LU82779A1 - PROCESS FOR CRYSTALLIZATION OF FILMS AND FILMS THUS OBTAINED - Google Patents
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Description
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La présente invention est relative à un procédé de cristallisation de films choisis dans le groupe comprenant les films semi-conducteurs élémentaires amorphes et les films polymétal-liques composés de deux éléments' appartenant respectivement aux Groupes III et V ou aux Groupes II et VI du Tableau Périodique, ainsi qu'aux’ films polycristallins semi-conducteurs ainsi obtenus.The present invention relates to a process for crystallizing films chosen from the group comprising amorphous elementary semiconductor films and polymetallic films composed of two elements belonging respectively to Groups III and V or to Groups II and VI of the Table. Periodical, as well as to the semiconductor polycrystalline films thus obtained.
La miniaturisation des circuits électroniques est l'un des objectifs majeurs de l'industrie électronique et informatique.The miniaturization of electronic circuits is one of the major objectives of the electronics and IT industry.
i: ’ Les techniques actuelles font appel à des procédés de dopage sélec- I: ' ‘ tif de plaquettes de silicium monocristallin par des masquages variés dont la précision détermine les limites de développement de ces circuits. Ces procédés sont onéreux, très délicats à mettre en place et seuls quelques systèmes ont pu être développés qui soient fiables et de grande capacité. Ces systèmes sont réalisés à partir de silicium monocristallin, ce qui implique la cécessité de dis- j | poser de ce matériau en qualité et en quantité suffisantes pour produire les circuits. Tous les procédés se décomposa±en plusieurs étapes, chacune d'elles étant caractérisée par un nombre important de paramètres qui doivent être contrôlés avec précision : prépa- j ration du cristal, masquage, dopage. Ces paramètres rendent la ; " réalisation des circuits miniaturisés une entreprise très com- ! plexe qui ne saurait être généralisable à d'autres matériaux de !.· base que le silicium, par exemple, sans une modification générale | j de tous les paramètres. Le manque de flexibilité de ces techniques i· ; et leur complexité soulignent le besoin d'une technique nouvelle plus simple et facilement adaptable à d'autres supports que le Si - 3 - ! monocristallin.i: ’Current techniques use selective doping methods I:‘ tif monocrystalline silicon wafers by various masks whose precision determines the limits of development of these circuits. These processes are expensive, very delicate to set up and only a few systems have been developed which are reliable and of large capacity. These systems are made from monocrystalline silicon, which implies the discontinuity of disj | install this material in sufficient quality and quantity to produce the circuits. All the processes were broken down into several stages, each of which is characterized by a large number of parameters which must be controlled with precision: crystal preparation, masking, doping. These parameters render the; "realization of miniaturized circuits a very complex undertaking which cannot be generalized to other base materials! · · than silicon, for example, without a general modification | j of all the parameters. The lack of flexibility of these techniques i ·; and their complexity underline the need for a new technique which is simpler and easily adaptable to other supports than Si - 3 -! monocrystalline.
La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients susmentionnés, et de prévoir des procédés de cristallisation de films semi-conducteurs élémentaires amorphes ou de films polymétalliques composés de deux éléments appartenant respectivement aux Groupes III et V ou aux Groupes II et VI du Tableau Périodique, qui présentent une fiabilité au moins identique aux méthodes utilisées jusqu'à présent, et qui permettent en outre une miniaturisation plus avancée et une multiplication simultanée à grande échelle des produits obtenus.The object of the present invention is to remedy the aforementioned drawbacks, and to provide methods for crystallizing amorphous elementary semiconductor films or polymetallic films composed of two elements belonging respectively to Groups III and V or to Groups II and VI of the Periodic Table. , which have a reliability at least identical to the methods used so far, and which also allow more advanced miniaturization and simultaneous large-scale multiplication of the products obtained.
