WO1998017831A1 - Verfahren zur veränderung der struktur von dünnen, oberflächennahen materialschichten - Google Patents

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Silke Christiansen
Gerd Hintz
Jens Christiansen
Horst Strunk
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Definitions

  • the invention relates to a method for changing the structure of thin, near-surface layers of solids, in particular for the crystallization of amorphous materials or for changing the crystal structure of semiconductors, high-temperature superconductors or non-conductors, with a near-surface layer of material
  • Solids also bodies made of highly compressed powders, sintered bodies or the like. should count to change, be it to achieve a different, physically more favorable crystal structure, or to change the physical properties of the solid in some other way by compression or disruption of the crystal structure.
  • amorphous semiconductor layers which are composed, for example, of silicon and are applied to a substrate, for example glass.
  • Laser radiation is already used in this context.
  • US Pat. No. 5,622,567 describes a method in which a thin semiconductor film is formed on a substrate in that semiconductor material with laser pulses of high energy but very short pulse duration (in the range between 10 and a few 10 nsec ) evaporated and then on Substrate is deposited to form a thin film, these short laser pulses with high energy are generated according to the prior art with an excimer laser.
  • this results in a semiconductor film with unsatisfactory crystal quality, which is why this film is heated to a temperature above the crystallization temperature by appropriate heating of the deposition target in order to improve the crystal quality.
  • the upper power limit for such a method when using laser radiation with a wavelength of 308 nm and application on silicon is about 1 J / cm 2 for pulse durations of 2 x 10 ⁇ 7 seconds.
  • Polycrystalline high-temperature superconductors are known to have a higher current-carrying capacity the higher the pressure in the medium at which the superconducting material is brought into its final shape by sintering processes. So far, pressures have been used in this context which are around one kbar.
  • the mechanical properties of composite materials in which e.g. one component metal, the other component is a ceramic material can be changed by changing the structure of the metal or the crystalline structure in the ceramic, which can be effected, for example, by appropriate mechanical treatment.
  • the invention is based on the object of proposing a method for changing the structure of at least thin, near-surface layers of solid bodies, including pressed powder bodies or sintered bodies, which allows the material to be changed to be used
  • Influencing pressure waves that have amplitudes with the highest possible values in order to be able to change the structure of the material to be treated quickly, in a targeted manner and overall considerably.
  • the oscillator pulse is shortened to, for example, 10 to 30 nsec by technical measures.
  • the output power in the first pulse maximum (after approx. 5 nsec) is approximately 70 MW.
  • a further pulse shortening can be achieved with a so-called Q-switch circuit (a Q circuit) of the laser beam, e.g. reach at the output of the oscillator.
  • the pressure waves caused by the plasma generated can be used with advantage, for example to convert amorphous semiconductor layers, as are used in various fields, into a crystalline structure, and sufficient working speeds can be achieved without the risk that a possibly temperature-sensitive substrate on which the semiconductor material is applied is damaged or destroyed.
  • the pressure or shock waves generated in the method according to the invention also improve the properties of high-temperature superconductor material and, if appropriate, also as a result of structural changes
  • the surface to be irradiated is covered with a material that is transparent to the laser radiation in a continuation of the inventive idea to achieve inertia confinement with respect to the plasma generated.
  • the surface of the material to be changed is advantageously covered with a fluid, preferably with water.
  • a transparent plate or a transparent tape for example a quartz plate or a plastic film could be used here, and as between Switched fluid, for example, organic liquids such as oil, glycerin etc. come into question.
  • the irradiation with laser pulses is carried out at a power density of 10 to 100 MW / cm 2 , preferably of about 30 to 50 MW / cm 2 undertake, particularly good results can be achieved if the power density or energy density is particularly high, but is about 10 to 20% below the ablation energy.
  • the determination of the optimum values is possible in the context of appropriate tests, which can be carried out without any particular problems, provided that the corresponding lasers are available.
  • the laser beam has only a limited diameter and consequently covers a comparatively small area, while larger surface areas of the material have to be treated for certain applications.
  • the procedure is advantageously simply such that the laser beam and the surface to be irradiated are moved relative to one another, so that the laser beam successively describes different areas of the surface, but ultimately the entire surface of the material to be changed.
  • Such methods are generally known from the laser treatment of surfaces. It is only important that laser radiation according to the invention is used in accordance with short, high-energy steep pulses.
  • the method according to the invention can be applied to a wide variety of materials.
  • the material to be changed is amorphous or polycrystalline composed of small crystallites
  • semiconductor material is used, this semiconductor material expediently using chemical or physical methods known per se on a substrate, eg. Glass, deposited and then by laser pulse radiation is crystallized or recrystallized to form larger crystals.
  • a substrate eg. Glass
  • laser pulse radiation is crystallized or recrystallized to form larger crystals.
