Моделирование тепловых и термоупругих полей, фазовых переходов при импульсном нагреве в многослойных полупроводниковых структурах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ



РОССИЙСКАЯ' А К А Д Е М И' Я НАУК • СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ИНСТИТУТ ФИЗИКИ ПОЛУПРОВОДНИКОВ

На правах рукописи УДК 548.5:539.2:621.375.826

Кулясова Ольга Алексеевна

МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ И ТЕРЫОЛГРУГИХ ПОЛЕЙ, ФАЗОВЫХ ПЕРЕХОДОВ ПРИ ШШУЛЬСНШ НАГРЕВЕ В МНОГОСЛОЙНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ

СТРУКТУРАХ.

о

Специально.ль 01.04.07 - физика т дого тела

АВТОРЕФЕРАТ

- ■ ■ I

Диссертации на соискание ученой степекл андидата физико-математических- наук

, Научны. л-мигели: доктор 4• . наук ■ профессор меандров,

доктор физ.- .. •-. А.В.Двурэченск

НовосиОирск-1992

Работа выполнена в Институте физики полупроводников Сибирского отдаления РАН и Новосибирском госушшерснтете

Научные руководители: доктор фаз.-мат. наук Л.Н.Александров,

доктор ©га.-мат. наук А.В.Двуреченский

Официальные оппоненты: доктор физ.-ыат. наук Й.М.Еетеров

кандидат технических наук А.П.Гиря

Ведущая организация: Институт теоретической и прикладной механики, г.Новосибирск

Защита состоится- 29 декабря .1992 г. в 15 часов на заседании Специализированного совета К 003.05.01 .в Институте . физики полупроводников СО РАН (630090, Новоокбирек-90, пр. ак. Лаврентьева, 13) • ;.

С диссертацией можно ознакомиться в отделении ГПНТБ СО РАН • (ул. Ильича, 21) -

Автореферат разослан «11 « ttüjSjuZ- 1992 г.

Ученый секретарь Специализированного Совета • доктор.физ.-мат. наук /\,о А.В.Двуреченский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность томы.

"Слоистао полупроводниковые структуры являются основой современной микроэлектроники, т.к. все приборные структуры состоят из полупроводниковых слоев различного типа проводимости и диэлектрических слоев.

В связи с этим вауисй технологической задачей является разработка методов получения монокрпсталлмческих слоев различных веществ на произвольных неориоктирующих гюдлояках. В последние годы появилось шокоство подходов и методов, в которых путем обработки тэтшз: пленок разного рода излучением стремятся обеспечить ориентированную кристаллизацию на произвольных поддонках. Среди них - импульсный лазерный нагрев [1], позволяющий модифицировать поверхностные слоя без измэнезгля объема. Под действием лазерного пучка происходит плавление исходного полккристаллического слоя, а ориентированная кристаллизация начинается от затравочных окон в диэлектрической прослиЬкэ, открывающих доступ к монокристаллической подложке. Рост плетши происходит 'в бек' от монокрисгаллической подложен, поэтому такую эпитаксию называют боковой или латеральной.

Наряду о развитием экспериментальных методов получения слоис ах структур ведутся разработки математических моделей, описывающих процессы формирования структур. Численное моделирование позволяет выявить основные закономерности протекания физических явлений, предсказать новао эффекты. Существующие ранее модели процессов взаимодействия лазерного излучения с веществом описывают явлешэ, как правило, в одномерном приближении [2,33. Процессы фазовых- переходов происходят по кинетическим законам: процесс 'кристаллизации осуществляется путем • роста или гомогенного' зерсадзния, а плавление происходит ' квазиравновесно. Однако в рамках существующих моделей нэвозмопю описать процессы, происходящие в слоистых структурах, содержащих различные материалы. С введением в рассмотрение границ раздела, образуемых различными вещества!«!, необходимо учитывать гетерогенное -зарождение, которое происходит как при кристаллизации, гак и пу плавлешш. Взаимодействие лазерного излучения со структуусЛ, содержащей слои с различными оптическими хара^тоснит-^качи, приводит к интерференционным явлениям, влнягегл: на процесс

поглсцзжш. В ранее прэддо:::зшшх моделях такие оптические явления на учитывались, и процесс поглощения описывался по упрощенному механизму. И наконец, различное расположение слоев, например наличие окна-полосы в диэлектрике, делает задачу моделирования по крайней мере двумерной.