A cet effet, suivant l'invention, on irradie la surface du film à cristalliser par un faisceau laser guidé par un assemblage de fibres optiques disposées parallèlement les unes aux autres, chaque fibre ayant un diamètre n'excédant pas 50fJ-> , l'irradiation provoquant la cristallisation en cristallites régulièrement répartis et étroitement confinés.To this end, according to the invention, the surface of the film to be crystallized is irradiated by a laser beam guided by an assembly of optical fibers arranged parallel to each other, each fiber having a diameter not exceeding 50fJ->, the irradiation causing crystallization into regularly distributed and tightly confined crystallites.
Suivant une forme de réalisation particulièrement avantageuse de l'invention, les fibres optiques ont un diamètre égal à 50^ et de préférence un diamètre compris entre 4 et 25jij/ , l'assemblage de fibres optiques parallèles ayant un diamètre sensiblement égal à celui du faisceau laser, cet assemblage de fibres comprenant un nombre très important de fibres, de préférence compris entre 300 et 15000fibres, le nombre de fibres variant suivant le diamètre utile de ces fibres et le diamètre utile du faisceau du laser.According to a particularly advantageous embodiment of the invention, the optical fibers have a diameter equal to 50 ^ and preferably a diameter between 4 and 25jij /, the assembly of parallel optical fibers having a diameter substantially equal to that of the bundle laser, this assembly of fibers comprising a very large number of fibers, preferably between 300 and 15000 fibers, the number of fibers varying according to the useful diameter of these fibers and the useful diameter of the laser beam.
Suivant une autre forme de réalisation particulière du procédé de l'invention, le faisceau laser est homogénéisé avant d'être guidé par l'assemblage de fibres, par passage au travers - 4 - I ( i d'un barreau cylindrique de quartz de diamètre d'entrée sensible ment égal au diamètre du faisceau laser, coudé deux fois à angle droit en directions opposées, recouvert d'une couche métallique, les extrémités d'entrée et de sortie du barreau étant polies, parallèles entre elles et perpendiculaires à son axe.According to another particular embodiment of the method of the invention, the laser beam is homogenized before being guided by the assembly of fibers, by passage through - 4 - I (i of a cylindrical bar of quartz of diameter substantially equal to the diameter of the laser beam, bent twice at right angles in opposite directions, covered with a metal layer, the entry and exit ends of the bar being polished, mutually parallel and perpendicular to its axis .
Avantageusement, on obtient un réseau ou circuit ordon- II né de cristallites sur le film que l'on irradie, en déplaçant | celui-ci dans un plan perpendiculaire à l'axe des fibres, la fines se d'impression du réseau ou circuit de cristallites étant contrô- I * ; . lée en fonction de la vitesse de déplacement du film, il La présente invention a également pour but la réalisa- i i tion d'un procédé permettant de multiplier l'impression d'un réseau ou circuit ordonné de cristallites sur un seul film ou sur un assemblage de films semi-conducteurs élémentaires ou polymétalliques entran dans la catégorie des films susmentionnés.Advantageously, one obtains an ordered network or circuit II of crystallites on the film which one irradiates, by displacing | this in a plane perpendicular to the axis of the fibers, the fine impression of the network or circuit of crystallites being controlled; . The object of the present invention is also to carry out a process allowing the printing of an ordered network or circuit of crystallites to be multiplied on a single film or on a assembly of elementary or polymetallic semiconductor films included in the category of the aforementioned films.
Les buts dont il est question ci-dessus, sont atteints en utilisant le rayonnement produit par un laser de moyenne éner- 2 gie, c'est-à-dire d'une énergie comprise entre 50 et 100 mj/cm . L'énergie de ce faisceau est prélevée par un assemblage de fibres ; 1 optiques d'un diamètre inférieur ou égal à 50JM, de préférence : ^ compris entre 4 et 25JM , et dirigée vers une cible constituée d'un film semi-conducteur élémentaire amorphe ou d'un film polymétal-lique composé de deux éléments appartenant respectivement aux Groupes III et V ou aux Groupes II et VI du Tableau périodique .The aims mentioned above are achieved by using the radiation produced by a medium-energy laser, that is to say with an energy of between 50 and 100 mj / cm. The energy of this beam is taken up by an assembly of fibers; 1 optics with a diameter less than or equal to 50JM, preferably: ^ between 4 and 25JM, and directed towards a target consisting of an amorphous elementary semiconductor film or a polymetallic film composed of two elements belonging respectively in Groups III and V or in Groups II and VI of the Periodic Table.
