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 Р_R, P_A, P_T – части плотности мощности потока облучения отраженного, поглощенного и пройденного сквозь пластину соответственно.

      Первое слагаемое в правой части определяется коэффициентом отражения R_S, 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 d_S, 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, m_ef – концентрация, подвижность и эффективная масса носителей заряда соответственно; с – скорость света в вакууме; ε₀ – диэлектрическая постоянная;