Большой интерес вызывают гершупругае напряжения в слоистых структурах при "импульсной перекристаллизации, так как считается, что они могут приводить к быстрой деградации готовых приборов, влиять на процессы плавления и последующего роста. Поэтому в'настоящее время наряду с экспериментальными методиками развиваются метода расчета полей термоупругих напряжений в слоистых, структурах.

Все зто определило выбор теш настоящей диссертационной рзботы.

Целью работы являлось моделирование термоупругих полей и фззовых переходов в структуре с окнами в

диэлектрике, тер/лупругих нолей в структуре Н^Сс^Те/зШ./Гп при импульсном лазерном нагреве.

■ Для достижения поставленной цели необходимо: >.

- Построить двумерную физико-математическую модель. фазовых переходов в слоистых полупроводниковых структурах, включавшую плавление и кристаллизацию-вещества через гомо- и гетерогенное зарождение, а также рост новой фазы.

исследовать закономерности процессов плавления и кристаллизации в структуре й1/Б102/Б1 с окнами в диэлектрике при импульсном наносекундаом нагреве. ■

- создать пакет программ для.расчета тепловых полей, фазовых переходов, термоупругих напряжений при импульсном нагреве многослойных структур.

Научная новизна работы ■ заключается в . разработке

■ физжо-математической модели' кинетики фазовых переходов в слоистых полупроводниковых структурах при импульсном нагреве, которая включает плавление и кристаллизацию вещества через гомо- и гетерогенное зарождение и рост новой фаза.

На основе этой модели:

1. Изучены закономерности двикения фронта латеральной; кристаллизации в структуре В1/йЮ2/81 с окнами в диэлектрике, а шенно:

- установлена зависимость скорости движения фронта латеральной кристаллизации от времени и температуры подогрева образца;

- показано, что угол наклона фронта кристаллизации изменяется

процессе латеральной згатансии н определяется температурой одогрева образца.

. Предсказан эффект локального плавления на поверхности ремния у краев окон' в разделительном диэлектрике • в условиях .•тульского миллисе'кундного нагрева вследствие понижения емпературн плавления за счет термоупругих напряжений. . Показано, что при импульсном наносенупдпом нагреве основной клад дают напряжения из-за нагрева неоднородной структуры, а е термоупругие напряжения, обусловленные градиоктом емпературн. а завдоту выносятся:

Т Математическая модель, описывающая процессы фазовых ереходов в слоистых полупроводниковых структурах при ипулъсном нагреве, которая включает плавление и ристаллизацию через гомо- и гетерогенное зарождение, а также ост новой фазы.

. Закономерности латерального роста кристаллитов при мпульсной перекристаллизации структуры 31/8102/81 с окнами в вдэ эквидистантных парэдплькых полос в диэлектрике: скорость латерального движения фронта кристаллизации вдоль рослойки ЗЮ определяется интенсивностью выделения тепла при этерогенном зароздешш кристаллитов на поверхности БЮ и ',!68Т вид кривой с максимумом;

угол наклона фронта кристаллизации к прослойке 8Юг при вияенш • увеличивается, причем тем Сольшэ, чем меньше зшература предварительного нагрева образца. . Эффект локального плавления кремния в структуре 51/ЗЮг/£1 окнам! в диэлектрике в условиях импульсного шллисекундного эгрева, вызванный погашением температуры плавлеш1Я вследствие зйствия термоупругах напряжений.

