تطبيقات معالجة تدخل الليزر

يشرح هذا القسم بإيجاز التطبيقات المهمة المختلفة لمعالجة التداخل بالليزر.

تبلور وأفلام أشباه الموصلات

في الآونة الأخيرة ، تجذب معالجة التداخل بالليزر المصالح المتزايدة في صناعة شبه الموصل. وتشمل التطبيقات التي تلقت انتباهًا كبيرًا تبلور أشباه الموصلات غير المتبلور والبلورة النانوية. تمت مناقشة هذه التطبيقات لفترة وجيزة في الأقسام التالية.

عندما يُسمح بتدخل اثنين أو أكثر من الحزم على سطح الفيلم غير المتبلور ، فإن تعديل الشدة يمكن أن يحفز أنماط التبلور الدورية مع خطوط غير متبلورة ومتبلورات (تداخل ثنائي الشرقات) أو نقاط (تداخل ثلاثي أو أربعة حزامات) . يتضمن التبلور الناجم عن الليزر عمليات ذوبان وتصلب فائق السرعة بعيدًا عن التوازن الحراري (Mulato et al. 2002). يعد تبلور أشباه الموصلات غير المتبلور الناجم عن الليزر ذا أهمية خاصة لأنه يمكّن تصنيع أفلام المساحة الكبيرة للتطبيقات في شاشات اللوحة المسطحة والخلايا الشمسية. تم إظهار تطبيقات أنماط التداخل لإنتاج الهياكل المجهرية الدورية لأول مرة لأفلام السيليكون غير المتبلورة خالية من الهيدروجين باستخدام ليزر صبغة نبضي (Heintze et al. 1994). يعرض الشكل 11.6 الهياكل البلورية التي تشبه الخط الدوري والتي تشبه النقطة الناتجة عن تبلور التداخل في السيليكون غير المتبلور تليها حفر البلازما الانتقائية. كما هو مبين في الشكل 11.6 أ ، يؤدي تعديل الكثافة الجيبية في التداخل ثنائي الشرق إلى صريف خطوط الموجة المربعة بعرض 400 نيوتن متر مفصولة بـ 340 نانومتر من الخنادق. حدة الواجهة بين البلورة الدقيقة

الشكل.

(أعيد طبعه من Heintze et al. 1994. بإذن. حقوق الطبع والنشر المعهد الأمريكي للفيزياء.)

وتنتج المنطقة غير المتبلورة عن عتبة محددة جيدًا لتبلور الليزر للسيليكون غير المتبلور (95 ميجا جول/سم 2). يمكن أن تنتج حواجز شبكية النقطة ذات الأبعاد الدورية عن طريق التداخل لأربعة عوارض بحيث تمثل كل نقطة بلورية نقطة عبور شبكات شبكية للخط العمودي (الشكل 11.6 ب). من الضروري تحديد شدة الحزم بحيث يتم إحداث التبلور فقط عند الحد الأقصى للتداخل في نقاط عبور شبكية الخطوط العمودية. تم إنتاج نقاط البلورة الصغيرة بقطر متوسط ​​يبلغ 700 نانومتر وسمك 200 نانومتر باستخدام مزيج من تداخل الليزر وحفر البلازما الانتقائية.

أجريت دراسات تبلور تدخل الليزر المماثلة على أفلام الجرمانيوم غير المتبلورة (Mulato et al. 1997 ؛ Mulato et al. 1998). يعرض الشكل 11.7 نمط النقطة من الجرمانيوم المتبلور مع تناسق شعرية سداسية تم الحصول عليها عن طريق تداخل الليزر ثلاثي الشعارات. يمكن تأكيد بلورة النقاط باستخدام التحليل الطيفي المكاني. يعرض الشكل 11.8 التباين المكاني (الدقة الجانبية لـ 0.7um) من مكونات البلورية (300 سم- 1) ومكونات غير متبلورة (حوالي 270 سم- 1) من طيف رامان عبر النقطة المتبلورة بالليزر. يشير الشكل إلى أعلى مساهمة بلورية في وسط النقطة وأعلى مساهمة غير متبلورة بين النقاط (Mulato et al. 1997).

