Лазер нурында чыныктыру

1973 елда СССР ФАнең Казан филиалы Физика-техника институтында ачыла (И.Б.Хәйбуллин, Е.И.Штырков, М.М.Зарипов, М.Ф.Галәветдинов, Р.М.Баязитов).

Баштарак «Лазер нурында чыныктыру» термины ярымүткәргечнең легирлаучы катышманы ионлы имплантацияләү барышында тәртибе үзгәргән юка (калынлыгы 1 мкм дан ким) өслек яны катламының кристаллик структурасын яңадан торгызуны аңлаткан. Технологик алым буларак, лазер нурында чыныктыру микроэлектроникада киң кулланыла торган термик чыныктыруга альтернатива буларак эшләнә. Соңгысы ярымүткәргеч кристалларга ионлы катышмалар кертелгәннән соң дефектларны төзәтү һәм имплантант катышманы электрик яктан активлаштыру өчен кулланыла.

Киңрәк мәгънәдә лазер нурында чыныктыру — каты җисемнәрнең (ярымүткәргечләр, металлар, диэлек­триклар) өслек яны катламнарында импульслы яки өзлексез лазер нурланышы тәэсирендә төрле структур һәм фаза әверелешләре ясауны аңлата. Лазер нурында чыныктыру материалларны элек­тромагнитик дулкыннар, электроннар, ионнарның көчле бәйләмнәре ярдәмендә импульслы модификацияләүнең фәнни юнәлеше һәм технологиясе нигезенә салына.

Лазер нурланышы импульсы озынлыкларының киң диапазоны өчен ярымүткәргечләрне һ.б. материалларны лазер нурында чыныктыруның төп механизмы җылылык белән бәйләнгән. Җылыту дәрәҗәсенә бәйле рәвештә (бу дәрәҗә нурланыш егәрлегенең тыгызлыгы, нурланыш вакыты, материалның оптик һәм җылылык үзлекләре белән билгеләнә), лазер нурында чыныктыру 2 режимда үткәрелә: сыеклык фазасында һәм каты фазада кристаллаштыру. Термик чыныктыру белән чагыштырганда, лазер нурында чыныктыруның өстенлекләре һәм уникаль мөмкинлекләре сыеклык фазасында тиз арада кристаллаштыру режимында, куәтле лазер нурланышын импульсларның наносекундлар диапазонында кулланган очракта тулырак чагыла. Ярымүткәргечләрне наносекундларда, лазер нурында чыныктыру өслек яны катламын үтә тыгыз электрон-тишемле плазма (1021 см-3 кадәр) генерацияләү шартларында көчле (1012 град/с ка кадәр) кыздыру белән бара, һәм бу хәл бериш тотрыклы яки метастабиль эретелмәләрнең тиз эрүенә һәм аннан соң кристаллашуына китерә.

Эретелмәнең каты хәлгә килү фронтының хәрәкәт тизлеге кристаллашу, дефектлар хасил булу, кристаллик рәшәткәгә катышма атомнарының урнашуы процессында хәлиткеч роль уйный.

Физика-техника институтында И.Б.Хәйбуллин җитәкчелегендә 1973 елда башланып киткән тикшеренүләр нәтиҗәсендә лазер нурында чыныктыру вакытындагы төп физик процесслар өйрәнелә һәм аларның үзенчәлекләре ачыклана. Лазер нурында чыныктыру алымы нигезендә, микроэлектрон приборлар төзү өчен күп кенә технол. яңалыклар тәкъдим ителә. 1975 елдан лазер нурында чыныктыруны күпьяклы тикшерүләр СССР ФАнең Себер бүлеге Ярымүткәргечләр физикасы институтында (Новосибирск шәһәре) Л.С.Смирнов җитәкчелегендә, 1982 елдан СССР ФАнең А.Ф.Иоффе исемендәге Физика-техника институтында (Ленинград) академик Ж.И.Алфёров җитәкчелегендә башланып китә.

Ионлы имплантация буенча СССР-АКШ 1 нче уртак семинарында (АКШның Олбани шәһәре, 1977) совет галимнәре бәян иткән нәтиҗәләр дөньяда лазер нурында чыныктыру өлкәсендә күпкырлы тикшерүләр башлауга һәм төрле фәнни үзәкләрнең тырышлыгын берләштерүгә сәбәп була.