Пакет программ, позволящий рассчитать развитие зриоупругих напряжений, тепловых полей "и фазовых переходов в попетых структурах при шпульснсм нагреве. . рактическая значимость.

Создан пакет программ для ' персонального компьютера 1ЕМ 3/хт/АФ, позволяющей моделировать эволюцию фазовых переходов температурных полей, а такхе термоупругиа напряжения при ■дпульсном нагреве в многослойных структурах. Пакет программ зравляется через развлетвлеяиое меню и имеет ■ широкий набор рафическкх средств представления результатов, что позволяет зсечнтать напряжения, температуру и фззовое состояние в любой

точке структура, в любой момент времени в процессе технологических обработок.

Апробация результатов. Основные результаты , работы докладывались на Всесоюзной конференции по росту и синтезу полупроводниковых, кристаллов и пленок (Новосибирск, 1986), па Всесоюзной конференции по моделированию и росту кристаллов (Рига, 1987), на Кезвдународной конференции "Кремний на изоляторе" (Милан, 1988), на Всесоюзной конференции по росту кристаллов (Москва, 1988), на 3-й Международной конференции по модификации материалов энергетическими пучками (Дрезден, 1989), на I Международной конференции по зпитаксиальному росту кристаллов (Будапешт, 1990), на Международной школе по росту кристаллов (Мадрас, 1991), на Международном семинаре "Моделирование приборов и технологий в микроэлектронике" (Новосибирск, 1992), на Всесоюзной конференции по электронным материалам (Новосибирск, 1992).

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы из 111 наименований и изложена на 120 стр, включая 31 рисунок.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ' . "

Во введении обоснована актуальность работы, ее цель и задачи, а тагаш положения, выносимые на' защиту.

Первая глава диссертации носит обзорный характер. В ней кратко представлены. спосооы . . получения слоистых полупроводниковых структур . Основное внимание уделано методам получения , структур "кремний-на-изолято_ре" посредством импульсной лазерной перекристаллизации, .среди' которых боковая эпитаксия от затравки с одновременным расплавлением предварительно нанесенной на поверхность диэлектрика пленки. Перечислены основные проблемы, связанные с получением монокристаллических слоев кремния, разросшихся -от затравки путей импульсной лазерной перекристаллизации структуры поли-Б 1~3102~к-Е 1 с окнами в диэлектрике. Среди них: ограниченный размер разросшихся кристаллитов к появление дефектов в процессе ¡кидкофазной перекристаллизации. Показано, что в рамках реального эксперимента трудно предугадать особенности протекания процесса, выявить характерные эффекты и объяснить ряд закономерностей. Поэтому прибегают к математическому моделированию, которое глубже вскрывает

внутренние связи процесса. дает егс> количественные характеристики.

Приведен анализ существующих в . литературе моделей жидкофазной перэкрис'таллизации веществ под действием лазера. Показано, что с помощь» существующих моделей невозможно описать процессы в многослойных структурах, состоящих из различных веществ.

Представлено описание физических явлений, лежащих в основе лазерной яшдкофазной перекристаллизации слоистой структуры, а именно: взаимодействие лазерного излуче1шя .с ■ многослойной структурой, фазовые перехода с проявлением процессов зарождения и роста центров новой фазы кристаллических и жидких зародышей, проявление термоупругих напряжений.

Вторая глава посвяцена описанию модели и алгоритма вычислительного эксперимента.

а

ж

р

¡1.

и

р-Л

лаг

I I

"Г

I I I I

I г

I I

I )

ЖI

У !

Ш

ш

и-Ч

И]'

I—-1

Ш

Рис.1. Схематическое изображение исследуемой структуры.