  • the energy density is advantageously not more than 1.5 J / cm, preferably 0.2 worked up to 1 J / cm. With these energy densities one obtains sufficiently short ones
  • Laser radiation of a special, favorable wavelength can be used, a laser beam having a wavelength which corresponds with a deviation of approximately ⁇ 100 nm to the wavelength range in which the transition of the semiconductor material from almost complete radiation absorption to transmission takes place.
  • a transmission or absorption curve of the amorphously deposited semiconductor material is determined with the aid of a tunable laser.
  • a relatively sharp transition between complete absorption and transmission is obtained, this transition usually being within a wavelength interval of approximately 100 to 200 nm. The transition can therefore be assigned to a certain wavelength. If laser radiation is now used for the pulse irradiation of the semiconductor material, its
  • the transition wavelength is approximately 360 nm.
  • a XeCl excimer laser which works with a wavelength of 308 nm, can therefore be used particularly advantageously for this material.
  • a frequency-tripled Nd: YAG laser with a radiation wavelength of 355 or a frequency-doubled Nd: YAG laser with a wavelength of 532 nm would also be suitable.
  • the transition from absorption to transmission is approximately 500 nm.
  • a frequency-doubled Nd: YAG laser which operates at a wavelength of 532 nm, is expediently used here. It can also e.g. a Ti-sapphire laser can be used in frequency doubling with a radiation frequency of 400 nm.
  • the wavelength window in which the crystallization takes place optimally must be determined accordingly.
  • short-pulse is an mode of operation in which the pulse rise time is less than 5 nsec and Pulse duration less than 40 nsec is:
  • Nd YAG laser with 1064 nm (frequency doubled 532 nm and frequency tripled 355 nm)
  • Can grow semiconductor material It is also possible within the scope of the invention to generate a doping of the semiconductor material by means of corresponding additional method steps, for example by flushing in gas etc. Appropriate measures can also be taken to make contact with the semiconductor material before, during or after the laser irradiation, with particular reference being made to the possibility of applying a metal layer between the substrate and the amorphous or polycrystalline semiconductor material, which e.g. can be produced on the substrate before the semiconductor layer is applied to the substrate. This metal layer can then be used as an electrical contact.
  • the material to be changed is a material which forms a high-temperature superconductor and which is covered with a thin metal layer, which in turn is one of those Wearing laser radiation absorbing, non-metallic layer.
  • a thin metal layer which in turn is one of those Wearing laser radiation absorbing, non-metallic layer.
  • plasma is generated by the high-power laser pulses, which leads to pressure shock waves penetrating into the material to be processed and changing it accordingly, thereby improving the superconducting properties.
  • the pulsed laser radiation is expediently focused on the metallic cover, whereby when using pulsed laser radiation with intensities in the order of magnitude of 2 GW / cm 2 and pulse rise times of approximately 3 nsec, the shock waves that trigger the laser pulses on the surface are one Have a range of more than 0.5 mm, so that the superconducting material behind the metal in the layer near the surface is reached by the penetrating shock wave, provided the layer thickness of the material is sufficiently small.
  • the composite material Before the laser irradiation, the composite material is provided with a cover layer which improves the coupling of energy. In this case, lifting of the cover layer as a result of ablation can be accepted.
  • a cover layer which improves the coupling of energy.
  • lifting of the cover layer as a result of ablation can be accepted.
  • the treatment according to the invention thus leads to consolidation via the residual compressive stresses and to a reduction in tensile stresses, in particular in the border region of the Composite components. This significantly reduces susceptibility to cracks or other fatigue phenomena and increases the elasticity of the material.
  • Figure 1 schematically shows the experimental arrangement when treating a semiconductor, namely an amorphous layer according to the invention
  • FIG. 2 shows schematically the experimental arrangement in the treatment of a high-temperature superconductor (e.g. YBCO) according to the invention.
  • a high-temperature superconductor e.g. YBCO
  • the picture according to FIG. 3a was taken with electron microscopy in the bright field, that according to FIG. b in the dark field (used reflections ⁇ 111 ⁇ ⁇ 220 ⁇ );
  • FIG. 4 shows an image of amorphous silicon crystallized by laser irradiation according to the invention, taken with an electron microscope in the bright field, using an additional water layer;
  • FIG. 5a to 5c representations of electron diffraction depending on the type of crystallization and FIG. 6, for example, the transmission spectrum of amorphous SiC: H: P on glass.
  • the essential idea of the invention is to be seen in allowing a pressure wave in the form of a shock wave to penetrate into the material to be treated, the amplitude of which has the highest possible values, this being achieved primarily by using the shortest possible laser pulses of the highest possible power, the Rise time is also as short as possible.
  • the step is further used that the plasma which forms when the laser beam strikes the material surface is blocked by being positioned under a medium, in the simplest case water.
  • the oscillator pulse rise times of the laser pulse of about 3 nsec can be achieved if two lasers are connected in series and the oscillator pulse is shortened to 10 to 30 nsec, for example, by technical measures. If, for example, a laser with a radiation of 308 nm and an optimized amplitude of the oscillator pulse (of approx. 150 mJ) is used, the desired pulse rise time is obtained with a laser amplifier with 2 J pulse energy. In this case, after about 5 nsec, the output power in the first pulse maximum is about 70 MW. If a further pulse shortening is desired, this can be achieved by various measures. For example, a so-called MOPA (Master Oscillator Power Amplifier) arrangement of two or more lasers can be used.
