Galveno lāzera parametru analīze GaAs slepenai kubiņu sagriešanai

Lāzera parametru teorētiskā analīze ir ļoti svarīga procesa pieprasījuma programmai un tehniskajām prasībām, neredzamās griešanas pamatā jābūt vafeļu materiāla īpašībām, lai izvēlētos atbilstošu lāzera viļņa garumu, lai lāzeru varētu pārraidīt caur vafeles virsmas slāni, veidojot fokusa punktu. vafeles iekšpusē (tā sauktais daļēji caurspīdīgais viļņa garums). Primārais nosacījums ir tāds, ka lāzera fotonu enerģija ir mazāka par GaAs materiāla absorbcijas joslas spraugu, kas ir optiski caurspīdīgs. Tikai tad, kad materiāls vai neliels tā daudzums neuzsūc fotonus, optika parādīs caurspīdīgas īpašības. Fotonu absorbcija var izraisīt elektronus dažādos stāvokļos starp lēcienu, lai elektroni no zema enerģijas līmeņa pārietu uz augstu enerģijas līmeni. Gaismas enerģijas absorbcijas spēku pusvadītājos parasti raksturo ar absorbcijas koeficientu. Pieņemot, ka gaismas intensitāte ir I(x) un absorbcijas koeficients (cm{2}}) uz attāluma vienību, absorbētā enerģija dx ir:
dI(x)=- -I(x)dx (1)
Tad pusvadītāja iekšējās gaismas intensitāti var izteikt kā I(x) {{0}} I(0)-e - -x) (2)
kur absorbcijas koeficients ir gaismas enerģijas funkcija, bet absorbcijas koeficienta atkarību no gaismas enerģijas (viļņa garuma, viļņa skaita vai frekvences) sauc par absorbcijas spektru. 1. attēlā parādīti parasto pusvadītāju materiālu (piem., Si, Ge, GaAs utt.) absorbcijas spektri, viļņa garums tuvumā 0,87 μm GaAs absorbcijas koeficients krasi mainās, ko izraisa absorbcija fotonu enerģija ar GaAs nesējiem, lai tā tiktu ģenerēta, pārejot no zema enerģijas līmeņa uz augstu enerģijas līmeni. Šajā sakarā lāzera stars, kura viļņa garums ir īsāks par 0,87 μm, nevar iziet cauri GaAs plāksnei, savukārt viļņa garums, kas lielāks par 0,87 μm, var iziet cauri GaAs. šis viļņa garums ir garā viļņa garuma robeža λ0 GaAs materiāliem.

Gaismas viļņa garums, kas atbilst garā viļņa garuma robežai λ0, nosaka minimālo fotonu enerģiju, kas var izraisīt iekšējo absorbciju pusvadītājos, un pastāv frekvences robeža v 0, kas atbilst frekvencei. Ja frekvence ir zemāka par v 0 (vai viļņa garums ir garāks par λ0), nav iespējams radīt iekšējo absorbciju, un absorbcijas koeficients strauji samazinās, un šis viļņa garums ir λ{{5} } (vai frekvences robežu v ​​0) sauc par pusvadītāju iekšējās absorbcijas robežu.
Gaismas viļņa viļņa garums, pie kura var notikt iekšējā absorbcija, ir mazāks vai vienāds ar aizliegto joslas platumu, tas ir:
hν{{0}}Eg=hc/λ0 (3)
Kur: piemēram, ir pusvadītāju materiālu aizliegtais joslas platums; h ir Planka konstante; c ir gaismas ātrums. Aizstāšanu var iegūt:
λ0=1.24/Eg (4)
Aprēķinu var iegūt Si garo viļņu robeža λ0 ≈ 1,1 μm, GaAs garo viļņu robeža λ0 ≈ 0.867 μm mikroshēmas trīsdimensiju integrācijai GaAs plāksnīšu biezums, piemaisījumu sastāvs un tādu faktoru saturs kā spektrālā absorbcija ietekmē GaAs materiāls galvenokārt absorbē viļņu garumus 0,87 μm vai mazākus, ieskaitot tuvu ultravioleto viļņu garumu. gaismas un garākas gaismas tuvu infrasarkano staru viļņu garumiem. Caurlaides ātrums ir labāks garākiem tuvās infrasarkanās gaismas viļņu garumiem. Tāpēc slēptās griešanas GaAs materiāla vafeles parasti izvēlas 1064 nm infrasarkanā lāzera viļņa garumu (lāzera pilna griešana parasti izvēlas ultravioleto lāzeru); slepenas griešanas Si materiāla vafeles, parasti izvēlas 1342 nm infrasarkanā lāzera viļņa garumu, lai lāzera gaisma caur vafeles virsmu, fokusēšanas lēcā, piemēram, optisko iestāžu loma, vafele augšējās daļas vidū. un apakšējās virsmas vafeles starp virsmu fokusēšanas atlasāmo. Tajā pašā laikā, cik vien iespējams, samazināt krītošo virsmu un lāzera fokusu starp lāzera absorbcijas efekta materiāla slāni.
GaAs slepenā griešana kubiņos izvēlas ultraīsu impulsa infrasarkano lāzera staru ar augstu atkārtošanās frekvenci, lāzera jaudu, kas lielāka par 5 W un impulsa platuma laiku, kas mazāks par 100 ns, lai saspiestu lāzera absorbcijas enerģiju līdz sliekšņa līmenim, lai iegūtu vēlamāku efektu. modifikācijas slāni un kontrolēt siltuma ietekmēto reģionu. Absorbcijas koeficients faktiski palielinās eksponenciāli, palielinoties temperatūrai. Tāpēc arī impulsa platuma parametrs ir ļoti būtisks, ne pārāk mazs, lai nodrošinātu, ka fokusēšanas apgabalā tiek absorbēts pietiekami daudz enerģijas modificētā slāņa veidošanai, un tas nav pārāk liels, lai apgabalā ap modificēto slāni būtu pārāk augsta temperatūra. . 2(a) attēlā parādīts GaAs vafeles paraugs pēc neredzamas griešanas, un 2(b) attēlā parādīta GaAs vafeles parauga griezuma daļa pēc neredzamas griešanas ar mikroskopu, kas parāda, ka gar 100 μm biezā parauga biezuma virzienu a. vafeles vidējā slānī veidojas dažus mikrometrus plats un 30 μm biezs modifikācijas slānis. No 16. (b) attēla var novērot vertikālu plaisu līniju, kas stiepjas no SD slāņa augšdaļas un apakšas līdz mikroshēmas priekšējai un aizmugurējai virsmai. Šķembu atdalīšanas efekts lielā mērā ir atkarīgs no tā, cik tālu šī vertikālā plaisa sniedzas līdz mikroshēmas priekšējai un aizmugurējai virsmai.