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Aplicaciones del procesamiento de interferencia láser

Número Navegar:27     Autor:Editor del Sitio     publicar Tiempo: 2019-03-07      Origen:motorizado Su mensaje

  Esta sección explica brevemente las diversas aplicaciones importantes del procesamiento de interferencia de láser.

Cristalización y estructuración de películas semiconductoras.

  Recientemente, el procesamiento de interferencia láser está atrayendo intereses crecientes en la industria de semiconductores. Las aplicaciones que han recibido una atención significativa incluyen la cristalización inducida por láser y la estructuración de semiconductores amorfos y nanocristalinos. Estas aplicaciones se discuten brevemente en las siguientes secciones.

  Cuando se permite que dos o más haces interfieran en la superficie de la película amorfa, la modulación de la intensidad puede inducir los patrones de cristalización periódicos alternando líneas amorfas y policristalinas (interferencia de dos haces) o puntos (interferencia de tres haces o cuatro haces) . La cristalización inducida por láser implica procesos de fusión y solidificación ultrarrápidos lejos del equilibrio térmico (Mulato et al. 2002). La cristalización inducida por láser de semiconductores amorfos es de particular interés ya que permite la fabricación de películas de gran superficie para aplicaciones en pantallas planas y células solares. Las aplicaciones de patrones de interferencia para producir estructuras microcristalinas periódicas se demostraron por primera vez para películas de silicio amorfo sin hidrógeno usando un láser de colorante pulsado (Heintze et al. 1994). La figura 11.6 presenta las estructuras periódicas cristalinas en forma de línea y en forma de puntos producidas por la cristalización por interferencia de silicio amorfo seguido de un grabado por plasma selectivo. Como se indica en la Fig. 11.6a, la modulación de intensidad sinusoidal en la interferencia de dos haces da como resultado la red de líneas de onda cuadrada de 400 nm de ancho separadas por zanjas de 340 nm de ancho. La nitidez de la interfaz entre el microcristalino.

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Fig. 11.6 (a) Rejillas de líneas cristalinas y (b) Rejillas de puntos producidas por la cristalización por interferencia láser y el grabado por plasma selectivo.

(Reimpreso de Heintze et al. 1994. Con permiso. Copyright American Institute of Physics).

y la región amorfa resulta del umbral bien definido de la cristalización por láser del silicio amorfo (95 mJ / cm2). Las rejillas de puntos bidimensionales periódicas pueden producirse por la interferencia de cuatro haces de manera que cada punto cristalino representa el punto de cruce de dos rejillas de líneas perpendiculares superpuestas (Fig. 11.6b). Es necesario seleccionar la intensidad de los haces de modo que la cristalización sea inducida solo en los máximos de interferencia en los puntos de cruce de dos rejillas de líneas perpendiculares. Se han producido puntos microcristalinos con un diámetro promedio de 700 nm y un espesor de 200 nm utilizando una combinación de interferencia de láser y grabado por plasma selectivo.

Se han realizado estudios similares de cristalización por interferencia con láser en las películas de germanio amorfo (Mulato et al. 1997; Mulato et al. 1998). La figura 11.7 presenta el patrón de puntos de germanio cristalizado con simetría de celosía hexagonal obtenida por interferencia de láser de tres haces. La cristalinidad de los puntos se puede confirmar mediante espectroscopia micro-Raman de resolución espacial. La figura 11.8 presenta la variación espacial (resolución lateral de 0.7um) de los componentes cristalinos (300 cm-1) y amorfos (~ 270 cm-1) del espectro de Raman a través del punto cristalizado con láser. La figura indica la contribución cristalina más alta en el centro del punto y la contribución amorfa más alta entre los puntos (Mulato et al. 1997).

  Las películas de silicio y germanio amorfas cultivadas por PECVD (deposición química de vapor mejorada por plasma) generalmente contienen más de 10 at. % de hidrógeno. Cuando tales películas se someten a la cristalización por interferencia del láser, se produce un derrame explosivo de hidrógeno que conduce a la ruptura de la superficie de la película o la formación de películas independientes. Recientemente, se ha estudiado la cristalización por interferencia del láser en busca de aleaciones de germanio-nitrógeno amorfo (a-GeN) sin hidrógeno para determinar el papel del nitrógeno durante la transición de fase. La figura 11.9 presenta el

Aplicaciones de Procesamiento de Interferencia Láser (2)

Fig. 11.7 Cristalización por interferencia láser de germanio amorfo que muestra la red hexagonal de germanio cristalizado.puntos con un período de

2.6 m obtenidos con interferencia de tres haces. (Reimpreso de Mulato et al. 1997. Conpermiso. Copyright Instituto Americano de Física.

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Fig. 11.8 Variación espacial de los componentes cristalino (~ 300 cm − 1) y amorfo (~ 270 cm − 1) del espectro de Raman

A través de un punto de germanio cristalizado por láser. (Reimpreso de Mulato et al. 1997. Con permiso. Copyright American Institute of Physics).

