ИМПУЛЬСНАЯ ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА

Способ термич. обработки материалов и изделий путём кратковременного (импульсного) воздействия на них оптич. излучением либо электронным или ионным пучком. Продолжительность теплового воздействия при И. т. о. составляет от неск. не до неск. с при плотности энергии от 0,1 до 100 Дж/см (в этом случае температура нагреваемых участков может достигать 800-1800 К, а скорость нагрева- 10К/с).  

Характер воздействия выбирается так, чтобы оно обеспечивало требуемый тепловой эффект, но не вызывало нарушения целостности изделия и не приводило к появлению нежелат. изменений в структуре материала. В качестве источников импульсов применяются газоразрядные лампы, лазеры, электронные и ионные пушки, полосковые графитовые нагреватели и др.

Эффективность И. т. о. обусловлена тем, что электронные и ионные потоки практически полностью поглощаются в приповерхностных слоях материала толщиной до неск. мкм (в результате могут изменяться хим. состав и, почти всегда, структура обрабатываемого материала). При воздействии оптич. излучением степень его поглощения зависит от длины световой волны (например, длинноволновое излучение непригодно для И. т. о. ПП из-за их прозрачности для излучения с энергией квантов, меньшей ширины запрещённой зоны, но годится для обработки слоистых материалов, содержащих непрозрачные слои металла наряду с прозрачными слоями ПП или диэлектрика).

Различают три осн. режима нагрева изделия (материала) при И. т. о.: поверхностный нагрев (энергия поглощается в приповерхностном слое толщиной до неск. мкм); поверхностно-объёмный нагрев (глубина прогрева достигает неск. десятков мкм); объёмный нагрев (изделие или материал прогреваются на всю глубину). Режим нагрева зависит от продолжительности теплового воздействия (импульса) и плотности подводимой энергии. При поверхностном нагреве (со скоростью до 108 К/с) тепло не успевает отводиться от нагреваемых участков и небольшой плотности энергии бывает достаточно для сильного разогрева и даже расплавления приповерхностного слоя. Однако при этом в обрабатываемом изделии могут возникать большие температурные перепады (градиенты), что часто недопустимо. Поверхностный нагрев используется, например, для рекристаллизации аморфных плёнок, вжигания контактов (площадью ок. 1 мкм2), а также в тех случаях, когда более глубокий прогрев нежелателен, например из-за опасения сместить примесные фронты в приборных структурах.

При поверхностно-объёмном нагреве тепло, выделяющееся на поверхности изделия (материала) за время действия излучения, успевает диффузионно перераспределиться в объёме изделия, вследствие чего уменьшаются температурные перепады в материале и, соответственно, механич. напряжения в нём. Такой режим нагрева применяется при И. т. о. сравнительно толстых, многослойных плёночных структур на подложке, обратная сторона которой по причине не должна прогреваться.

Объёмный нагрев характеризуется квазиравномерным температурным полем в обрабатываемом изделии, что создаёт наиболее благоприятные условия для формирования бездефектных рекристаллизац. областей. Первые исследования по И. т. о. относятся к нач. 70-х гг., уже в сер. 80-х гг. она применялась для локального травления и испарения материалов при формировании топологии ПП приборов в ИС; для очистки поверхности ПП структур; сплавления тонких слоев разнородных материалов, слоев ПП с подложкой; сверления отверстий и гравировки, пайки и сварки.

С помощью И. т. о. можно выполнять локальный отжиг материалов для снятия в них механич. напряжений и устранения кластерных дефектов в диффузионных слоях, для активации имплантированных примесей, рекристаллизации эпитаксиальных поликрист. и аморфных плёнок, создания неравновесных твёрдых р-ров с целью повышения в 10-100 раз растворимости электрически активных примесей в ПП, подгонки в номинал резисторов и конденсаторов гибридных ИС, устранения дефектов на фотошаблонах и т. д.

Copyright © 2002 - 2017 Ravnopravie.kharkov.ua. All Rights Reserved.