^ Sous l'impact du faisceau, le film élémentaire amorphe cristallise ; de façon ordonnée et confinée à des volumes très réduits déterminés ; par le diamètre des fibres et la distance entre l'extrémité de | | sortie de la fibre et la cible. Sur des volumes identiques, le - 5 - film polymétallique cristallise sous la forme du composé semi-conducteur correspondant, le reste du film (non irradié) demeurant métallique. Par un déplacement programmé de cette cible dans un plan perpendiculaire à l'axe des fibres, un réseau ordonné de cris-tallites est alors "imprimé" optiquement sur le film dont les propriétés de transport électronique (mobilité et nombre des porteurs) se trouvent ainsi fortement modifiées de plusieurs ordres de grandeur en zones irradiées par rapport aux zones non irradiées. L'utilisation d'un très grand nombre N de fibres identiques transmettant chacune la même énergie permet alors de reproduire N fois le circuit programmé. Des cibles qui se sont révélées comme étant particulièrement appropriées à cet effet, sont les füns semi-conducteurs formés de Si ou de Ge, et les films polymétalliques composés d'une alternance de couches d'aluminium et d'antimoine, d'aluminium et d'arsenic, de galium et d'arsenic, d'indium et de phosphore (Groupes III et V), ou de cadmium et de soufre (Groupes II et VI).^ Under the impact of the beam, the amorphous elementary film crystallizes; in an orderly manner and confined to very reduced volumes determined; by the diameter of the fibers and the distance between the end of | | fiber exit and target. On identical volumes, the polymetallic film crystallizes in the form of the corresponding semiconductor compound, the rest of the film (not irradiated) remaining metallic. By a programmed displacement of this target in a plane perpendicular to the axis of the fibers, an ordered network of cris-tallites is then "printed" optically on the film whose electronic transport properties (mobility and number of carriers) are thus found strongly modified by several orders of magnitude in irradiated areas compared to non-irradiated areas. The use of a very large number N of identical fibers each transmitting the same energy then makes it possible to reproduce N times the programmed circuit. Targets which have been found to be particularly suitable for this purpose are semiconductor füns formed of Si or Ge, and polymetallic films composed of alternating layers of aluminum and antimony, aluminum and arsenic, galium and arsenic, indium and phosphorus (Groups III and V), or cadmium and sulfur (Groups II and VI).
D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description donnée ci-après à titre d'exemple non limitatif de quelques formes particulières de l'invention. i La description donnée ci-après concernera particulière ment la mise en forme du faisceau laser, le balayage des surfaces irradiées par le déplacement du ou des films irradiés et la reproduction simultanée en un grand nombre d'exemplaires d'un réseau ou circuit ordonné de cristallites sur un seul film (cible) ou un assemblage de films (cibles différentes).Other details and particularities of the invention will emerge from the description given below by way of nonlimiting example of some particular forms of the invention. The description given below will relate in particular to the shaping of the laser beam, the scanning of the irradiated surfaces by the displacement of the irradiated film or films and the simultaneous reproduction in a large number of copies of an ordered network or circuit of crystallites on a single film (target) or an assembly of films (different targets).
