z Mulato et al. 1997. Se svolením. Copyright American Institute of Physics.)

Obr. 11.9 AFM povrch a vertikální profily filmu amorfního genů ozářeného vzorem rušení dvou paprsků ukazující periodické mikrokrystalické a amorfní linie. (Přetištěno z Mulato et al. 2002. Se svolením. Copyright American Institute of Physics.) Povrchový profil a vertikální profil (měřený mikroskopií atomové síly) periodické krystalizační struktury získané dvěma interferujícími paprsky na povrchu A-Gen. Obrázek označuje periodické tmavší linie odpovídající mikrokrystalickému germaniu a jasné čáry odpovídající neovlivněnému amorfnímu gen. Mikrokrystalické linie mají období 4 m a šířku 1 m. Jako optické difrakční mřížky lze použít takové povrchové interferenční struktury s trojrozměrnými profily a různé optické vlastnosti odpovídající získané mikrokrystalické a amorfní oblasti. Vertikální profil také ukazuje, že krystalizovaná část filmu je přibližně o 25 nm nižší než amorfní oblast v důsledku výtoku dusíku podobného jako u vodíku v případě filmů amorfního křemíku (A-Si: H). To lze potvrdit charakterizačními technikami, jako je infračervená spektroskopie a Ramanova spektroskopie (obr. 11.10). Obrázek 11.10a představuje infračervené GE - N protahovací absorpční pásmo genního filmu před a po laserové interakci. Rozdíl v síle absorpčního pásma ukazuje, že celkový počet vazeb GE - N se po laserové krystalizaci snížil, což naznačuje výpot dusíku během krystalizace. Jak již bylo zmíněno dříve, důkaz krystalizace ve filmech amorfních gen po zpracování laserového interferencí lze získat Ramanovou spektroskopií (obr. 11.10b). Obrázek jasně ukazuje, že absence krystalické složky odpovídající 300 cm - 1 v počátečním amorfním filmu. Vrchol se objeví ve vzorku laseru sekrystalizovaného, ​​který lze porovnat s referenčním krystalickým germaniem. Šířka píku ve vzorku laserem se krystalizovaným ukazuje, že laserová interference má za následek tvorbu distribuce malých krystalitů namísto monokalinového germania (Mulato et al. 2002).

Pro mnoho tenkých filmových elektronických aplikací je důležité porozumět chování růstu zrna během krystalizace laserového rušení amorfního nebo

Obr. 11.10 (a) Infračervené GE - N protahovací absorpční pásy a (b) Ramanovy spektra filmů amorfních genů před a před a

Po ozáření vzorem interferenčního vzoru laseru. (Přetištěno z Mulato et al. 2002. Se svolením. Copyright American Institute of Physics.)

Nanokrystalické tenké filmy. To má zvláštní význam, kdy je požadována mikrokrystalizace usnadněná super laterálním růstem (SLG). Jak již bylo zmíněno, laserem indukovaná krystalizace je spojena s ultrarychlým tání a tuhnutí. Zrna nukleatují na rozhraní pevné látky a rostou směrem k maximu rušení podél tepelného gradientu. Zrna rostoucí z obou stran maxima rušení se setkávají ve středu maxima a tvoří hranici zrn. Boční růst zrna za určitých podmínek je omezen spontánní nukleací menších zrn ve středu energetické maximy. Za těchto podmínek nemohou boční zrna dosáhnout středu maxima rušení. To je znázorněno na obrázku AFM (obr. 11.11) získané z povrchu amorfního křemíku krystalizovaného pomocí symetrického rušení dvou paprsků (podle frekvence zdvojnásobeného Q-přepínaného ND: YAG laseru s vlnovou délkou 532 nm). K úpravě a optimalizaci přechodných teplotních profilů a tím i chování přechodných teplot a tím i chování přechodných teplot a tím i chování přechodných teplot a tím i chování přechodných teplot a tím i chování přechodných teplot a tím i chování přechodných teplot, a tedy chování při chování z zrn (Rezek et al. 2000).

Byly provedeny podobné studie o laterálním růstu růstu zrna během laserového interferenčního krystalizace amorfních nebo nanokrystalických filmů, uložených na křemenných substrátech (Eisele et al. 2003). Krystalizační experimenty byly prováděny se dvěma odlišnými schématy: krystalizace laserového interferenčního krystalizace (LIC) a skenovací laserová interferenční krystalizace (SLIC). V LIC je interferenční pacienta přímo ozářena na povrchu vzorku, zatímco ve Slic je vzorec interferencí posunut na povrchu s předdefinovanou šířkou (obr. 11.12). Obrázek 11.13 představuje TEM obrazy z částí laserověkrystalizovaných linií sige filmů krystalizovaných při dvou různých teplotách (25 ° C a 740 ° C). V případě laserově indukované krystalizace (LIC) při teplotě místnosti je laterální růst zrna omezen v důsledku spontánní nukleace menších zrn ve středu linie. V případě LIC při zvýšené teplotě však snížená rychlost chlazení vede ke snížení nebo žádné spontánní nukleace. Spontánní nukleace lze také zabránit užšími liniemi získanými při rušení tří paprsků. Obrázek AFM sigeho filmu krystalizovaného vzorem interferencí tří paprsků (s periodou 6 M) za použití SLIC je uveden na obr. 11.14. Jak je uvedeno na obrázku, SLIC má za následek delší zrna (~ 2 m).

Obr. 11.12 Schéma (A) krystalizace laserového interferenčního krystalizace (LIC) a (b) a (c) skenovací laserová interferenční krystalizace (SLIC).

(Přetištěno z Eisele et al. 2003. Se svolením. Copyright Elsevier.)