T = (1/T)*całka(P)
" Fala płaska
T =
Wyra\enie typu sincus
NatÄ™\enie promieniowania
" NatÄ™\enie promieniowania zgodnie z funkcjÄ… Sinc
" Wartość średnia jest całką po czasie T
- 3
x 1 0
3
2 . 8
2 . 6
F1
(A/m2)
2 . 4
2 . 2
Åšrednia
2
1 . 8
1 . 6
1 . 4
1 . 2
1
0 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 5 4 4 . 5 5
- 1 5
x 1 0
Czas całkowania (T) sek.
Absorpcia
Absorpcja mocy,
np. dla współczynnika absorpcjią= 103 cm-1
-3
x 10
3
2.5
Wektor
2
Poynting a
1.5
(W/m2)
Obwiednia wektora
Poynting a
1
NatÄ™\enie
0.5
promieniowania
0
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
-6
x 10
Absorpcia
Fala spolaryzowana o =500 nm
oraz o współczynniku aborpcjią= 103 cm-1
1
0.5
E (V/m) 0
-0.5
-1
4
2 5
4
-3 0
3
x 10
H (A/m)
-6
2
-2
x 10
1
-4
0
Absorpcja
Absorpcja mocy dlaÄ…= 104 cm-1
(wysokie tłumienie)
-3
x 1 0
3 . 5
Wektor
3
(W/m2)
Poynting a
2 . 5
2
Obwiednia wektora
1 . 5
Poynting a
1
0 . 5
NatÄ™\enie
0
promieniowania
-0 . 5
0 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 5 4 4 . 5 5
-7
x 1 0
Absorpcja w Si oraz GaAs
" GaAs Półprzewodnik z bezpośrednią przerwą energetyczną
" Si Półprzewodnik z niebezpośrednią przerwą energetyczną
E E E
CB
Indirect Bandgap, Eg
Ec
CB
Direct Bandgap
Photon CB
Eg
Ec Ec
Er
Ev
Phonon
kcb
Ev
Ev
VB
kvb
VB
VB
k
k k k k
k
(c) Si with a recombination center
(a) GaAs
(b) Si
Strumień fotonów
" Mechanika kwantowa
Energia światła jest skwantowana
Fotony
Ephoton = h*f
" Gęstość strumienia fotonów
G = I/(h*f) (fotony/m2*s)
Mechanizmy absorpcji w półprzewodnikach
" Generacja par elektro-dziura
The Energy Band
The E -k Diagram
D iagram
Ek
CB
Conduction
Èk
Empty
Band (CB) e-
e-
Ec
Ec
Å
h
Å
Eg h
Ev
Ev
Valence
h+ h+
Èk
O ccupied
Band (V B)
V B
k
a /a a /a
Dyfuzja ciepła
" Absorbowane światło grzeje materiał
" Współczynnik absorpcji jest większy wtedy
dyfuzja ciepła zachodzi na większej głębokości
Zastosowania
" Fotolitografia laserowa dla wytwarzania układów
scalonych
" Domieszkowanie laserowe
" Wiercenie laserowe otworów w wzajemnie połączonych
przedmiotach
" Wy\arzanie laserowe (np. w wyświetlaczach)
" Trasowanie laserowe w bateriach słonecznych
Prawo Moore a
" Pojemności pamięci dynamicznych Random Access
Memory (DRAM) rosÄ… czterokrotnie w okresie 3 lat
(przez ostatnie 30 lat).
1
4
Mbit
0.5
Mbit
16
0.35
Mbit
64
0.25
Mbit
256
0.18
1G
Mbit
0.13
4G
1995 1998 2000 2004
Co to jest litografia ?
" Litografia - proces, kształtowania powierzchni, z
wykorzystaniem naniesionej warstwy powłoki
ochronnej. Wzór na powierzchni jest kopiowany z
wykorzystaniem wcześniej przygotowanej matrycy.
Dlaczego u\ywa się laserów
w litografii?
" Lasery w zakresie UV
U\ywane do projektowania i wytwarzania matryc
soczewek;
" Lasery o du\ej mocy piku optycznego
Umo\liwiają krótki czas ekspozycji naświetlanej
warstwy;
Pozwalają na stosowanie prostszych i tańszych
fotorezystów;
" Krótki czas trwania impulsu
Umo\liwia dobre odtwarzanie wzorów maski (efekty
interferencyjne sÄ… mniej istotne dla wytwarzania
precyzyjnych wzorów.
Proces fotolitografii laserowej
Laser
Maska
fotorezystt
Maska (np. tlenek krzemu)
Materiał bazowy (podło\e)
Technika pozytywowa
Maska
Warstwa maskujÄ…ca np.SiO
Podło\e
Wytrawianie warstwy
Podło\e
Usuwanie fotorezystu
Podło\e
Technika negatywowa
Maska
Mask Layer(oxide,Silicon)
Podło\e
Podło\e
Usuwanie fotorezystu
Podło\e
Litografia
Domieszkowanie lasrowe
" Dlaczego u\ywa się laserów w domieszkowaniu ?