  • MOPA Master Oscillator Power Amplifier
  • FIG. 1 shows the experimental arrangement of how it can be used for changing the structure of a semiconductor material using the inertial confinement for the plasma.
  • a layer 2 of an amorphous or very small crystallite semiconductor material in the exemplary embodiment shown made of silicon Si, is located on a glass or other substrate plate 3, which can be 1 mm thick, for example Layer can be 0.5 ⁇ m thick, for example.
  • the semiconductor layer 2 is covered with a corresponding insulation material, in the exemplary embodiment with water with a layer thickness of 1 mm, the exact layer thickness of the water layer 1 not being very critical.
  • the water layer only has to be thick enough to ensure the desired inertial confinement of the resulting plasma. It is now assumed that in the experimental arrangement according to FIG.
  • the irradiation with laser pulses takes place with a pulse duration of 30 nsec and a pulse rise time of 3 nsec.
  • the upper limit of the resilience of the irradiated layer arrangement of semiconductor layer 2 and glass 3 is at power densities of approximately 33 MW / cm 2 .
  • a plasma layer 5 is formed on the surface of the semiconductor layer 2, which generates a pressure of approximately 2 kbar in the event that the semiconductor layer 2 is positioned under water 1.
  • pressure values result which are only about a tenth of the aforementioned values.
  • the resulting crystallites in the semiconductor layer 2 are up to a few ⁇ m in size in the case of underwater bombardment (see FIG. 4), while under irradiation of the semiconductor layer 2 in air the crystallites (FIGS. 3 a, b) have sizes in the nm range, ie a size of 50 to 100 nm.
  • the crystallites which form when the semiconductor material 2 is bombarded with water are about a factor 10 larger than the crystallites that arise when the semiconductor material 2 is irradiated without inclusion of the plasma by the water layer. It is also important that the crystallite interior is very poor in crystal defects.
  • Figure 5 is also interesting, in which the electron microscopic diffraction figures are shown schematically, the following materials correspond to Figure 5a: amorphous silicon
  • Figure 5b polycrystalline silicon after irradiation in air (fine crystallites) and
  • Figure 5c Crystallites after laser bombardment with inertia enclosing the plasma through a layer of water
  • Figure 5a shows diffuse scattering and no diffraction reflections, which is typical for an amorphous material.
  • the penetration depth of the radiation in amorphous silicon is only about 10 nm. It must therefore be assumed that the amount of material that is present as plasma during irradiation is only a relatively small fraction is the total amount present on the substrate. The major part of the material should be reflected again after the impulse load.
  • the penetrating pressure wave of approximately 2 kbar amplitudes has a shock wave character, which means that a thinning wave follows a compression wave, both waves penetrating the material at supersonic speed.
  • the strong distortion fields occurring here are probably the main reason for the formation of the crystallization. Because, as found in experiments, the
  • the shock character of the pressure wave may be causally correlated with non-linear processes that lead to the transformation of the crystal structure of the material. It is astonishing in this connection that the difference in the volume of the crystallites when damaging with water on the one hand and irradiation without water on the other hand is about 2 to 3 orders of magnitude, which can only be explained by the fact that the pressure of the shock wave has a very significant influence.
  • the invention offers the possibility of optimizing the plasmas generated by the high-power laser pulses in such a way that pressures of the order of several kbar (up to 10 to 20 kbar) penetrate into the material to be processed as a result of the resulting shock and pressure waves.
  • the schematic representation of FIG. 2 assumes that the superconducting material 7 is made of a metal foil 6, e.g. made of silver, a thickness of a few 100 microns (in the embodiment of 100 microns) is covered, the laser radiation 4 is focused on the metal layer 6.
  • the high-temperature superconductor layer 7 can have a greater thickness.
  • Embodiment with 1 mm is assumed. If pulsed laser radiation with intensities of the order of 2 GW / cm 2 and with pulse rise times of about 3 nsec is now used, the penetration depths in the metal of more than 0.5 result for the shock waves that trigger the laser pulses on the surface of the metal mm, so that the superconducting material is subsequently reached and influenced by the penetrating shock wave on the metal layer 6 in the layer 7a near the surface.
  • pressures of about 10 kbar were found experimentally. To achieve this, it is necessary to form the plasma in a coating applied to the metal, in which the laser beam has ranges of the order of 1 ⁇ m. This can be achieved by coating the metal surface with a material that has an absorption length for the laser radiation of the order of 10 ⁇ 4 cm. For such a coating come into question
  • the production of high-temperature superconductors usually proceeds in such a way that the superconducting material is enclosed in a metal sheath after or during the sintering process.