поперечного сечения

Исследуемый образец представляет собой слоистую структуру, состоящую из слоя поликристаллического кре'тния (р-51), лежащего на слое диэлектрика (3!Ог) с периодически

П

вытравленными в нем окнами, открывахэдши доступ р~31 ) кристаллическому слою (к-31). Предварительно о5разв1 нагревался до температура Та. Затем он. подвергался однородном; по площади воздействию импульса рубинового лазер; длительностью Г и плотность» энергии Е . Необходимо был; рассчитать температуру в образце, термоупругие напряжения 1 динамику фазовых перэходов в процессе импульсного нагрева.

Схематично поперечное сечете структуры показано и; рис Л. Принимая во внимание периодичность структуры I симметрии, выделим в образце область аЬоа. Система координат связана с поверхностью образца и краем окна.

В общем виде задача описывается системой уравнений, определяющих .температурное поле и динамику структурны: превращений:

(Н Эх дх Зу Оу

й*= 3*(Т,Ф) -

Граничные условия записываются в виде:

I

Щ

бх,х=° ~ ду

_0.о Т еу

=0;^=<1=Лг

где й.= ар+й +<1с- толцдана образца. Начальные условия: ■

гЬ=о=т.-- ' .. ■ " . • -

Здесь С,К- теплоемкость и теплопроводность,в зависимости от температуры и фазы; Р- функция источников тепла,«обусловленная поглощением лазерного пучка,. <2- функция скрытых теплот фазовых переходов, й*- обобщенная логическая функция фазовых переходов, которая показывает, в каком месте образца, между какими фазами и с какой скоростью идет фазовый "переход. Логическая схема функции 8*-изо0ракенэ. на рис.2. Кру-ки обозначают фазу некоторого локального объема(ячейки) в окрестностях точки с координатами (х,у), и прямоугольники -фазовые переходы, реализующиеся при соответствундихся условиях.

Пусть некоторая локальная область образца является кристаллической. При увеличении температуры, когда ?>?„> ' гдэ Т температура плавления кристалла в квазистационарном случае.

{ристала становится метастабилышм. Он может расплавиться ■шрез формирование жидкого зародыша (гомогенного или гетерогенного) или посредством передвижения фронта расплава из зосбдней области. Для появления критического зародыша новой [шн в метастабилъной старой требуется время т, которое сильно зависит от степени пореохлавдения или,

^ответственно, перегрева. Время очвдания появления зародыша в геотермических условиях с учетом периода нестационарности, как функция температуры, имеет вид [4]:

/Г4

с(Т)=ч А -ехр(

кр_

КТ

и

-)

IV т|

■де и- энергия активации на атом границы жидкость-кристалл. А-зычисляется из отношения г(Т)/т =1 в минимуме функции т(Т).

га

йраметр т;т есть минимальное время образования зародыша в )эсплаве. Работа образования критического зародыша есть :

4ТОТ-

(1-соэв) (2+оовв)

ЗН (Т-Т Г

ошдание •атероинюЬ

Ыл

"ас. г.

ереходов я"

Логическая схема обобщенной

функции фазовых

гдэ о- поверхностная энергия границы раздела к.-кр.; Нет-энтвльшш перехода кристалл-расплав, 8- угол мегкду гетерогенной поверхностью и поверхность» зародила позой фазы. Для гомогенного зароздэкия е=к.Из-за быстрого изменения температуры в расплаве время существования его до появления зародыша в данном локальном объеме вычисляется из условия:

1 йь'

р=/-т— =1

))

Если это условна выполняется, начинается плавление или кристаллизация в этом оОъеке. В случае, если ячейка переохлажденного расплава находится на границе ■ с ячейкой кристалла, то она кристаллизуется путем роста. Если ячейка перегретого вещества находится на границе с ячейкой расплава, то плавление рассматривается подобно квазиравновесному фазовому переходу I рода, который происходит при температуре Тт до тех пор , пока на аккумулируется скрытая теплота фазового перехода нга.