Silna absorpcja światła w obszarze przypowierzchniowym
Płytki obszar topienia materiału przy powierzchni
Zapobiega zmianie rozkładu profilu domieszek z uwagi na krotki
czas trwania impulsu
Realizacja precyzyjnego lokalnego domieszkowania
Schemat systemu laserowego
domieszkowania
Y- kierunek
Zwierciadło odbijające
Laser excymerowy
X- kierunek
Zwierciadło odbijające
Otwór skanera X-Y
Próbka w komorze pró\niowej
Proces domieszkowania laserowego
Krople cieczy
domieszkujÄ…cej
Laser
Rozwirowanie +
suszenie
100nm
Phosphorus
Phosphorus
Si Si
Si
Powtarzanie procesu w
kierunku x
Phosphorus Phosphorus
Si Si
Laserowe wiercenie otworów
w połączonych elementach
" Korzyści wiercenia laserowego
Niewiele etapów procesu wiercenia
Wielokrotnie szybciej ni\ innymi metodami
Wszechstronność, solidność, niezawodność i
powtarzalność, oraz wysoka jakość
Wiercenie laserowe
" Wiercenie z u\yciem ró\nych laserów
ND:YAD Laser
Warstwa miedzi
Warstwa
miedzi
Warstwa dielektryczna
CO2 Laser
Wiercenie laserowe
Nd:YAD Laser otwór w warstwie CO2 Laser wiercenie w warstwie
miedzianej dielektrycznej naniesionej na
miedziane podło\e
Wy\arzanie laserowe elementów wyświetlaczy
" Po\ądane własności krzemu
Wysoka ruchliwość nośników ładunku
Niskie prądy upływu
Wysoka prędkość przełączania oraz długi czas trwania w
stanie przełączenia
" Wzrost ruchliwości nośników przez rekrystalizację
a-Si wy\arzanie -> Poly-Si
Wzrost średnich rozmiarów ziaren i gęstości ładunku
" U\ycie lasera excymerowego
Minimalizacja transferu ciepła do materiału podło\ą
Większy uzysk ni\ w wy\arzaniu w piecu
Wy\arzanie laserowe elementów wyświetlaczy
Naniesiona warstwa 50nm a-Si 1 - 5 µ m ziarna krystaliczne
po 128 impulsach laserowych.
Skanowanie laserowe TFT
Strumień lasera excymerowego o wysokiej częstotliwości repetycji oraz
mocy 200W jest u\ywany w układach do usuwania wierzchnich warstw
materiału rastrowego (ochronnego) nawet na długościach do 500mm przy
produkcji wyświetlaczy displejowych.
Trasowanie laserowe w cienkich warstwach
paneli baterii słonecznych
" Powody, dla których u\ywa się laserów excymerowych
oraz impulsowych laserów YAG do trasowania w
cienkich warstwach paneli baterii słonecznych.
Uzyskanie wysokiej poprzecznej (głębokościowej) jak
i powierzchniowej precyzji
Niewytwarzanie uszkodzeń w warstwach ni\ej
poło\onych
Etapy produkcji komórek baterii słonecznych
" Nanoszenie warstw z fazy chemicznej CVD (chemical vapor
deposition) warstw przezroczystych tlenków przewodzących TCO
(transparent conductive oxide);
" Separacja komórek na podło\u metodą trasowania laserowego;
" Nanoszenie plazmowe struktur p-i-n na bazie amorficznych warstw
Si, ka\da struktura trasowana laserowo;
" Nanoszenie warstwy przewodzÄ…cej Al lub TCO;
" Laserowe trasowanie wierzchnich warstw przewodników;
" Zabezpieczenie struktury przez jej laminowanie osłona plastikowa
lub ochronna warstwą szkła.
Laserowe trasowanie cienkiej warstwy komórek
baterii słonecznych
Laser
Laser
a-Si
Podło\e
Podło\e Podło\e Podło\e
Laser
Al
Podło\e
Podło\e
Podło\e
Podło\e
Laserowe trasowanie cienkiej warstwy komórek baterii słonecznych
- krok po kroku
Laserowe trasowanie cienkiej warstwy komórek
baterii słonecznych
Kompletny panel TFS (thin-film silicon)
REFERENCES
" 1. M C Gower. Excimer lasers: current and future
applications in industry and medicine in Laser
Processing in Manufacturing , eds R C Crafer & P J
Oakley, Chapman & Hall, (1993)
" 2. P Seidel, J Canning, S Mackay, W Trybula. Next
generation advanced lithography , Semiconductor
Fabtech, 7, 147 (1998)
" 3. M N Watson. Laser drilling of printed circuit boards ,
Circuit World, 11, 13 (1984)
" 4.D R Zankowsky. Flat-panel displays benefit from
laser processing , Laser Focus World (Mar 1994)
Wyszukiwarka