  • the laser beam must be submerged under water onto a "drawn" part of the sintering process
  • Wire are focused, the inside of which consists of high-temperature superconductor material.
  • the laser pulse irradiation according to the invention thus leads to consolidation via the compressive residual stresses and to a reduction in tensile stresses in the area near the surface, in particular in the border area of the two or more components of the composite material. This results in a significant reduction in susceptibility to cracking or other fatigue phenomena and in an increase in the elasticity of the material. to to P 1 P *

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Veränderung der Struktur von dünnen, oberflächennahen Schichten von Festkörpern vorgeschlagen, das insbesondere zu Kristallisation amorpher Materialien und zur Veränderung der Kristallstruktur von Halbleitern, Hochtemperatur-Supraleitern oder Nichtleitern anwendbar ist. Im Rahmen des Verfahrens wird das Festkörper-Material mit steilen, kurzen Hochleistungs-Laserimpulsen bestrahlt, wobei an der bestrahlten Oberfläche ein Plasma erzeugt wird, welches eine in das zu verändernde Material eindringende Druck- oder Schockwelle auslöst. Die Energiedichte der Laserimpulse muß hoch genug gewählt werden, um ein Plasma zu erzeugen, darf jedoch nicht so hoch sein, daß die Bestrahlung zu einer Ablation der bestrahlten Materialschicht führt. Der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren angestrebte Effekt wird dann besonders betont, wenn hinsichtlich des erzeugten Plasmas für einen Trägheitseinschluß gesorgt wird, indem die zu bestrahlende Oberfläche mit einem für die Laserstrahlung durchlässigen Material abgedeckt wird.

Description

Verfahren zur Veränderung der Struktur von dünnen, oberflächennahen Materialschichten
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Veränderung der Struktur von dünnen, oberflächennahen Schichten von Festkörpern, insbesondere zur Kristallisation amorpher Materialien oder zur Veränderung der Kristallstruktur von Halbleitern, Hochtemperatur-Supraleitern oder Nichtleitern, wobei eine oberflächennahe Materialschicht durch
Laserbestrahlung geschmolzen und anschließend wieder verfestigt wird.
Auf verschiedenen Gebieten besteht ein erhebliches Interesse, die Struktur von Festkörpern, wobei zu
Festkörpern auch Körper aus stark verdichteten Pulvern, Sinterkörper oder dergl . zählen sollen, zu verändern, sei es um eine andere, physikalisch günstigere Eigenschaften aufweisende Kristallstruktur zu erzielen, sei es um durch Verdichtung oder Störung des Kristallgefüges in sonstiger Weise die physikalischen Eigenschaften der Festkörper zu verändern.
Beispielsweise besteht in der Halbleitertechnologie ein erhebliches Interesse daran, auf ein Substrat, beispielsweise Glas, aufgebrachte amorphe Halbleiterschichten, die z.B. aus Silizium bestehen, zu kristallisieren. In diesem Zusammenhang wird auch bereits Laserstrahlung verwendet. Beispielsweise ist in der US-A 5 622 567 ein Verfahren beschrieben, bei dem ein dünner Halbleiter-Film auf einem Substrat dadurch gebildet wird, daß Halbleiter-Material mit Laserimpulsen hoher Energie, jedoch sehr geringer Pulsdauer (im Bereich zwischen 10 und einigen 10 nsec) verdampft und dann auf ein Substrat unter Bildung eines dünnen Films abgelagert wird, Diese kurzen Laserimpulse mit hoher Energie werden gemäß dem Stand der Technik mit einem Excimer-Laser erzeugt. Dabei entsteht jedoch ein Halbleiter-Film mit unbefriedigender Kristallqualität, weshalb dieser Film durch entsprechende Beheizung des Ablagerungs-Targets auf eine über der Kristallisationstemperatur liegende Temperatur beheizt wird, um so die Kristallqualität zu verbessern.
Aus der DE 32 19 441 AI ist bereits bekannt, eine polykristalline Siliziumschicht, die auf einer isolierenden oder amorphen Schicht angeordnet ist, durch Bestrahlung mittels eines Laser- oder Elektronenstrahls derart zu behandeln, daß die Kristallstruktur im Sinne einer
Vergrößerung der einzelnen Kristallite verbessert wird. Bei diesem bekannten Verfahren wird ein Laser mit kontinuierlicher Strahlung, beispielsweise ein CW-Argon- Laser verwendet, dessen Energie ausreicht, um die polykristalline Siliziumschicht auf dem Substrat zu schmelzen und bei der Rekristallisation eine Vergrößerung der Kristallite herbeizuführen. Ein Mangel dieser Vorgehensweise ist darin zu sehen, daß die Arbeitsgeschwindigkeiten begrenzt sind. Steigert man nämlich unter Verwendung konventioneller Laser die
Energiedichte, mit der das Halbleiter-Material bestrahlt wird, so erreicht man sehr schnell die Grenze der Verdampfung des Halbleiter-Materials durch das Laserlicht. Die obere Leistungsgrenze für ein solches Verfahren bei Verwendung von Laserstrahlung einer Wellenlänge von 308 nm und Anwendung auf Silizium liegt bei etwa 1 J/cm2 für Pulsdauern von 2 x 10~7 Sek. Von polykristallinen Hochtemperatur-Supraleitern ist bekannt, daß sie eine umso größere Stromtragfähigkeit aufweisen, je höher der Druck im Medium ist, bei dem durch Sinterprozesse das supraleitende Material in seine endgültige Form gebracht wird. Bisher werden in diesem Zusammenhang Drucke angewendet, die um ein kbar liegen.