1. Mise en forme du faisceau.1. Beam shaping.
Suivant l'épaisseur des films à traiter, qui est au - 6 - moins égale à 0,015p>, et de préférence comprise entre 1 et 25ylX/, le rayonnement laser peut avoir différentes origines, par exemple : laser pulsé à colorant de moyenne puissance et faible énergie pour des films minces d'épaisseur inférieure ou égale à 0,2JJ/ sur verre, ou laser pulsé à rubis de grande puissance mais faible énergie pour des films d'épaisseur supérieure à Ψ- déposés également sur substrat non cristallin, par exemple du verre ou de la silice fondue .Depending on the thickness of the films to be treated, which is at least equal to 0.015 p>, and preferably between 1 and 25 μl /, the laser radiation can have different origins, for example: pulsed laser with medium power dye and low energy for thin films of thickness less than or equal to 0.2JJ / on glass, or pulsed laser with high power ruby but low energy for films of thickness greater than Ψ- also deposited on non-crystalline substrate, example of glass or fused silica.
Quel que soit le faisceau laser, celui-ci est mis en regard d'un assemblage de fibres de quartz parallèles, d'un diamètre inférieur ou égal à assemblées sur un diamètre égal à celui du faisceau, le faisceau laser pénétrant toutes les fibres siwant leur axe longitudinal respectif. Les fibres, par exemple au nombre de 1000 à 2000, ont toutes un diamètre égal, le nombre des fibres étant uniquement limité par le diamètre utile du faisceau sur lequel celui-ci est homogène et par le diamètre des fibres. Chaque fibre est polie à ses extrémités. Ce travail est réalisé en assemblant toutes les fibres de manière compacte, maintenues à chaque extré-, mité par une bague métallique d'un diamètre inférieur ou égal au diamètre utile du faisceau. Ainsi montées, toutes les fibres sont polies ensemble, à leurs deux extrémités successives, par abrasif sur table tournante. Les extrémités respectives des fibres assemblées sont chacune situées dans un même plan disposé perpendiculairement à l'axe longitudinal de chacune de ces fibres. Les extrémités des fibres tournées vers le faisceau laser sont alors maintenues dans leur bague d'assemblage, les extrémités opposées étant libérées de leur bague.Whatever the laser beam, it is placed opposite an assembly of parallel quartz fibers, with a diameter less than or equal to assembled on a diameter equal to that of the beam, the laser beam penetrating all the fibers siwant their respective longitudinal axis. The fibers, for example 1000 to 2000, all have an equal diameter, the number of fibers being only limited by the useful diameter of the bundle on which it is homogeneous and by the diameter of the fibers. Each fiber is polished at its ends. This work is carried out by assembling all the fibers in a compact manner, held at each end, by a metal ring with a diameter less than or equal to the useful diameter of the bundle. Thus assembled, all the fibers are polished together, at their two successive ends, by abrasive on a rotary table. The respective ends of the assembled fibers are each located in the same plane arranged perpendicular to the longitudinal axis of each of these fibers. The ends of the fibers facing the laser beam are then held in their assembly ring, the opposite ends being released from their ring.
Ainsi qu'on l'a déjà précisé, suivant une forme de - 7 - réalisation préférée de l'invention, avant d'être guidé par l'assemblage de fibres, le faisceau laser peut être rendu homogène par passage au travers de tout moyen optique adéquat connu de l'état de la technique. L'homogénéiseur utilisé est de préférence un barreau cylindrique de quartz, de diamètre d'entrée égal au diamètre du faisceau laser, coudé deux fois à angle droit en directions opposées, recouvert d'une couche métallique, par exemple d'un film d'aluminium, les extrémités d'entrée et de sortie du barreau étant polies, parallèles entre elles et perpendiculaires à son axe. Le faisceau laser peut éventuellement être concentré par un système de lentilles à l'entrée du barreau. Lorsque l'on utilise un barreau homogénéiseur de ce type, les extrémités des fibres tournées vers le faisceau homogénéisé sont maintenues dans leur bague d'assemblage, qui est alors amenée au contact de la sortie du barreau, les extrémités opposées étant bien entendu libérées de leur bague, ainsi qu'on vient de le mentionner.As already stated, according to a preferred embodiment of the invention, before being guided by the assembly of fibers, the laser beam can be made homogeneous by passage through any means adequate optics known from the state of the art. The homogenizer used is preferably a cylindrical quartz bar, with an inlet diameter equal to the diameter of the laser beam, bent twice at right angles in opposite directions, covered with a metallic layer, for example a film of aluminum, the entry and exit ends of the bar being polished, mutually parallel and perpendicular to its axis. The laser beam can possibly be concentrated by a system of lenses at the entrance of the bar. When a homogenizing bar of this type is used, the ends of the fibers facing the homogenized bundle are held in their assembly ring, which is then brought into contact with the outlet of the bar, the opposite ends being of course freed from their ring, as we just mentioned.
