Основные технологические группы процессов в производстве электронных средств. Пучки атомных частиц, излучения и поля в качестве инструмента в технологиях электронного машиностроения, страница 9

Этот эффект используется в микроэлектронике для получения p-n-переходов в полупроводниковых материалах, в машиностроении - для легирования сталей и других металлов, в других областях промышленности - для изменения в широких пределах свойств материалов.

1.3. Взаимодействие фотонов с веществом. Пучки фотонов с низкими энергиями могут поглощаться фотонами кристаллической решетки. Фотоэлектрическое поглощение начинается при энергии, соответствующей возбуждению через запрещенную зону, - внутренний фотоэффект (образовавшийся электрон остается внутри твердого тела). При энергиях фотона более 10 эВ (примерно соответствующих энергии ионизации свободного атома) фотоэлектрон может покидать твердое тело - внешний фотоэффект, или фотоэлектронная эмиссия. В диапазоне более высоких энергий фотонов фотоэлектронное поглощение является доминирующим эффектом, пока не начинают превалировать комптоновское рассеяние и рождение пар.

Взаимодействие квантов оптического излучения с обрабатываемым материалом можно условно разделить на термическое и нетермическое. Термическая обработка включает в себя плавление и испарение материалов, а нетермическая - разрыв валентных связей, полимеризацию, изменение проводимости, образование и поддержание плазмы и другие процессы.

Термическое  воздействие  мощных (удельная мощность до 10¹⁰ Вт/см²) пучков фотонов лазерного излучения используется в таких процессах, как стимулированная лазерным пучком диффузия, лазерный отжиг, лазерное резание и сверление, лазерная сварка и др. При лазерном отжиге обработку можно вести локально, при этом управлять глубиной прогрева путем изменения длительности и интенсивности импульса излучения. Вследствие большой скорости воздействия нет необходимости проводить лазерный отжиг в вакууме или защитной инертной среде, чтобы предотвратить окисление или загрязнение во время отжига.

Взаимодействие квантов рентгеновского излучения с веществом характеризуется в основном фотоэлектрическим эффектом, комптоновским рассеянием и образованием пар. Фотоэлектрический эффект заключается в поглощении фотона атомом и испускании электрона с одной из оболочек. Рассеяние фотона на электроне атома составляет суть комптоновского эффекта. При образовании пары фотон превращается в электрон и позитрон. Последний эффект реализуется в кулоновском поле ядра, где обеспечивается выполнение закона сохранения энергии и импульса. В электронном машиностроении оптические и рентгеновские пучки имеют следующее применение:

1.       рентгеновское излучение – в субмикронной литографии для изготовления рентгеношаблонов, оптических элементов, рентгеновских решеток и других изделий, в аналитическом оборудовании для исследования состояния, структуры и химического состава вещества;

2.       импульсные лазеры – для отжига возникающих при ионной имплантации дефектов полупроводниках (длительность импульса лазеров на рубине и неодимовом стекле может составлять 10– 100 нс, а плотность энергии 0,5–10 Дж/см²);

3.       лазеры, работающие в непрерывном режиме (аргоновые и СО₂-лазеры), – для испарения, отжига и размерной обработки материалов при скорости сканирования 0,5–10 см/с и плотности энергии 200 Дж/см²);

4.       дуговые лампы (ртутные с длиной вол излучения 200–600 нм) – для фотолитографии;

5.       кварцевые и инфракрасные (ИК) лампы с широким спектром излучения – для термовакуумной обработки деталей и узлов электровакуумных приборов.

Взаимодействие атомарных пучков с веществом. В электронном машиностроении атомарные пучки имеют две основные области применения: осаждение тонких пленок и травление диэлектрических слоев. Варьируя энергию и плотность пучка атомов или молекул можно получать и контролировать с высокой точностью толщину слоев в пределах от молекулярных (доли нанометра) до значений, равных нескольким длинам волн видимого света (микрометры).