Schließlich ist es bekannt, daß sich die mechanischen Eigenschaften von Verbundwerkstoffen, bei denen z.B. eine Komponente Metall, die andere Komponente ein Keramik- Werkstoff ist, verändern lassen, indem das Gefüge des Metalls oder das kristalline Gefüge in der Keramik verändert wird, was beispielsweise durch entsprechende mechanische Behandlung bewirkt werden kann.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Veränderung der Struktur von zumindest dünner, oberflächennaher Schichten von Festkörpern einschließlich gepreßter Pulverkörper oder Sinterkörper vorzuschlagen, das es gestattet, auf das zu verändernde Material mit
Druckwellen einzuwirken, die Amplituden mit möglichst hohen Werten aufweisen, um auf diese Weise die Struktur des zu behandelnden Materials rasch, in gezielter Weise und insgesamt erheblich verändern zu können.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art vorgeschlagen derart vorzugehen, daß die Oberfläche des zu verändernden Materials oder einer diese abdeckenden, dünnen Materialschicht mit steilen, kurzen Hochleistungs- Laserimpulsen einer Anstiegszeit von weniger als 5 nsec und einer Impulsdauer von weniger als 50 nsec bestrahlt wird, wobei die Energiedichte der Laserimpulse einerseits so hoch gewählt wird, daß an der bestrahlten Oberfläche ein Plasma erzeugt wird, welches eine in das zu verändernde Material eindringende Druck- bzw. Schockwelle auslöst, andererseits aber so niedrig, daß ein Ablösen der zu verändernden Materialschicht von ihrer Unterlage vermieden wird. Zweckmäßigerweise werden Laserimpulse einer Anstiegszeit von 2 bis 4 nsec, vorzugsweise von etwa 3 nsec, sowie einer Impulsdauer von weniger als 30 nsec, vorzugsweise von etwa 10 nsec verwendet.
Anstiegszeiten des Laserpulses von etwa 3 nsec lassen sich erzielen, wenn zwei hintereinander geschaltete Laser verwendet werden und der Oszillatorimpuls durch technische Maßnahmen auf beispielweise 10 bis 30 nsec verkürzt wird. Bei einer Anstiegszeit von 3 nsec, optimierter Amplitude des Oszillatorimpulses (ca. 150 mJ) und Verwendung eines Laserverstärkers mit 2 J Energie für Laserstrahlung einer Wellenlänge von 308 nm beträgt dann die Ausgangsleistung im ersten Impulsmaximum (nach ca. 5 nsec) etwa 70 MW. Eine weitere Pulsverkürzung läßt sich in einem solchen Fall mit einer sogenannten Q-Switch-Schaltung (einer Güteschaltung) des Laserstrahls, z.B. am Ausgang des Oszillators erreichen. Infolge dieser Maßnahme bleiben die Anstiegszeiten und die Impulsamplitude unverändert. Die Impulsdauer wird jedoch von 30 nsec auf 10 nsec verkürzt, wodurch sich die maximal erreichbare Energiedichte erhöhen läßt. Durch die Laserimpuls-Bestrahlung mit vergleichsweise hoher Energie entsteht auf der bestrahlten Oberfläche ein Plasma, welches eine Schockwelle auslöst. Experimentelle Untersuchungen haben nun gezeigt, daß nur die ersten ca. 10 nsec des Laserimpulses zur Druckausbildung in der
Schockwelle beitragen, während nach dieser Zeit der Kontakt des entstandenen Plasmas mit der Materialoberfläche so stark zurückgegangen ist, daß die weitere Wirkung des Laserimpulses keine wesentliche Rolle mehr spielt. Versuche haben gezeigt, daß sich die von dem erzeugten Plasma hervorgerufenen Druckwellen mit Vorteil verwenden lassen, um beispielsweise amorphe Halbleiterschichten, wie sie auf verschiedenen Gebieten verwendet werden, in eine kristalline Struktur zu überführen, wobei sich hinreichende Arbeitsgeschwindigkeiten erzielen lassen, ohne daß die Gefahr besteht, daß ein möglicherweise temperaturempfindliches Substrat, auf dem das Halbleiter- Material aufgebracht ist, beschädigt oder zerstört wird. In gleicher Weise lassen sich durch die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren entstehenden Druck- bzw. Schockwellen auch die Eigenschaften von Hochtemperatursupraleiter-Material verbessern und gegebenenfalls infolge Strukturveränderungen auch
Änderungen in den Materialeigenschaften von Verbundmaterial erzeugen.
