Установлен вклад собственного поглощения кремния и генерированной электронно-дырочной плазмы в процессы наносекундного лазерного отжига. На основе полученных данных развит метод лазерных обработок с температурно-управляемым поглощением кремниевых структур, позволяющий синтезировать нанокристаллические соединения без нарушения поверхности.
Лаборатория интенсивных радиационных воздействий КФТИ КазНЦ РАН.
Руководитель: Баязитов Р.М.
Исполнители: Баталов Р.И., Галяутдинов М.Ф.(КФТИ КазНЦ РАН), Ивлев Г.Д., Гацкевич Е.И. (ИФ НАНБ)
Для решения дискуссионного вопроса о роли электронно-дырочной плазмы при лазерной обработке полупроводников проводилось оптическое зондирование излучением с длиной волны вблизи края собственного поглощения кремния. Впервые для повышения чувствительности эксперимента зондирующее излучение направлялось и регистрировалось под углом полного внутреннего отражения света. Установлено, что при типовых условиях лазерного отжига (λ = 0.69 мкм, Lt ~ 10-8 с) тонкоплёночных структур (имплантированных слоёв) концентрация электронно-дырочных пар в кристалле достигает значения 2×1020 см-3, а время их рекомбинации, определяемое Оже-процессами, не превышает длительности импульса. При данных параметрах плазмы не наблюдается сдвига температурных точек фазовых переходов. Установлена также температурная зависимость коэффициента собственного поглощения света вблизи фундаментального края кремния в диапазоне высоких температур (>500 K). Полученные данные использованы для моделирования и развития предложенного нами метода лазерного отжига с температурно-управляемой прозрачностью кристалла. При этом лазерное излучение (λ = 1.06 мкм) направляется с обратной стороны охлаждаемой кремниевой тонкоплёночной структуры. Фотогенерированная в кристалле электронно-дырочная плазма служит в качестве нелинейного фильтра, повышая равномерность поглощения излучения вблизи поверхности и предотвращая её нарушение. Метод позволил синтезировать слои нанокристаллических полупроводниковых соединений для кремниевой оптоэлектроники (например, силициды железа и хрома). При этом в отличии от традиционных лазерных обработок, не наблюдается нарушение поверхности тонкоплёночной структуры, а синтезируемые соединения обладают приемлемой для планарной технологии морфологией поверхности.
Публикации:
1. Ivlev G.D., Gatzkevich E.I., Bayazitov R.M., Batalov R.I., Khaibullin I.B.: Dynamics of photo-ionization, heating and crystallization of implanted silicon during laser annealing. Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. B 257, 208-211 (2007)
2. Баязитов Р.М.: Фотовозбуждение и нагрев при лазерной обработке кремниевых структур. Материалы VI Междунар. науч. конф. и IV школы-конф. молодых учёных «Радиационно-термические эффекты и процессы в неорганических материалах» (Суржиков А.П., отв. ред.). Физика 51, № 11/2, с. 212-218. Томск: ТомГУ 2008.
3. Bayazitov R.M.: Heating and photoionization of silicon structures at laser treatments. Proc. 17 IEEE Int. Conf. on Advanced Thermal Processing of Semiconductors (RTP 2009), pp. 109-112. Piscataway, NJ: IEEE 2009.