Количество теплоты Р(-г, I)., которое поглощается в каждой ячейке структуры за время действия лазера с длительностью шпульса Г и плотность» энергии Ед, определяется соотношением:

4(1-)

Р(гД) = -у-0 езр(-р(^0)г)

г и . ■

где р=42я2/Тг, Ьо~1,2Г - характеризуют,начало и длительность импульса. ■ .

ч(г) - количество теплоты, поглощаемое в ячейке за единицу времени Аt на расстоянии г=Ауд", где о=1,Н (11-количество ячеек в направлении оси У). аШ- определяется интенсивностью падагщей и отраженной волны в ¿-ой ячейке с учетом преломления и отражения на границе слоя. - —

Термоупругие напряжения определяются в каадый момент времени по известному распределению температуры у, О и в отсутствие фазовях переходов. Т.к. считается, что в направлении ог структура бесконечна, то термоупругая задача является двумерной, т.е. имеет место плоская деформация. Уравнения равновесия, записанные относительно смещений и и т в проекциях на оси X и У, в приближении изотропной среда иызют вид:

2(1 -т)3 и а и 1 д V 2(1+-г') ат

1 -2г> ах2 <3у2 1-2удтЗу 1-2У 2(1-г')32у д*<> 1 <Эги 2(1+т) дТ

1-2У буг <3х2 1 -ггЗтду 1 -2г> Справедливы следукщие граничные условия:

ак(0,у)=0; оуу(й ,у)=0;

оо I да I О;—

<Эу 2 <3у 2

На границах слоев выгошгянтся условия гзсткого контакта, т.е. непрерывности смещений. Компоненты тензора термоупругих напряконкй связана со смзценияки следующими соотноезниями: <Эи г' дм дч 1+г>

о =2С(— + -(— + —) --7Д?>

дх 1 ~2у дх дэ 1-21' дv г» ви. 5 •/ 1+у

о =20{— + -(— + —) - ^- 7Д?)

уу Зу 1 -2т Эх Зу 1-2У За 97 а =а(— + —) "у Оу дх

Здесь у- коэффициент термического расширения; 0- модуль сдвига; V- коэффициенты Пуассона для соотЕетствушдх областей. Для определения ДТ вычислялась разность Т(х,у^)-То, где Тб-начальная температура подлоги!.

Метод расчета. В области аЪей (рнс.1) . уравнение

теплопроводкости записывается в конечно-разностном вид? с

использованием локально одномерной неявной схе'и попеременных

направлений : '

П+«/г п п 1' . - Т П+«/2 ^+1/2

п-Ь1 г>+1/г

Т. .. - Т. . п-и «+*

1=1...«, И-кол:1чество узловых точек вдоль оси X,

л=1.. л;, м-колтчество проетракстсзншх пзгов па оси Т,

где в Р входят члены источников тепла (Р и й). в*

расчитывалась для каждой конечно-разностной ячейки. Л^и Л -

конечно разностные дифференциальные операторы по К и У

и

направлениям.

Конечно-разностная схема вводилась с переменными шагами по х и по X. Наиболее мелкий иаг лг=4*Ю~в см, ду=1СГэ см выбирался в области I (рис.1). В области II и III увеличивался шаг по у, соответственно по х увеличивался шаг в областях, занимающих объем подложки образца (1\г-1Х). Шаг по времени составлял 10""° с. Алгоритм решения содержал следующие блоки: (I) входные данные; (2) функция выделения анергии пучка; (3) теплопроводность; (4) функция выделешш скрытых теплот фазовых переходов; (5) выходные данные и отрисовка.

На основе прэдлокенной модели разработан пакет программ для персонального ' компьютера, позволяющий моделировать эволюцию фазовых переходов, температурных и тврмоупругих полей при импульсном нагреве.