Während in einigen Fällen bereits die nur aufgrund der Plasma-Erzeugung an der Material-Oberfläche entstehenden Schockwellen genügen, um einen entsprechenden Effekt herbeizuführen, ist es besonders günstig, wenn in Weiterführung des Erfindungsgedanken die zu bestrahlende Oberfläche mit einem für die Laserstrahlung durchlässigen Material abgedeckt wird, um einen Trägheitseinschluß bezüglich des erzeugten Plasmas zu erreichen. Die Oberfläche des zu verändernden Materials wird vorteilhafterweise mit einem Fluid, vorzugsweise mit Wasser abgedeckt. Es ist jedoch erfindungsgemäß auch möglich, die Oberfläche des zu verändernden Materials, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer dünnen Fluidschicht, mit einer transparenten Platte oder einem transparenten Band abzudecken, wobei hier z.B. eine Quarzplatte oder ein Kunststoff-Film Anwendung finden könnte, und als zwischen geschaltetes Fluid kommen beispielsweise organische Flüssigkeiten wie Öl, Glycerin etc. infrage.
Bei Abdeckung der zu bestrahlenden Oberfläche erhält man in der Schockwelle Drucke, die wesentlich höher liegen als in dem Fall, wo die Oberfläche ohne entsprechende Abdeckung und ohne Verwendung des sogenannte "Trägheitseinschlusses" bestrahlt wird. Verwendet man z.B. Wasser zur Abdeckung der Oberfläche, so sind die Drucke bei Arbeiten an Luft ohne Verwendung von Wasser etwa zehnmal kleiner als mit Wasser. Dies führt dazu, daß bei Abdeckung der zu bestrahlenden Oberfläche der erzielte Effekt wesentlich verstärkt wird. Insbesondere wurde beobachtet, daß man bei Kristallisation von amorphem oder Rekristallisation von polykristallinem Halbleiter-Material wesentlich größere Kristallite erhält als in dem Fall, wo die zu bestrahlende Oberfläche ohne Abdeckung direkt mit kurzen Laserimpulsen hoher Energie bestrahlt wird.
Verständlicherweise muß bei der Bestrahlung der Material- Oberfläche mit Laserstrahlung hoher Energiedichte darauf geachtet werden, daß die Bestrahlung nicht zu einer unerwünschten Schädigung des Materials führt. Insbesondere besteht bei der Umwandlung amorphen Halbleiter-Materials in kristallines Material die Gefahr, daß dann, wenn durch die Laserbestrahlung ein zu hoher Energieeintrag erfolgt, Materialschichten abgetragen werden, was zur Unbrauchbarkeit des entsprechend behandelten Materials führen kann. In diesem Zusammenhang ist es zweckmäßig, wenn bei dem ausgesuchten System Versuche mit Laserbestrahlung steigender Energie durchgeführt und so die Abtragungs- bzw. Ablationsgrenze bestimmt wird. In der Praxis wird man die Bestrahlung mit Laserimpulsen bei einer Leistungsdichte von 10 bis 100 MW/cm2, vorzugsweise von etwa 30 bis 50 MW/cm2 vornehmen, wobei besonders gute Ergebnisse erzielbar sind, wenn die Leistungsdichte bzw. Energiedichte besonders hoch ist, jedoch etwa 10 bis 20 % unter der Ablationsenergie liegt. Die Feststellung der Optimalwerte ist im Rahmen entsprechender Versuche, die ohne besondere Probleme durchgeführt werden können, sofern entsprechende Laser zur Verfügung stehen, möglich.
Im allgemeinen ist es so, daß der Laserstrahl nur einen beschränkten Durchmesser hat und infolgedessen eine vergleichsweise kleine Fläche abdeckt, während für bestimmte Anwendungszwecke größere Oberflächenbereiche des Materials behandelt werden müssen. Hierzu wird vorteilhafterweise einfach derart vorgegangen, daß der Laserstrahl und die zu bestrahlende Oberfläche relativ zueinander bewegt werden, so daß der Laserstrahl aufeinanderfolgend unterschiedliche Bereiche der Oberfläche, jedoch schließlich die gesamte Oberfläche des zu verändernden Materials beschreibt. Derartige Verfahren sind von der Laserbehandlung von Oberflächen her grundsätzlich bekannt. Wichtig ist nur, daß erfindungsgemäße Laserstrahlung entsprechend kurzer, energiereicher steiler Impulse verwendet wird.
Wie bereits erwähnt, kann das erfindungsgemäße Verfahren auf die unterschiedlichsten Materialien angewendet werden.
Besonders vorteilhaft ist, wenn in dem Verfahren nach der Erfindung als zu veränderndes Material amorphes oder aus kleinen Kristalliten aufgebautes polykristallines
Halbleiter-Material verwendet wird, wobei zweckmäßig dieses Halbleiter-Material mittels an sich bekannter chemischer oder physikalischer Methoden auf einem Substrat, z .B. Glas, abgeschieden und dann durch die Laserimpuls-Bestrahlung kristallisiert oder unter Bildung größerer Kristalle umkristallisiert wird.