تحتوي أفلام السيليكون والجرمانيوم غير المتبلورة التي تزرعها PECVD (ترسب البخار الكيميائي المحسن في البلازما) بشكل عام على أكثر من 10 في. ٪ hydro- الجنرال. عندما تتعرض مثل هذه الأفلام لتبلور التداخل بالليزر ، يحدث الانصباب المتفجر للهيدروجين مما يؤدي إلى تعطيل سطح الفيلم أو تكوين أفلام قائمة بذاتها. في الآونة الأخيرة ، تمت دراسة تبلور التداخل بالليزر لسبائك الجرمانيوم-النيتروجين خالية من الهيدروجين (A-GEN) لتحديد دور النيتروجين أثناء انتقال الطور. يعرض الشكل 11.9

الشكل.نقاط مع فترة من

2.6 متر تم الحصول عليها مع تداخل ثلاثة حزم. (أعيد طبعه من Mulato et al. 1997. withإذن. حقوق الطبع والنشر المعهد الأمريكي للفيزياء.)

الشكل 11.8 التباين المكاني للبلورية (~ 300 سم - 1) ومكونات غير متبلورة (حوالي 270 سم - 1) من طيف رامان

عبر النقطة الجرمانيوم بالليزر. (أعيد طبعه من Mulato et al. 1997. بإذن. حقوق الطبع والنشر المعهد الأمريكي للفيزياء.)

الشكل 11.9 السطح AFM والملفات التعريف العمودية لفيلم الجنرال غير المتبلور المشععة بنمط تداخل ثنائي الحزمة يوضح الخطوط الدقيقة والمتبلورة الدورية. (أعيد طبعه من Mulato et al. 2002. بإذن. حقوق الطبع والنشر للمعهد الأمريكي للفيزياء.) المظهر الجانبي السطحي والمظهر العمودي (يقاس مع المجهر الذري للقوة) لهيكل التبلور الدوري الذي تم الحصول عليه مع اثنين من الحزم المتداخلة على سطح GEN. يشير الشكل إلى الخطوط الداكنة الدورية التي تتوافق مع الجرمانيوم المصغر والخطوط الواضحة المقابلة للجنرال غير المتبلور غير المتأثر. خطوط البلورة الدقيقة لها فترة 4 أمتار وعرض 1M. يمكن استخدام هياكل التداخل السطحي هذه مع ملفات تعريف ثلاثية الأبعاد ، والخصائص البصرية المختلفة المقابلة للمناطق الصغيرة والمتبلورة التي تم الحصول عليها كمشاريع حيود بصري. يوضح المظهر الجانبي العمودي أيضًا أن الجزء المتبلور من الفيلم أقل من 25 نانومتر من المنطقة غير المتبلورة بسبب انصباب النيتروجين المشابه لتلك الهيدروجين في حالة أفلام السيليكون غير المتبلورة (A-Si: H). يمكن تأكيد ذلك من خلال تقنيات التوصيف مثل التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء والطيفية رامان (الشكل 11.10). يعرض الشكل 11.10A نطاق امتصاص GE -N بالأشعة تحت الحمراء من فيلم Gen قبل وبعد تفاعل الليزر. يشير الفرق في قوة نطاق الامتصاص إلى أن العدد الإجمالي للروابط GE -N قد انخفض بعد بلورة الليزر مما يشير إلى انصباب النيتروجين أثناء التبلور. كما ذكرنا من قبل ، يمكن الحصول على دليل التبلور في أفلام GEN غير المتبلورة بعد معالجة التداخل بالليزر بواسطة التحليل الطيفي لـ RAMAN (الشكل 11.10 ب). يشير الشكل بوضوح إلى عدم وجود مكون بلوري يتوافق مع 300 سم - 1 في الفيلم غير المتبلور. تظهر الذروة في عينة البلورة بالليزر والتي يمكن مقارنتها مع الجرمانيوم البلوري المرجعي. يشير توسيع الذروة في العينة التي تبلور الليزر إلى أن تداخل الليزر يؤدي إلى تكوين توزيع البلورات الصغيرة بدلاً من فيلم الجرمانيوم أحادي التثبيت (Mulato et al. 2002).