Etant donné que chacune des fibres reçoit la même énergie (à plus ou moins 1%), la capacité de chaque fibre de transmettre le rayonnement sans pertes (soit par absorption, soit par transmission latérale) permet alors de disposer d'un très grand nombre de sources de lumière d'énergie identique, sur des diamètres identiques. Suivant l'énergie nécessaire, le rayonnement laser peut être réduit par un ou plusieurs filtres calibrés disposés sur le trajet du faisceau, perpendiculairement à celui-ci, avant l'entrée des fibres. Après avoir traversé l'assemblage de fibres optiques, le faisceau laser peut être structuré, par exemple par passage au travers d'un moyen optique agencé pour produire des franges d'in- - 8 - terférence, ce moyen optique pouvant être constitué par un réseau optique en quartz gravé.Since each of the fibers receives the same energy (plus or minus 1%), the capacity of each fiber to transmit radiation without losses (either by absorption or by lateral transmission) then makes it possible to have a very large number light sources of identical energy, on identical diameters. Depending on the energy required, the laser radiation can be reduced by one or more calibrated filters placed on the beam path, perpendicular to it, before the fibers enter. After having passed through the assembly of optical fibers, the laser beam can be structured, for example by passing through an optical means arranged to produce interference fringes, this optical means possibly consisting of a optical network in engraved quartz.
2. Cristallisation et balayage des films.2. Crystallization and scanning of films.
Si le réseau n'est pas utilisé, le faisceau pulsé qui sort de l'extrémité d'une fibre présente une structure granulaire (ou "speckle"), c'est-à-dire que son impact sur une surface se décompose en un ensemble de tâches sensiblement circulaires réparties de façon homogène et stable d'une pulsation à l'autre. La taille de ces "grains" de lumière est donnée parA = ^ où \ tg a est la longueur d'onde du rayonnement et a l'angle sous lequel } chaque site de la cible ou du film voit le rayon R de la fibre.If the network is not used, the pulsed beam which leaves the end of a fiber has a granular structure (or "speckle"), that is to say that its impact on a surface is broken down into a set of substantially circular tasks distributed in a homogeneous and stable manner from one pulse to another. The size of these "grains" of light is given by A = ^ where \ tg a is the wavelength of the radiation and at the angle at which} each site of the target or film sees the radius R of the fiber.
||
Si tg a = \ d, où d est la distance entre cible (film) etIf tg a = \ d, where d is the distance between target (film) and
| d R| d R
fibre.fiber.
On voit que pour une fibre donnée et une longueur d'onde fixée,Δ croît avec d. Par contre l\ diminue si R augmente, à d constant. Une irradiation de ce type produit des cristallites étoilés en nombre et dimension identiques à ceux des tâches du speckle, cou-; vrant toute la surface irradiée dont le diamètre est égal à celui de la fibre. En agissant sur le speckle (donc sur , R et d) , il î est par la suite aisé de faire varier la taille des cristallites, en particulier de produire un seul cristallite étoilé de diamètre égal à celui de la fibre.We see that for a given fiber and a fixed wavelength, Δ increases with d. On the other hand l \ decreases if R increases, at constant d. An irradiation of this type produces star crystallites in number and dimension identical to those of speckle spots, cou-; covering the entire irradiated surface, the diameter of which is equal to that of the fiber. By acting on the speckle (therefore on, R and d), it is thereafter easy to vary the size of the crystallites, in particular to produce a single star crystallite of diameter equal to that of the fiber.