Entsprechende Versuche wurden an Silizium durchgeführt, wobei sich gezeigt hat, daß bei Kristallisieren von amorphem Silizium auf Glas in einer Schichtdicke von etwa 0,5 μm bei Laserbeschuß unter Trägheitseinschluß mittels Wassers Kristallite entstehen, die bis zu einigen μm groß sind. Erfolgt dagegen die Bestrahlung direkt an Luft, so bleibt die Kristallitgröße, bei etwa 50 bis 100 nm, liegt also um einen Faktor 10 unter der Größe der Kristallite, die bei Bestrahlung unter Wassereinschluß entstehen.
Bei der Bearbeitung von Halbleiter-Material, insbesondere von Silizium, gemäß der Erfindung und bei Laserimpuls- Bestrahlung und Abdeckung der Oberfläche des zu bestrahlenden Halbleiter-Materials wird vorteilhafterweise mit Energiedichten von nicht mehr als 1,5 J/cm , vorzugsweise von 0,2 bis 1 J/cm gearbeitet. Bei diesen Energiedichten erhält man hinreichend kurze
Bearbeitungszeiten und vergleichsweise große Kristallite, trotzdem liegt man jedoch noch unter der Ablationsgrenze.
Im Rahmen des Verfahrens nach der Erfindung sollte, vor allem bei Verarbeitung von Halbleiter-Material,
Laserstrahlung einer besonderen, günstigen Wellenlänge verwendet werden, wobei zweckmäßig ein Laserstrahl einer Wellenlänge eingesetzt wird, die mit einer Abweichung von etwa ± 100 nm dem Wellenlängenbereich entspricht, in welchem der Übergang des Halbleiter-Materials von fast völliger Strahlungsabsorption zu Transmission erfolgt.
Es ist also im allgemeinen zweckmäßig, wenn für jedes Halbleitermaterial der beste Laser ermittelt wird. Zu diesem Zweck ermittelt man mit Hilfe eines durchstimmbaren Lasers eine Transmissions- bzw. Absorptionskurve des amorph abgeschiedenen Halbleiter-Materials . Im allgemeinen erhält man dabei einen relativ scharfen Übergang zwischen vollständiger Absorption und Transmission, wobei dieser Übergang üblicherweise innerhalb eines Wellenlängen- Intervalls von ca. 100 bis 200 nm liegt. Man kann daher den Übergang in etwa einer bestimmten Wellenlänge zuordnen. Wenn nun für die Impuls-Bestrahlung des Halbleiter- Materials eine Laserstrahlung verwendet wird, deren
Wellenlänge sich von der Übergangs-Wellenlänge um nicht mehr als 100 nm unterscheidet, erhält man optimale Verhältnisse für die Kristallisation bzw. Umkristallisation. Für amorphes Si beträgt die Übergangs- Wellenlänge etwa 360 nm. Für dieses Material kann daher besonders günstig ein XeCl-Excimerlaser, der mit einer Wellenlänge von 308 nm arbeitet, verwendet werden. Geeignet wäre aber auch ein frequenzverdreifachter Nd:YAG-Laser mit einer Strahlungs-Wellenlänge von 355 oder ein frequenzverdoppelter Nd: YAG-Laser einer Wellenlänge von 532 nm. Für amorphes SiC liegt der Übergang von der Absorption zur Transmission bei etwa 500nm. Hier wird zweckmäßig ein frequenzverdoppelter Nd:YAG-Laser, der bei einer Wellenlänge von 532 nm arbeitet, verwendet. Es kann auch z.B. ein Ti-Saphir-Laser in Frequenzverdopplung mit einer Strahlungsfrequenz von 400 nm verwendet werden. Für andere Halbleiter-Materialien muß entsprechend das Wellenlängenfenster ermittelt werden, in dem die Kristallisation optimal erfolgt.
Prinzipiell stehen folgende Laser zur Verfügung, die im sogenannten "Short-Pulse"-Betrieb arbeiten, wobei unter "Short-Pulse" eine Betriebsweise zu verstehen ist, bei der die Impuls-Anstiegszeit weniger als 5 nsec und die Impulsdauer weniger als 40 nsec beträgt:
Nd:YAG-LAser mit 1064 nm (frequenzverdoppelt 532 nm und frequenzverdreifacht 355 nm) XeCl-Excimer-Laser mit 308 nm ArF-Excimer-Laser mit 248 nm
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Bei gewissen Anwendungen genügen vergleichsweise dünne Halbleiter-Schichten. Für andere Anwendungsgebiete werden jedoch dickere Schichten benötigt. In diesem Fall ist nach der Erfindung vorgesehen, daß man auf das durch Laserimpuls-Bestrahlung kristallisierte oder umkristallisierte Halbleiter-Material mittels an sich bekannter Verfahren weiteres kristallines
Halbleitermaterial aufwachsen läßt. Es ist im Rahmen der Erfindung auch möglich, durch entsprechende zusätzliche Verfahrensschritte, beispielsweise durch Einspülung von Gas etc., eine Dotierung des Halbleiter-Materials zu erzeugen. Auch können vor, während oder nach der Laser-Bestrahlung durch geeignete Maßnahmen Kontaktierungen des Halbleitermaterials vorgenommen werden, wobei insbesondere auf die Möglichkeit hinzuweisen ist, zwischen Substrat und dem amorphen oder polykristallinen Halbleiter-Material eine Metallschicht anzubringen, die z.B. vor dem Aufbringen der Halbleiterschicht auf das Substrat an dem Substrat erzeugt sein kann. Diese Metallschicht kann dann als elektrischer Kontakt Verwendung finden.
