Рис. 9. Сечение рекристаллизуемой структуры, где 1 – SiO2; 2 – ПКК; 3 – кремниевая подложка
Механизм такой кристаллизации заключается в следующем. На первом этапе при достаточной энергии лазерного излучения происходит плавление всего слоя ПКК. В дальнейшем на кремниевой подложке в областях, не защищенных SiO2, благодаря жидкофазной эпитаксии, образуется монокристаллический кремний. В связи с другими условиями теплоотвода слой ПКК на SiO2 затвердевает позже, чем на монокристаллической подложке. На втором этапе происходит боковой эпитаксиальный рост монокристаллического кремния на SiO2, распространяющийся от сторон полоски окисла и его центральной части и заканчивающийся полным затвердением расплавленного слоя ПКК. В этом процессе локальные участки монокристаллического кремния являются затравкой для ориентированного роста кристалла. Чем больше толщина ПКК, тем большая требуется энергия лазерного излучения. Рост монокристалла начинается от его границы в направлении перпендикулярном границе фазового перехода расплав-твердое тело.
При использовании импульсного лазерного излучения ориентированный рост ограничен малым временем существования расплава. Даже термический нагрев обратной стороны подложки до 670 К и капсулирование рекристаллизуемого слоя пленкой SiO2 не приводят к увеличению размера монокристалла. Максимальная длина ориентированного бокового роста кристалла на SiO2 составляет 3-4 мкм от границы окна.
При рекристаллизации такой структуры непрерывным сканирующим излучением аргонового лазера боковому росту монокристалла способствует более мягкие режимы тепловой обработки и наличие протяженного температурного поля. Это приводит к снижению дефектности рекристаллизованного слоя. Генерация дефектов во многом зависит от степени перекрытия лазерных лучей. Установлено, что при оптимальном режиме степень перекрытия должна быть более 40 %.
Использование метода с непрерывным сканирующим лазерным излучением позволило получить полосы монокристаллического кремния на слое SiO2 с размерами 100×10000 мкм. При этом в рекристаллизованном слое не обнаружена мозаичная структура, отсутствовали дефекты упаковки, двойники. Подвижность носителей заряда в этих слоях достигала 740 см2/В·с.
Недостатком процесса бокового эпитаксиального роста является достаточно узкий интервал значений мощности лазерного излучения, при котором наблюдается эпитаксиальный рост монокристаллического кремния без деградации слоя ПКК, лежащего на SiO2. Это связано с тем, что после расплавления всего слоя ПКК условия теплоотвода в окнах SiO2, где слой ПКК лежит на монокристаллической подложке кремния и на поверхности SiO2, различны. Поэтому с увеличением мощности лазерного излучения слой