En interposant sur le parcours du faisceau un réseau optique, chaque tâche du speckle est frangée et les étoiles produites sont structurées.By interposing an optical network on the beam path, each speckle task is fringed and the stars produced are structured.
Etant donné qu'aucune altération des zones cristallisées produites sur une pulsation n'est observée quand on superpose - 9 - un train de pulsations sur ces mêmes zones, on déplace la surface du film à irradier en regard d'une extrémité de fibre fixe, c'est-à-dire dans un plan perpendiculaire à l'axe de cette fibre, de façon à permettre un recouvrement des zones irradiées d'une pulsation à la suivante, permettant d'obtenir ainsi un réseau ou circuit ordonné de cristallites. Ce recouvrement détermine la finesse de l'impression du circuit cristallisé dans le film, finesse que l'on contrôle en faisant varier la vitesse de déplacement du film, c'est-à-dire en fait la vitesse de balayage de la surface du film au moyen du rayonnement laser transmis par les fibres optiques, et le taux de répétition des pulsations du laser.Since no alteration of the crystallized zones produced on a pulse is observed when a train of pulses is superimposed on these same zones, the surface of the film to be irradiated is moved opposite a fixed fiber end, that is to say in a plane perpendicular to the axis of this fiber, so as to allow an overlap of the irradiated zones from one pulsation to the next, thus making it possible to obtain an ordered network or circuit of crystallites. This overlap determines the fineness of the printing of the circuit crystallized in the film, finesse which is controlled by varying the speed of movement of the film, that is to say in fact the scanning speed of the surface of the film. by means of the laser radiation transmitted by the optical fibers, and the repetition rate of the laser pulses.
3. Procédé permettant la multiplication de l'impression d'un réseau ou circuit ordonné de cristallites.3. Method allowing the multiplication of the printing of an ordered network or circuit of crystallites.
Ainsi qu'on l'a déjà mentionné ci-dessus, la présente invention prévoit également un procédé permettant de multiplier l'impression d'un réseau ou circuit ordonné de cris-. tallites sur un seul film ou sur un assemblage de films choisis dans le groupe comprenant les films semi-conducteurs élémentaires amorphes et les films polymétalliques composés de deux éléments appartenant respectivement aux Groupes III et V ou aux Groupes II et VI du Tableau Périodique. Dans ce cas, les extrémités de sortie des fibres montées dans l'axe du faisceau mis en forme tel que décrit précédemment, sont assemblées sur un châssis-plan suivant une configuration géométrique adaptée au nombre de fibres et à l'étendue du réseau ou circuit de cris- I.As already mentioned above, the present invention also provides a method for multiplying the impression of an ordered network or circuit of cris-. tallites on a single film or on an assembly of films chosen from the group comprising amorphous elementary semiconductor films and polymetallic films composed of two elements belonging respectively to Groups III and V or to Groups II and VI of the Periodic Table. In this case, the output ends of the fibers mounted in the axis of the shaped bundle as described above, are assembled on a flat frame according to a geometric configuration adapted to the number of fibers and to the extent of the network or circuit. from cris- I.
