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

3.6. Выбор режимов микроструктурирования системы SiO
2
/Si при 
сканировании лазерного пучка 
Другим методом управления плотностью энергии лазерного пучка 
является метод сканирования. Суть метода заключается в том, что лазерный 
луч последовательно проходит по заданному закону необходимую область 
воздействия. Этот метод позволяет управлять в широких пределах кроме 
изменения самой плотности энергии лазерного пучка дополнительно
посредством изменения таких параметров как скорость перемещения пучка, 
шаг 
сканирования, 
перекрытие 
полос 
сканирования. 
Чем 
меньше 
длительность воздействия импульса лазерного излучения, тем меньшее 
тепловое и деформационное влияние оно оказывает на обрабатываемый 
материал вне зоны облучения. Эффективное время воздействия 

на объект 
облучения определяется следующим соотношением:

= d
0
/v
скан
, 
где d
0
– фокальный размер лазерного пятна, а v
скан
– скорость его 
сканирования по обрабатываемой поверхности. 
В процессе многочисленных экспериментов было замечено, что попытки 
сканирования с разными параметрами при использовании сфокусированного 
пучка давали разрушения окисла, плавления и абляции кремния. Так, 
например, на рис.3.14, а,б,в приведены микрофотографии поверхности 
образцов после сканирования импульсным волоконным лазером в 
фокусированных лучах при разных скоростях перемещения пучка. Видно, 
что при уменьшении скорости сканирования увеличивается доза облучения 
области сканирования, вызывая увеличение абляции кремния с поверхности. 
Никакие попытки уменьшения плотности мощности на облученном участке 
системы SiO
2
/Si путем уменьшения плотности мощности пучка лазера, 
изменения скорости сканирования и величины перекрытия линии 
сканирования не обеспечили выполнение главного требования к выбору 

---

85 
режима облучения. Как известно, вкратце, эти требования сводятся к 
сохранению целостности плёнки SiO
2
и обеспечению монокристаличности 
кремниевой подложки. 
а) 
б) 
в) 
г) 
д) 
е) 
Рис. 3.14. Микрофотографии поверхности образцов после сканирования: а,б,в – в 
фокусированных лучах: а)- 10 мм/с; б) – 1000 мм/с; в) – 3000 мм/с. Плотность мощности q 
= 0,13.10
6 
Вт/см
2
, шаг 100 лин/мм, 50 кГц; г,е,д - в сходящихся лучах: г) - q = 0,1.10
5 
Вт/см
2
, 100 мм/с, шаг 100 лин/мм; е) - q = 0,1.10
5 
Вт/см
2
, 500 мм/с, шаг 100 лин/мм; д) - q = 
0,1.10
5 
Вт/см
2
, 1000 мм/с, шаг 1000 лин/мм;
 
Поэтому для сохранения целостности пленки SiO
2
было проведено 
сканирование в сходящихся лучах лазера (дефокусировка лазерного пучка). 
Как видно из рис. 3.14 г,д,е при сканировании сходящимся лучом 
наблюдается образование периодического волнового рельефа на поверхности 
системы SiO
2
/Si. Шаг периода рельефа зависит от параметров сканирования. 
В результате большого числа экспериментов по варьированию скорости 
сканирования, частоты следования импульсов, перекрытия были выбраны 
режимы, приведенные на рис.3.14 г,д,е по характеру микроструктурирования 

---

86 
обеспечивающие выполнение указывающих требований. При увеличении 
скорости 
сканирования 
наблюдается 
уменьшение 
периода 
рельефа 
(рис.3.14,г,д). Одновременно увеличение скорости и шага сканирования 
приводят к формированию рельефа беспорядочной формы (рис.3.14,е).