Фотонно-стимулированные технологические процессы микро- и нанотехнологии. Игорь Житяев
без достаточно развитой техники лазерного приборостроения и оборудования быстрой термической обработки полупроводниковых структур БИС, использующих некогерентные источники излучения.
Рис. 1. Классификация традиционных и фотонно-стимулированных технологических процессов
1. Взаимодействие фотонного излучения с полупроводниковой поверхностью
1.1. Оптические свойства полупроводниковой структуры
Как известно, излучение, падающее на поверхность пластины, частично отражается, поглощается и может также пропускаться. Поэтому справедливо выражение для плотности потока излучения
где РR, PA, PT – части плотности мощности потока облучения отраженного, поглощенного и пройденного сквозь пластину соответственно.
Первое слагаемое в правой части определяется коэффициентом отражения RS, второе и третье – коэффициентом поглощения и толщиной пластины.
Проникновение излучения в глубину твёрдого тела описывается законом Бугера – Ламберта
где α – коэффициент поглощения, x – координата по глубине. Тогда часть излучения, поглощенная пластиной толщиной dS, без учёта внутренних отражений будет равна
а выражение для плотности потока, прошедшего сквозь пластину, имеет вид
Уменьшение интенсивности фотонного излучения, проходящего через твёрдое тело, происходит за счёт взаимодействия с поглощающими центрами. Важнейшей оптической характеристикой облучаемой структуры является коэффициент поглощения.
В силу зависимости последнего от многих факторов (таких, как тип материала, концентрация легирующих примесей, дефектность структуры, температура, а также длина волны излучения) для адекватного моделирования рассматриваемых процессов необходим детальный анализ механизмов поглощения.
Полный коэффициент поглощения α равен сумме коэффициентов поглощения различными центрами:
В полупроводниках различают пять основных типов оптического поглощения:
– собственное;
– поглощение на свободных носителях;
– поглощение на локализованных состояниях;
– экситонное;
– решеточное [11, 12].
Световая волна, попадая в проводящую среду, воздействует на подвижные носители заряда. Электроны, ускоряясь, увеличивают свою энергию за счёт энергии волны. Сталкиваясь с решеткой, они отдают свою энергию решетке. Спектральная зависимость коэффициента поглощения свободными носителями заряда имеет вид
где е – заряд электрона; n, μ, mef – концентрация, подвижность и эффективная масса носителей заряда соответственно; с – скорость света в вакууме; ε0 – диэлектрическая постоянная;