В третьей главе диссертации рассматриваются особенности ккдкофазной перекристаллизации слоев "кремний-на-изоляторе" под действием лазера Приведены характерные особенности плавления поликристаллического слоя Бг при различных длительностях импульса (30 не £ Г 300 не). Так, при Г < 300 но плавление первоначально начинается над БЮ^-прослойкой, что в дальнейшем, при полном плавлении р-Б1 слоя, приводит к частичному плавлению з102-елоя. Диэлектрический слой, имеющий коэффициент теплопроводности в несколько раз превышающий коэффициент теплопроводности кремния, служит теплоизолирующей прослойкой, препятствующей оттоку тепла в подложку. С уменьшением длительности импульса разность меаду диссипирующими теплотами в подложу в структурах р-31-с-31 и р-51-зЮ2-с-8х становится мала . по сравнению с различием в профилях энергии, вносимых прозрачностью 3102 прослойки.- В результате этого возможно полное плавление р-Зх слоя без плавления диэлектрической прослойки, что является необходимым условием для формирования мояокристаллических областей Бз.. <

Установлено, что глубина плавления р-з х слоя над прослойкой вюг изменяется немонотонно с увеличением толщины исходного р-31 слоя и определяется коэффициентом отражения от структуры р-81~$Ю2-с-Б1.. Так, при толщине слоя 8Юг 0,5 мкм, коэффициент отражения при увеличении р-31 слоя изменяется периодически от. 13 до 59 %, что при полном плавлении р -Е1 слоя над 3102 и затравочной областью приводит к плавлению БЮг

~~~~~— е

Рис. 3. Температурные поля и положения фронтов плавления и кристаллизации при Е=0,8 Дж/смг, Г=30 не, Т3=ЮОО К в моменты времени: а) 30, ь) 60, с) 90, й) 240, е) 390, г) 510 не после начала действия импульса. Обозначения: тонкие линии - изотермы (цифры обозначают температуру), толстые линии - фронт кристаллизации, точки показывают места зарождено*' кристаллитов.

прослойки (И < 18-Я) или к-плавлении подложки ПОД 310 (п > 52 %), что -является нежелательным явлением при ' формировании монокристаллических слоев кремния на изоляторе.

Исследованы характерные особенности данамшш процессов плавления и кристаллизации структуры (рис.3)' вдоль края затравочного окна. Показано, что плавление поликристаллической пленки начинается как с поверхности, так -и на границе 81-310 путем гетерогенного зарождения расплава (рис. За). Латеральный фронт кристаллизации движется под углом к дизлехстрической прослойке. С увеличением температуры подложи от 300 К до 1400 К угол наклона уменькается и изменяется от 30° до 1.5°. Скорость латерального роста изменяется немонотонно со временем (рис. 4) и имеет вид кривой с максимумом.

1-...... 1,---и 450 г 1 , • ________1________1-----1- ..,*.. ¿10 1 < . .__-к____ 270 ' зЬо 1

3 оо 1,1 1 ,.,!. 36 0 ......> - 1 ' № —1--1—1-------- № . .л

950

з-эо

1500

Ь,нс

шоо

-

Рис. 4. Зависимость скорости латерального роста от времени при Т3=300 К (1), 1000 Н (2), 1400 К (3). Начальные точки кривых соответствуют моменту выхода фронта на поверхность Б10г после начала действия импульса.

Возрастание скорости латерального роста определяется оттоком тепла в затравочную область, а последующее уменьшат« происходит за счет тепла, выделяющегося при гетерогенном зарождении кристаллитов на поверхности ЗЮ2. Показано, что размер кристаллитов, латерально разросшихся от' затравочной области, увеличивается с ростом температуры предварительного подогрева образца, и эта функциональная зависимость согласуется с экспериментальными данными [5]. В четвертой главе исследовались термоупругий напряжения в структур