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Fig. 11.9 Perfiles de superficie y vertical AFM de la película de GeN amorfa irradiada con el patrón de interferencia de dos haces que muestra las líneas periódicas microcristalinas y amorfas. (Reimpreso de Mulato et al. 2002. Con permiso. Copyright American Institute of Physics.) Perfil de superficie y perfil vertical (medido con microscopía de fuerza atómica) de la estructura de cristalización periódica obtenida con dos haces interferentes en la superficie de a-GeN. La figura indica las líneas más oscuras periódicas correspondientes al germanio microcristalino y las líneas claras correspondientes al GeN amorfo no afectado. Las líneas microcristalinas tienen un período de 4 my un ancho de 1 m. Dichas estructuras de interferencia de superficie con perfiles tridimensionales y diferentes propiedades ópticas correspondientes a las regiones microcristalinas y amorfas obtenidas pueden usarse como redes de difracción óptica. El perfil vertical también muestra que la porción cristalizada de la película es aproximadamente 25 nm más baja que la región amorfa debido a la efusión de nitrógeno similar a la del hidrógeno en el caso de las películas de silicio amorfo (a-Si: H). Esto se puede confirmar mediante las técnicas de caracterización, como la espectroscopia infrarroja y la espectroscopia Raman (Fig. 11.10). La Figura 11.10a presenta la banda de absorción de estiramiento Ge-N infrarroja de la película GeN antes y después de la interacción con láser. La diferencia en la fuerza de la banda de absorción indica que el número total de enlaces Ge – N ha disminuido después de la cristalización con láser, lo que sugiere el derrame de nitrógeno durante la cristalización. Como se mencionó anteriormente, la evidencia de cristalización en las películas de GeN amorfas después del procesamiento de la interferencia del láser se puede obtener mediante espectroscopia Raman (Fig. 11.10b). La figura indica claramente la ausencia de componente cristalino correspondiente a 300 cm-1 en la película amorfa de partida. El pico aparece en la muestra cristalizada por láser que puede compararse con el germanio cristalino de referencia. La amplitud del pico en la muestra cristalizada con láser indica que la interferencia del láser da lugar a la formación de la distribución de pequeños cristalitos en lugar de una película de germanio monocristalino (Mulato et al. 2002).

  Para muchas aplicaciones electrónicas de película delgada, es importante comprender el comportamiento del crecimiento de grano durante la cristalización por interferencia del láser de amorfo o

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Fig. 11.10 (a) bandas de absorción de estiramiento infrarrojo Ge-N, y (b) espectros Raman de las películas de GeN amorfas antes y

 Después de irradiar con láser patrón de interferencia. (Reimpreso de Mulato et al. 2002. Con permiso. Copyright American Institute of Physics.)

Películas delgadas nano-cristalinas. Esto es de particular importancia cuando se desea la microcristalización facilitada por el crecimiento súper lateral (SLG). Como se mencionó anteriormente, la cristalización inducida por láser está asociada con la fusión y solidificación ultrarrápidas. Los granos se nuclean en la interfaz sólido-líquido y crecen hacia los máximos de interferencia a lo largo del gradiente térmico. Los granos que crecen en ambos lados de los máximos de interferencia se encuentran en el centro de los máximos y forman un límite de grano. El crecimiento de grano lateral en ciertas condiciones está limitado por la nucleación espontánea de granos más pequeños en el centro de los máximos de energía. En estas condiciones, los granos laterales no pueden alcanzar el centro de la interferencia máxima. Esto se muestra en la imagen AFM (Fig. 11.11) obtenida de la superficie de silicio amorfo cristalizado utilizando un patrón de interferencia simétrico de dos haces (por frecuencia, láser de Nd: YAG de Q con conmutación de Q con una longitud de onda de 532 nm). La cristalización de interferencia láser asimétrica, donde las intensidades de los dos rayos láser son diferentes, también se puede utilizar para ajustar y optimizar los perfiles de temperatura transitoria y, por lo tanto, el comportamiento de crecimiento de grano (Rezek et al. 2000).

  Se han realizado estudios similares sobre el comportamiento de crecimiento de grano lateral durante la cristalización por interferencia con láser de películas de SiGe amorfas o nanocristalinas, depositadas sobre los sustratos de cuarzo (Eisele et al. 2003). Los experimentos de cristalización se llevaron a cabo con dos esquemas distintos: cristalización por interferencia de láser (LIC) y cristalización por interferencia de láser de barrido (SLIC). En LIC, el patrón de interferencia se irradia directamente sobre la superficie de la muestra, mientras que, en SLIC, el patrón de interferencia se desplaza sobre la superficie con un ancho de paso predefinido (Fig. 11.12). La Figura 11.13 presenta las imágenes de TEM de las secciones de líneas cristalizadas con láser de películas de SiGe cristalizadas a dos temperaturas diferentes (25 ° C y 740 ° C). Para el caso de la cristalización inducida por láser (LIC) a temperatura ambiente, el crecimiento de grano lateral está limitado debido a la nucleación espontánea de granos más pequeños en el centro de la línea. Sin embargo, para el caso de LIC a temperatura elevada, la velocidad de enfriamiento reducida da como resultado una reducción o ausencia de nucleación espontánea. La nucleación espontánea también se puede prevenir mediante líneas más estrechas obtenidas con interferencia de tres haces. La imagen AFM de la película SiGe cristalizada por un patrón de interferencia de tres haces (con un período de 6 threem) utilizando SLIC se presenta en la Fig. 11.14. Como se indica en la figura, SLIC da como resultado granos más largos (~ 2 m).

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Fig. 11.12 Esquema de (a) cristalización de interferencia láser (LIC), y (b) y (c) cristalización de interferencia de barrido láser (SLIC).

(Reimpreso de Eisele et al. 2003. Con permiso. Copyright Elsevier.)

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