- 10 - tallites à imprimer. L'assemblage sur le châssis est tel que toutes les fibres sont parallèles entre elles et leurs extrémités dans un même plan parallèle au plan du châssis. En regard de ce châssis et parallèlement à celui-ci, on monte un autre châssis-plan sur lequel est monté soit le film à irradier, couvrant toute la surface du châssis, soit 1'assemblage des films à irra-I dier, distribués suivant une configuration géométrique identique | à celle du montage des fibres sur leur châssis, de manière à accomoder l'étendue du réseau ou circuit de cristallites à réa- { * 1 - liser en un nombre d'exemplaires égal au nombre de fibres i |! (chaque fibre se trouvant en regard direct d'un film donné) . La distance entre les châssis supportant le ou les films (cible) et ; celui des fibres est ajustée de façon à ce que la distance entre fibre et film corresponde à l'impression désirée (se référer, à ce sujet, au chapitre 2 précédent). Le châssis des fibres reste fixe tandis que le châssis supportant le ou les films peut se déplacer dans son plan, à distance fixe du précédent. Un mouve- l! jl ment de translation est alors procuré au châssis-film. Ce mou- îi j ^ vement permet à chaque fibre d'imprimer optiquement un circuit ou réseau ordonné de cristallites semi-conducteurs sur le film unique ou sur chaque film monté sur le châssis.- 10 - tallites to print. The assembly on the chassis is such that all the fibers are parallel to each other and their ends in the same plane parallel to the plane of the chassis. Next to this frame and parallel to it, another flat frame is mounted on which is mounted either the film to be irradiated, covering the entire surface of the frame, or the assembly of the films to be irradiated, distributed according to an identical geometrical configuration | to that of mounting the fibers on their chassis, so as to accommodate the extent of the network or circuit of crystallites to be made {* 1 - read in a number of copies equal to the number of fibers i |! (each fiber being directly facing a given film). The distance between the frames supporting the film (s) (target) and; that of the fibers is adjusted so that the distance between fiber and film corresponds to the desired impression (refer, in this regard, to chapter 2 above). The fiber frame remains fixed while the frame supporting the film (s) can move in its plane, at a fixed distance from the previous one. A movement! translation jl ment is then provided to the film frame. This movement allows each fiber to optically print an ordered circuit or network of semiconductor crystallites on the single film or on each film mounted on the frame.
On constatera, compte tenu de ce qui précède, que la dimension et la répartition des cristallites sur le ou les films à irradier, quel que soit le processus de cristallisation utilisé, sont contrôlables en fonction du diamètre des fibres opti- i ques, de la distance fibres-film, ainsi que de la longueur ! I; | d'onde, de l'énergie et de la puissance du faisceau laser irra- f diant le film.It will be noted, taking into account the above, that the size and the distribution of the crystallites on the film or films to be irradiated, whatever the crystallization process used, can be controlled as a function of the diameter of the optical fibers, the fiber-film distance, as well as length! I; | wave, energy and power of the laser beam irradiating the film.
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La mise en forme du faisceau laser étant stable dans l'espace, il est possible d'irradier successivement dans les mêmes conditions d'énergie, deux films superposés, permettant une cristallisation épitaxique du second film recouvrant le premier, c'est-à-dire une superposition exacte des cris-tallites appartenant à chacun de ces films. Un tel exemple de films superposés est donné par le système Si/Al-Sb, obtenu en évaporant une couche amorphe de Si sur un film Al-Sb, cristallisé suivant l'inveritim , scus la forme du composé semi-conducteur AlSb, le film de Si étant irradié par le même faisceau 3aser de façon identique.The shaping of the laser beam being stable in space, it is possible to irradiate successively under the same energy conditions, two superimposed films, allowing an epitaxial crystallization of the second film covering the first, that is to say say an exact superimposition of the cris-tallites belonging to each of these films. One such example of superimposed films is given by the Si / Al-Sb system, obtained by evaporating an amorphous layer of Si on an Al-Sb film, crystallized according to the invertim, in the form of the semiconductor compound AlSb, the film of Si being irradiated by the same 3aser beam in an identical manner.
Les exemples qui suivent illustrent l'invention sans toutefois la limiter.The examples which follow illustrate the invention without however limiting it.
Exemple 1.Example 1.
Film de germanium.Germanium film.