р~31-3102-с-31 с окнами в диэлектрике при импульсном нагреве. Показано, что яри импульсном нагрева по маре увеличения температуры термоупругие напряжения возрастают и достигают максимума в момент, предаедствующий плавлению. Напряжения возникают вследствие градиента температуры и различия коэффициентов теплового расширения в! и 3102. Распределение термоупругих напряжений по компонентам тензора-- о.^ у)

показано ка рис. 5.

Анализ расчетов термоупругих полей в слоистой структуре Б1-БЮ2-31 с окнами в диэлектрике при импульсном наносекундном нагреве показал, что:

- основной вклад дают напряжения, возникакндае за счет неоднородности структуры, а термоупругие напряжения, обусловленные градиентом температуры, в полтора раза меньше; "

- доминируют напряжения, направлешше вдоль перекристаллизуемого слоя;

- скалывавшие напрякешя концентрируются вдоль краев Б102 и с увеличением температура предварительного подогрева образца приводят к зарождению дислокаций.

Рассматривается влияние термоупругих напряжений на динамику плавления структуры Е1-5102-с-31 с окнами в диэлектрике при импульсном милпнсекуидном нагреве. Показано, что при наличии термоупругих напряжений происходит понижение температуры плавления крешшя (ДТ~ 4 К), что приводит к локальному плавлению поверхности структуры з^Б^-с-Б! вдоль края затравочного окна. Отмечается, что данное явление приводит к деградации структур кремний-на-изоляторе вследствие проколов разделительного диэлектрика "кипами", образующимися во время кристаллизации локально расплавленных областей.

Исследованы термоупругие напряжения в слоистой структуре

Рис. Б. Компоненты тензора термоупругих напряжений в структуре р-51-5Ю2-с-31 с окнами в предплавильном состоянии ( Е=1,1 Дж/см% Г=30 не, Т3=300 К, г=30 не).

Линии показывают положение изобар , цнфц обозначают Ю7 Па.

Н^ОЛ Те/МО /1п, Есзш!какн,и8 в процессе нагрева I! охлаждения до 77 К. Показано, что при перепада температур "400 К возникаю-цио напряжения могут привести к оОр?зованию дислокаций у границы с 3102 или с 1п, но образование трепзм внутри кристалла Н^ (]С<1о 2|Ге маловероятно.

Основные результаты:

1. Построена двумерная $изико-матемэт1г??скпя мэ/.оль перекристаллизация слоистых структур на основа уравнений теплопроводности, тармоупругссти и обоб"сшшй логической функции фззовых переходов, иошчакдой плавление и кристаллизацию воцестза через гсго- и гетерогенное зарсудекю, а также рост новой фазы.

2. Создан пакет программ, позволяющий моделарокать эболкцнт фазовых переходов и температурных полей, а так хе термэуттругпе напряг-екия при импульсном нзгреве в • многослойных полупроводниковых структурах. !

3. На основе тепловой модели импульсного нагрева внявлегс; условия для латерального разрастания кристаллитов ох затравочного окна в структуре 5з./31.02/31. Показано, что условия для полного плавления поликрмсталличестсого слоя без плавления Б1.0 -прослойки в таяосекувдюм диапазоне длительности реализуются:

- при длительностях импульса (Г $ 20 не) при определенных соотношениях толцин слоев 31 и Б102 из-за интерференционных эффектов.

4. Показано, что латеральный фронт кристаллизащш движется под углом к плоскости диэлектрической прослойки. С увеличением тег/лератури подлошш от 300 до 1400 К угол наклона уменьшается и изменяется в пределах от 30едо 15°.