بالنسبة للعديد من التطبيقات الإلكترونية للأفلام الرقيقة ، من المهم أن نفهم سلوك النمو أثناء تبلور التداخل بالليزر من غير متبلور أو

الشكل 11.10 (أ) نطاقات امتصاص GE -N بالأشعة تحت الحمراء ، و (ب) أطياف رامان من أفلام الجنرال غير المتبلورة قبل و

بعد الإشعاع مع نمط التداخل بالليزر. (أعيد طبعه من Mulato et al. 2002. بإذن. حقوق الطبع والنشر المعهد الأمريكي للفيزياء.)

أفلام رقيقة نانو بلورية. هذا له أهمية خاصة حيث يكون التثبيت المصغر الذي يسهله النمو الجانبي الفائق (SLG) مطلوبًا. كما هو مذكور من قبل ، يرتبط بلورة الليزر الناجم عن الانصهار والتصلب فائق السرعة. النيوانات من الحبوب في الواجهة الصلبة السائلة وتنمو نحو الحد الأقصى للتداخل على طول التدرج الحراري. تلتقي الحبوب التي تنمو من جانبي الحد الأقصى للتداخل في وسط الحد الأقصى وتشكل حدود الحبوب. يقتصر نمو الحبوب الجانبية في ظل ظروف معينة بسبب النواة التلقائية للحبوب الأصغر في وسط الحد الأقصى للطاقة. في ظل هذه الظروف ، لا يمكن للحبوب الجانبية الوصول إلى مركز الحد الأقصى للتداخل. يظهر هذا في صورة AFM (الشكل 11.11) الذي تم الحصول عليه من سطح السيليكون غير المتبلور المتبلور باستخدام نمط تداخل متماثلان متماثلان (عن طريق التردد مضاعف Q-switched ND: YAG مع طول موجة 532 نانومتر). يمكن أيضًا استخدام تبلور التداخل بالليزر غير المتماثل ، حيث تختلف شدة حزمة ليزر ، لضبط وتحسين ملفات تعريف درجة الحرارة العابرة ، وبالتالي سلوك نمو الحبوب (Rezek et al. 2000).

تم إجراء دراسات مماثلة حول سلوك النمو الجانبي للحبوب أثناء تبلور التداخل بالليزر لأفلام Sige غير المتبلورة أو النانوية ، المودعة على ركائز الكوارتز (Eisele et al. 2003). أجريت تجارب التبلور مع مخططين متميزين: تبلور التداخل بالليزر (LIC) ومسح تبلور التداخل بالليزر (SLIC). في LIC ، يتم تشعيع التداخل بشكل مباشر على سطح العينة ، بينما ، في SLIC ، يتم تحويل نمط التداخل على السطح باستخدام خطوة خطوة بخطوة محددة مسبقًا (الشكل 11.12). يعرض الشكل 11.13 صور TEM من أقسام خطوط البلورة بالليزر لأفلام Sige المتبلورة في درجتين مختلفتين (25 درجة مئوية و 740 درجة مئوية). بالنسبة لحالة التبلور الناجم عن الليزر (LIC) في درجة حرارة الغرفة ، فإن نمو الحبوب الجانبية محدود بسبب النواة التلقائية للحبوب الأصغر في وسط الخط. ومع ذلك ، بالنسبة لحالة LIC في درجة حرارة مرتفعة ، يؤدي معدل التبريد المنخفض إلى انخفاض أو عدم وجود نوى عفوية. يمكن أيضًا منع النواة التلقائية من خلال خطوط أضيق تم الحصول عليها مع تداخل ثلاثي الحزم. يرد في الشكل 11.14 صورة AFM لفيلم SIGE تبلورها نمط التداخل ثلاثي الشعاع (مع فترة 6 M) باستخدام SLIC. كما هو مبين في الشكل ، يؤدي SLIC إلى حبوب أطول (~ 2M).

الشكل.

(أعيد طبعه من Eisele et al. 2003. بإذن. حقوق الطبع والنشر Elsevier.)