Les expériences et essais décrits ci-après ont été réalisés avec des fibres optiques d'un diamètre égal à 50jj*', les résultats obtenus étant évidemment extrapolables à n'importe quel diamètre de fibre, en particulier à des fibres d'un diamètre inférieur à 50JM,. Dans ces essais, seul l'effet de speckle a été exploité, l'adjonction d'un moyen optique (par exemple un réseau optique de quartz) de structuration du speckle permettant bien entendu d'améliorer la cristallisation.The experiments and tests described below were carried out with optical fibers with a diameter equal to 50 µm *, the results obtained being obviously extrapolable to any fiber diameter, in particular to fibers of smaller diameter at 50JM ,. In these tests, only the speckle effect was used, the addition of an optical means (for example an optical network of quartz) for structuring the speckle of course making it possible to improve the crystallization.
Pour le laser utilisé (à colorant, puissance de 6 KW pour des pulsations de 10 ^ sec répétées à un taux de 25 sec , les résultats suivants ont étés enregistrés : - un faisceau homogène de 2 mm de diamètre utile a été produit, pouvant accomoder 300 fibres d'un diamètre utile de 50yy, ; ; - 12 - i I- sur les zones du film de germanium irradiées, d'un diamètre de 50, on a obtenu une distribution homogène de cristallites étoilés, tous d'un même diamètre choisi dans la gamme de 2 i à 25/^suivant les conditions d'irradiation, cette distribution ! homogène étant reproductible. Une étoile unique d'un diamètre de 50JA*a été obtenue en plaçant le film cible à 2 mm de l'extré- ' mité de la fibre et en concentrant légèrement le faisceau, i i I l'énergie par unité de surface étant alors réduite·* ; | . - avec un recouvrement de 90% entre zones irradiées successives, ! ’ le déplacement du film cible à une vitesse de 0,12 mm sec permet une définition des limites de l'impression à - 0,3%, soit 0,13JJj .For the laser used (dye, power of 6 KW for pulses of 10 ^ sec repeated at a rate of 25 sec, the following results have been recorded: - a homogeneous beam of 2 mm of useful diameter has been produced, which can accommodate 300 fibers with a useful diameter of 50yy;; - 12 - i I- on the irradiated germanium film areas, with a diameter of 50, a homogeneous distribution of star crystallites was obtained, all of the same diameter chosen in the range from 2 i to 25 / ^ depending on the irradiation conditions, this homogeneous distribution being reproducible. A single star with a diameter of 50JA * was obtained by placing the target film 2 mm from the end - 'miter of the fiber and by concentrating the beam slightly, ii I the energy per unit of surface then being reduced · *; |. - with an overlap of 90% between successive irradiated zones,!' the displacement of the target film at a speed of 0.12 mm dry allows definition of the limits of printing to - 0.3%, or 0.13 DD .
Exemple 2.Example 2.
Film de germanium.Germanium film.
Pour des fibres de de diamètre utile, la miniaturisation des zones cristallisées est la suivante ; - un seul cristallite par impact de dimension égale à 7 pour une distance d film-fibre égale à 40/1 ; : , - pour un recouvrement de 90% entre zones irradiées successives, j " une vitesse de déplacement de 0,017 mm sec ^ permet une défini- + i tion des bords de - 0,25%, soit 0,017//,.For fibers of useful diameter, the miniaturization of the crystallized zones is as follows; - a single impact crystallite of dimension equal to 7 for a film-fiber distance equal to 40/1; :, - for a 90% overlap between successive irradiated zones, j "a displacement speed of 0.017 mm sec ^ allows a definition of the edges of - 0.25%, ie 0.017 // ,.
jj
On notera que les avantages des fibres d'un très faible diamètre résident dans une meilleure définition des tracés, dans une réduction de l'intensité du rayonnement à sa ’ source, dans une vitesse de balayage plus grande, par rapport aus fibres d'un diamètre de SOJX , et dans une multiplication bien plus importante des circuits réalisés (de l'ordre de 15000,It will be noted that the advantages of fibers of a very small diameter reside in a better definition of the traces, in a reduction in the intensity of the radiation at its source, in a higher scanning speed, compared to fibers of a diameter of SOJX, and in a much greater multiplication of the circuits produced (of the order of 15,000,
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