Анализ ключевых параметров лазера для скрытой нарезки GaAs

Теоретический анализ параметров лазера имеет решающее значение для программы технологического процесса и технических требований. Невидимая резка должна основываться на свойствах материала пластины для выбора соответствующей длины волны лазера, чтобы лазер мог передаваться через поверхностный слой пластины, образуя фокусную точку. внутри пластины (так называемая полупрозрачная длина волны). Основным условием является то, чтобы энергия лазерных фотонов была меньше ширины запрещенной зоны поглощения материала GaAs, который является оптически прозрачным. Только когда фотоны не поглощаются материалом или его небольшим количеством, оптика будет демонстрировать прозрачные характеристики. Поглощение фотонов может привести к тому, что электроны перейдут в разные состояния между скачками, так что электроны с низкого энергетического уровня перейдут на высокий энергетический уровень. Силу поглощения световой энергии в полупроводниках обычно описывают коэффициентом поглощения. Принимая интенсивность света I(x) и коэффициент поглощения (в см-1) на единицу расстояния, поглощенная энергия в dx равна:
dI(x)=- -I(x)dx (1)
Тогда внутреннюю силу света полупроводника можно выразить как I(x) {{0}} I(0)-e - -x) (2)
где коэффициент поглощения является функцией энергии света, а зависимость коэффициента поглощения от энергии света (длины волны, волнового числа или частоты) называется спектром поглощения. На рис. 1 показаны спектры поглощения распространенных полупроводниковых материалов (например, Si, Ge, GaAs и т. д.), длина волны в области 0.87 мкм. Коэффициент поглощения GaAs претерпевает резкое изменение из-за поглощения энергия фотонов носителями GaAs, так что она генерируется путем прыжка с низкого энергетического уровня на высокий энергетический уровень. В связи с этим лазерный луч с длиной волны менее 0,87 мкм не может пройти через пластину GaAs, а с длиной волны более 0,87 мкм может пройти через GaAs. эта длина волны является длинноволновым пределом λ0 для материалов GaAs.

Длина волны света, соответствующая длинноволновому пределу λ0, определяет минимальную энергию фотонов, которая может вызвать собственное поглощение в полупроводниках, и существует предел частоты v 0, соответствующий частоте. Когда частота ниже v 0 (или длина волны больше λ0), невозможно создать собственное поглощение, и коэффициент поглощения быстро уменьшается, и эта длина волны λ{{5} } (или предел частоты v 0) называется пределом собственного поглощения полупроводников.
Длина волны световой волны, при которой может возникнуть собственное поглощение, меньше или равна запрещенной ширине полосы, то есть:
hν{{0}}Eg=hc/λ0 (3)
Где: Например, запрещенная полоса пропускания полупроводниковых материалов; h – постоянная Планка; с — скорость света. Замену можно получить:
λ0=1.24/Например (4)
В результате расчета можно получить длинноволновый предел Si λ0 ≈ 1,1 мкм, длинноволновый предел GaAs λ0 ≈ 0.867 мкм для трехмерного интегрирования чипа. пластин GaAs, хотя толщина пластины, состав примесей и содержание в ней таких факторов, как спектральное поглощение, оказывают влияние на материал GaAs, в основном поглощает длины волн 0,87 мкм или меньше, включая длины волн, близкие к ультрафиолету. света и ближние инфракрасные волны более длинного света. Скорость прохождения лучше для более длинных волн ближнего инфракрасного света. Поэтому для скрытой резки пластин из материала GaAs обычно выбирают длину волны инфракрасного лазера 1064 нм (для полной резки лазера обычно выбирают ультрафиолетовый лазер); скрытая резка пластин из кремниевого материала, обычно выбирают длину волны инфракрасного лазера 1342 нм, чтобы лазерный свет проходил через поверхность пластины, в фокусирующей линзе, например, роль оптических учреждений, пластина в середине верхней части и нижние поверхности пластины между поверхностью фокусировки селектируемой. В то же время, насколько это возможно, чтобы уменьшить поверхность падения и фокус лазера между слоем материала эффекта лазерного поглощения.
Стелс-нарезка GaAs выбирает ультракороткий импульсный инфракрасный лазерный луч с высокой частотой повторения, мощностью лазера более 5 Вт и длительностью импульса менее 100 нс, чтобы сжать энергию лазерного поглощения до порогового уровня, чтобы получить более желаемый эффект модифицирующего слоя и для контроля зоны термического воздействия. Коэффициент поглощения фактически увеличивается экспоненциально с ростом температуры. Следовательно, параметр ширины импульса также очень важен: он не слишком мал, чтобы обеспечить поглощение достаточного количества энергии в области фокусировки для формирования модифицированного слоя, и не слишком велик, чтобы температура области вокруг модифицированного слоя была слишком высокой. . На рисунке 2(a) показан образец пластины GaAs после невидимой резки, а на рисунке 2(b) показан срез образца пластины GaAs после невидимой резки под микроскопом, который показывает, что вдоль направления толщины образца толщиной 100 мкм a В среднем слое пластины формируется модифицирующий слой шириной несколько микрометров и толщиной 30 мкм. На рис. 16(b) можно наблюдать вертикальную линию трещины, идущую от верхней и нижней части слоя SD к передней и задней поверхностям чипа. Эффект отделения стружки во многом зависит от того, насколько далеко эта вертикальная трещина простирается до передней и задней поверхности стружки.