Типовая схема лазерной технологической установки:

1 — зарядное устройство; 2 — емкостный накопи­тель; 3 —система управления; 4 — блок под­жига; 5 —лазерная головка; 6 — система охлаж­дения; 7 —система стабилизации энергии излу­чения; 8 —датчик энергии излучения; 9 — опти­ческая система; 10 —-сфокусированный луч ла­зера; 11 — обрабатываемая деталь; 12 —коорди­натный стол; 13 — система программного управ­ления

В качестве фокусирующей системы применяют стеклянные от­ражатели, покрытые серебром или алюминием, а также металлические охлаждаемые отражатели. Возможно применение линзовой оптики. Коэффициент отражения может достигать 95 %.

Управление лазерным лучом осуществляется по заданной про­грамме.

В зависимости от плотности мощности лазерные потоки разде­ляют на потоки малой (менее 10³ Вт/м²), умеренной (от 10⁹ до 10³ Вт/м²) и высокой плотности (от 10¹³ Вт/м²). Для технологи­ческих целей в основном используют световые потоки умеренной мощности.

Рассмотрим АИГ-лазер. В качестве активного элемента служит стержень из алюмоиттриевого граната (АИГ) размером 6X90 мм, генерирующий излучение с длиной волны 1,06 мкм в инфракрасной области спектра. Для возбуждения генерации используется импульсная газоразрядная лампа накачки типа ИФП-800. В блок лазера входят также резонатор с глухим и полупрозрачным зеркалами. Система охлаждения активного элемента и лампы накачки двухконтурная, работающая на 0,2%-ом растворе хромнила в дистиллированной воде. Поворотом рукоятки меняется двухлинзовые телескопические компоненты уменьшая сечение лазерного луча, соответственно в два и четыре раза. Проходя через перемещаемую барабаном подвижную линзу, луч отклоняется зеркалом и формируется сменным объективом с фокусным расстоянием 50 и 100 мм в круглый пучок диаметром 0,25 и (mах= 1000 мкм * 10000А = 10000000А). Качество работы контролируется визуально оптической системой. Для защиты глаза оператора используется светофильтр и обтюратор с электромагнитным приводом, синхронно перекрывающий оптический канал наблюдателя в момент прохождения импульса. Установка может работать в одиночном режиме подачи импульсов с ручным запуском и частотном режиме с автоматическим запуском. Энергия импульса излучения не менее 3 Дж. При длительности 1,5,2,0,2,5, и 4,0 мс> и регулируемой частотой импульсов 20 Гц. Для контроля энергии рабочего импульса лазера служит индикатор в виде фотодиода с набором ослабляющих светофильтров, на который с помощью полупрозрачного отклоняющего зеркала направляется часть излучения.

Раздел 4 классификация кристаллизационных процессов выращивания монокристаллов полупроводников

Классификацию кристаллизационных процессов выра­щивания монокристаллов полупроводников можно проиллюстриро­вать с помощью рисунка ниже.

Схемы процессов направленной кристаллизации расплавов:

а, г — вертикальный и горизонтальный методы Бриджмена; 6 — обычный метод Чохраль­ского (из простого тигля); в — метод Чохральского герметизацией расплава флюсом: д — метод зонной плавки вертикальный бестигельный; е — горизонтальный контейнерный метод зонной плавки: ж-— горизонтальный метод Чохральского (с электронно-лучевым на­гревом);

1 — нагреватель: 2 -- контейнер; 3 — расплав; 4 — кристалл; 5 — герметизирующая жидкость (флюс); L.--длина слитка: l — длина расплавленной зоны

Кристаллизацию расплава, при которой тепло отводится от фронта кристаллизации преимущественно в одном направлении, называют направленной. К методам направленной кристаллиза­ции, характеризуемым наличием в системе одной фазовой грани­цы (фронта кристаллизации) и постоянным убыванием объема расплава в ходе процесса, относят методы Бриджмена и Чохраль­ского (рисунок а — г), а направленную кристаллизацию, характе­ризуемую наличием в системе двух фазовых границ (фронта плав­ления и фронта кристаллизации) и постоянным объемом расплава в ходе процесса, называют зонной плавкой или зонной перекристаллизацией (рисунок д — ж.).

Вертикальный процесс направленной кристаллизации по мето­ду Бриджмена проводят в трубчатых контейнерах (тиглях), а го­ризонтальный — в лодочках.

По методу Чохральского монокристалл вытягивается верхним штоком с закрепленной на нем затравкой кристалла из расплава, помещенного в тигель, соединенный с помощью подставки с нижним штоком. Отсутствие контакта растущего кристалла со стен­кой контейнера позволяет получать методом Чохральского ориен­тированные в требуемом кристаллографическом направлении, большие, равномерно легированные совершенные монокристаллы.

Процесс направленной кристаллизации без перегрузки слитка может быть осуществлен однократно, а зонной плавкой — много­кратно. Зонную плавку наиболее часто используют для получения чистых полупроводников, так как переход от одного процесса к другому связан с загрязнением конечного продукта.

Требования к параметрам монокристаллов полупроводников постоянно повышаются и тенденцию их изменения можно просле­дить на примере кремния:

	1960 г.	1965 г.	1970-1980 гг.	1985-1990 гг.
Диаметр монокристалла кремния. мм	12,7-25,4	25,4—50,8	50,8—76,2	101,6-152,4
Радиальный разброс удельного сопротивления, %	30	20	15	5
Плотность дислокаций, Х104, см2	5	1	0,1	<0,01
Масса слитка, кг	0,2	1	4	>6

Рассмотрим оборудование для выращивания монокристаллов полупроводников на примере метода Чохральского.