5. Установлено, что зависимость скорости двкзипил латерального фронта кристаллизации от времени имеет вид кр'.ГЕОй с максимумом. Возрастание скорости латерального роста определяется оттоком тепла в затравочную область, а последующее уменьшение происходит за счет тепла, Еыделяюс-эгося при гетерогенном зарождении. Скорость бокового разрастания кристаллитов меняется от 5 м/с до I м/с п области температур подложи Т =300-1400 К.

1 з

6. Изучена динамика развития тврмоучругих налряжешгй в сл'.-ях кре^гй-дизлектрик-гюдло/лса. Показано, что основной вклад дют

напряжения, возникающие ■ за счет" нагрева неоднородной струкруры,- а термоупругие напряжения, обусловленные градиентом температуры при импульсном" наносекундном нагреве, имеют' значения в полтора раза меньше.

7. Предсказан эффект локального плавления монокристаллической подложи в области окон в. разделительном диэлектрике в условиях импульсного миллисекундного ■ . нагрева " вследствие понижения температуры плавления' за счет действия термоупругих напряжет® в слоях кремний • на изоляторе во время нагрева. Эффект подтвержден экспериментально,'

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. • Александров Л.Н., Баландин B.D., Двуреченский А.В., Кулясова О.А. Плавление ■ структур кремний на изолятора наносекундным лазерным нагревом.- Автометрия, 1988, N 3, р. 61-65.

2. Aleksandrov L.li., Ealandin "V.Yu., Dvurechenskii A.V., Kulyasova O.A. Melting of mul'tilayered structures under pulse neating. (Computational experiment).- Phys.stat.col. (a), 1983, N 105, k27-lc29.

3. Aleksandrov b.tf., Balandin V.Yu., Dvureohenskii A.V., Kulyasova O.A. A two-dimensional model' of SOI structure crystallization by pulsed nanosecond heating.-Phys.atat.aol.(a), 1989, N 115, k23-k26.:

4. Alaltsandrov Ь.Н., Balandin V.Yu., Dvurechenskii A.V., Kulyasova O.A. Recrystallization• of silioon-on-insulator layers in pulsed nanosecond heating (model calculation).- Thin solid films, 1989, N 171,'"p. 235-242.

5. Ealandin V.Yu,, Kulyasova O.A., Aleksandrov L.Ii., Dvurechenskii A.Y., Babenkova S.I., Manzhosov Yu.A. Simulation of temperature and elastic fields and phase transitions in SOI structures formed by pulse heating.- Phys.etat.sol.(a), 1991, -N 123, p. 415-430. , .

6. Коляденко C.H., Двуреченский A.B., . Баландин B.D., Верходанов С.Б., Мишина 1.Ы., Кулясова О.А. Особенности плавления монокристаллической подложки в затравочных окнах при формировании слоев кремния на изоляторе импульсным нагревом.-Письма в ЖТФ, I9S0, V. 16, N 22, p. 11-17.

7. Balandin V.Yu., Kulyasova О.А., Aleksandrov - I.N.,

/

Dvureohenskii A.V. Simulation of fast phase transitions in silicon under nanosecond, laser heating.- Reviews of Solid State Science, 1991, V. 5, N 1, p. 1-14.

8. Alelcsandrov L.N., Balandin V.Yu., Dvurechenskii A.V.,-Kulyasova O.A. Thermoelaetio stresses in Hg^Cd^Te-SiC^-In structures under heat treatments.- Phya.otat.eol.(a), 1992, К 131, k19-k24.

Цитируемая литература:

1. Двуреченский А.В., Качурин Г.А., Нидаев Е.В., Смирнов Л.С. Импульсный отжиг полупроводниковых ' материаллов.- Москва: Наука, 1982.

2. Wood R.P., Giles G.E. Modeling of nonequilibriam and solidification in laser-irradiated materials.- Phys.Rev.B., 1986. v. 34, N 6, p. 2606-2620.

3. Баландин В.Ю., Двурэчеяский А.В., Александров Л.Н. Моделирование структурных превращений в - слоях аморфного кремния при импульсном нагреве.- Поверхность: физика, химия, механика, 1986, к 1, с. 53-60.

А. Александров . Л.Н. .Кинетика кристаллизацта и перекристаллизации-полупроводниковых пленок.-Новосибирск: Наука, IS35. 5. Manzhosov Yu.A., Kachurin G.A. Large Area SOI films Crystallised by Nanosecond laser Pulsed.- Phys.Stat.Sol.(a), 1990, v. 117, k29-lc32.