Исследование и разработка лазерной технологии модификации электрофизических характеристик системы кремний диоксид кремния

раздела при продолжительности облучения более 30 с. 
3.5. Вольт-амперные 
характеристики 
системы 
SiO
2
/Si 
при 
возникновении локальной пластической деформации 
Измерения ВАХ производились на образцах, подвегнутых лазерному 
облучению различной длительности от 10 до 50 с. На поверхности образцов 
происходит пластическая деформация, реализуемая в виде сетки линий 
скольжения. То есть граница раздела Si-SiO
2
представляет собой 
ступенчатую структуру из смещенных друг относительно друга атомных 
слоев кремния. 
Исследование 
вольт-амперных 
характеристик 
(ВАХ) 
на 
экспериментальных образцах (система SiO
2
/Si, облучённая в режиме 
пластической деформации кремния) также указывают на существенную 
перестройку в структуре областей, прилежащих к границе раздела SiO
2
-Si.
На рис.3.12 показаны ВАХ, измеренные на облученных участках 
поверхности образца, где наблюдается четко выраженная сетка линий 
скольжения. Как следует из рис.3.12,а с увеличением дозы облучения 
(ростом числа импульсов) наблюдается рост пробивных напряжений U
пр
плёнки SiO
2
. Этот рост происходит до облучения в течение 30 секунд. По 
мере дальнейшего роста дозы облучения происходит постепенное снижение 
пробивного напряжения. Так, после время облучения 50с пробивное 
напряжение становится много ниже исходных. Ближе к центру области 
облучения, где больше перепад в высоте ступенек линий скольжения, на 
кривых ВАХ наблюдаются осцилляции тока в пред пробойной области, хотя 

---

82 
сам пробой происходит при электрических напряжениях больших, чем до 
облучения (рис.3.12,б). 
а) 
б) 
Рис.3.12. ВАХ систем SiO
2
/Si после лазерного облучения различной длительности: а- на 
краю области облучения; б- от центра области около 200 мкм. 
Усреднённые 
результаты 
сравнительного 
анализа 
U
пр
всех 
исследованных структур сведены в табл. 3.1. 
Таблица 3.1: Результаты исследований пробивного напряжения 
Параметр 
Образец 
U
пр
Контрольный 
Подверженный воздействию 
волоконного лазера 
Среднее, В 
Дисперсия 
Экспозиция, с 
Среднее, 
В 
Дисперсия 
U
пр
(На 
периферии 
облученной 
области)
231 
5 
10 
238 
6 
20 
243 
5 
30 
256 
7 
50 
217 
5 
U
пр
(в центре 
облученной 
области) 
231 
5 
10 
235 
6 
20 
238 
7 
30 
249 
7 
50 
220 
8 

---

83 
Расчёт электрической прочности окисла в системе SiO
2
/Si после 
лазерного микроструктурирования системы показывает, что электрическая 
прочность структур SiO
2
/Si повышается до длительности облучении 
лазером меньше 30 с. С ростом дозы облучения (при увеличении времени 
облучения более 30с) электрическая прочность достаточно быстро 
уменьшается (рис.3.13). 
Возможно, что главной причиной здесь может быть уменьшение
толщины слоя SiO
2
на вершинах больших ступенек линий скольжения. 
Увеличение числа импульсов приводит к увеличению температуры системы 
при микроструктурировании, росту ступенек линий скольжения. 
Рис. 3.13. Зависимость электрической прочности структур SiO
2
/Si от длительности 
облучения волоконным лазером. 
Одновременно с ростом температуры и увеличением высоты рельефа 
поверхности кремния растёт пластичность SiO
2
, что может привести к 
уменьшению толщины плёнки SiO
2
на больших выступах рельефа.

---

84