1980 еллар ахырына ярымүткәргеч катламнарын импульслы яктылык белән эшкәртү проблемалары буенча 1 меңнән артык хезмәт басылып чыга һәм берничә зур халыкара конференция һәм симпозиум үткәрелә. Ярым­үткәргеч материалларга диффузияле һәм вакуум-утырымлы катламнар модификацияләре (1978), шулай ук пикосекундлы лазерлар куллана торган нурланыш чыганаклары паркы (1979) кергән хәлиткеч мәсьәләләр саны да арта. Лазер нурында чыныктыруның берничә физик моделе, шул исәптән плазмалы (термик булмаган) моделе тәкъдим ителә.

Казан физика-техника институты һәм Ярымүткәргечләр физикасы институтының уртак тикшеренүләре нәтиҗәсендә нурланыш тәэсирендә ярымүткәргечләрнең структур трансформациясе өйрәнелә һәм дефектларсыз үсешле эпитаксиаль катламнар алу шартлары табыла.

Лазер нурында чыныктыру вакытында җылылык һәм масса күчеше мәсьәләләрен чишү нигезендә, катышма концентрациясенең фәзада бүленеп урнашуы теоретик яктан фаразлана һәм аномалияләр катышмаларның кристаллда эрү дәрәҗәсенә бәйләп аңлатыла. Мәскәү университеты һәм Белоруссия ССР ФАнең Электроника институты белән бергә алып барылган эшләр — фаза күчешләре динамикасын оптик зондлау кулланып тикшерүләр нәтиҗәсендә теория тәҗрибәләрдә раслана, шул ук вакытта кристалл эрүнең тигезләнеш нокталарына карата 10–15% ка түбән булган температураларда кыска вакытлы (10-8 с аралыгында) метастабиль эретмә барлыкка килүе ачыклана.

Наносекундлы лазер нурында чыныктыру белән беррәттән, тәртибе югалган ярымүткәргечләрнең миллисекунд-секунд аралыгында дәвам итә торган яктылык импульслары тәэсирендә каты фазалы кристаллашуы да өйрәнелә. СССРның әйдәп баручы микроэлектроника үзәкләре белән бергә алып барылган тикшерү нәтиҗәләре импульслы лампалар нурланышы белән чыныктыру җайланмаларын сәнәгый җитештерүне башларга мөмкинлек бирә. Әлеге алым микроэлектроника предприятиеләрендә интеграль микросхемаларда имплантант керткәннән соң чыныктырылган, яхшы легирланган катламнар булдыру, юка элпәле капламнарны тыгызлау, контактларны яндырып эчкә кертү, өслекнең микрорельефын тигезләү һ.б. өчен кулланыла.

Тәэсир итү урынының төгәллеге, процессның кыска вакытлы булуы, яңа кушылмалар синтезлау, катышмалар диффузиясен минимальләштерү һ.б. технол. мөмкинлекләр аркасында импульслы тәэсир итүләр микро- һәм наноэлектроника приборларын уйлап табуда һәм җитештерүдә киң файдаланыла.

СССР ФАнең Казан филиалы Физика-техника институты (И.Б.Хәйбуллин, Е.И.Штырков, М.М.Зарипов, М.Ф.Галәветдинов, Р.М.Баязитов), СССР ФАнең Себер бүлеге Ярымүткәргечләр физикасы институты (Л.С.Смирнов, Л.Н.Александров, Г.А.Качурин, А.В.Двуреченский), СССР ФАнең А.Ф.Иоффе исемендәге Физика-техника институты (Ю.В.Ковальчук, О.В.Погорельский) һәм П.Н.Лебедев исемендәге Физика институты (Ю.В.Копаев) галимнәренә лазер нурында чыныктыруны ачкан һәм бу өлкәдәге тикшеренүләре өчен СССР Дәүләт бүләге бирелә (1988).

Локальный лазерный отжиг ионно-легированных полупроводников // Физика и техника полупроводников. 1975. Т. 9, № 10;

Импульсный отжиг полупроводниковых материалов. М., 1982;

Модифицирование и легирование поверхности лазерными, ионными и электронными пучками. М., 1987.

Автор — Р.М.Баязитов