Ein anderes, wesentliches Anwendungsgebiet des Verfahrens gemäß der Erfindung ist darin zu sehen, daß als zu veränderndes Material ein einen Hochtemperatur-Supraleiter bildendes Material verwendet wird, welches mit einer dünnen Metallschicht abgedeckt ist, die ihrerseits eine die Laserstrahlung absorbierende, nichtmetallische Schicht trägt. Auch in diesem Falle entsteht durch die Hochleistungslaser-Impulse Plasma, was dazu führt, daß Druck-Schockwellen in das zu bearbeitende Material eindringen und dieses entsprechend verändern, wodurch die supraleitenden Eigenschaften verbessert werden. Bei diesem Anwendungsgebiet wird zweckmäßig die gepulste Laserstrahlung auf die metallische Abdeckung fokussiert, wobei bei Verwendung gepulster Laserstrahlung mit Intensitäten in der Größenordnung von 2 GW/cm2 und Impuls- Anstiegszeiten von etwa 3 nsec die Schockwellen, die die Laserimpulse auf der Oberfläche auslösen, eine Reichweite von mehr als 0,5 mm haben, so daß das supraleitende Material hinter dem Metall in der oberflächennahen Schicht von der eindringenden Schockwelle erreicht wird, sofern die Schichtdicke des Materials hinreichend gering ist.
Schließlich liegt es im Rahmen der Erfindung, daß als zu veränderndes Material ein Verbundwerkstoff verwendet wird, wobei gegebenenfalls die zu bestrahlende Oberfläche des
Verbundwerkstoffes vor der Laserbestrahlung mit einer die Energieeinkopplung verbessernden Deckschicht versehen wird. Das Abheben der Deckschicht infolge Ablation kann in diesem Fall in Kauf genommen werden. Besteht z.B. ein Verbundwerkstoff aus Metall und Keramik, so wird nach der Laserbehandlung gemäß der Erfindung der in Metall auftretende Binnendruck auf die Grenzfläche Metall/Keramik übertragen und außerdem verändert sich das kristalline Gefüge in der Keramik, so daß auch von der Keramik ein Binnendruck ausgeht, der auf die Metallgrenze drückt. Die erfindungsgemäße Behandlung führt somit bei Verbundwerkstoffen zu einer Verfestigung über die Druckeigenspannungen sowie zu einer Reduktion von Zugspannungen, insbesondere im Grenzgebiet der den Verbundwerkstoff bildenden Komponenten. Hierdurch werden Rißanfälligkeit oder andere Ermüdungsphänomene wesentlich reduziert und die Elastizität des Werkstoffes erhöht.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der folgenden näheren Erläuterung des Verfahrens anhand der Zeichnungen. Es zeigen:
Figur 1 schematisch die Versuchsanordnung bei Behandlung eines Halbleiters, nämlich einer amorphen Schicht gemäß der Erfindung
Figur 2 schematisch die Versuchsanordnung bei erfindungsgemäßer Behandlung eines Hochtemperatur-Supraleiters (z.B. YBCO)
Figur 3a und 3b photographische Aufnahmen eines ursprünglich amorphen, durch das erfindungsgemäße Verfahren kristallisierten Siliziumschicht, wobei die Bestrahlung ohne Trägheitseinschluß des
Plasmas erfolgte und infolgedessen kleine Körner entstehen; die Aufnahme gemäß Figur 3a wurde bei elektronenmikroskopischer Durchstrahlung im Hellfeld, die gemäß Figur b im Dunkelfeld (benutzte Reflexe {111}{220}) gemacht;
Figur 4 eine mit elektronenmikroskopischer Durchstrahlung im Hellfeld gemachte Aufnahme von amorphem, durch erfindungsgemäße Laserbestrahlung kristallisiertem Silizium unter Verwendung einer zusätzlichen Wasserschicht;
Figur 5a bis 5c Darstellungen der Elektronenbeugung abhängig von der Art der Kristallisation und Figur 6 beispielsweise das Transmissions-Spektrum von amorphem SiC:H:P auf Glas.
Der wesentliche Gedanke der Erfindung ist darin zu sehen, in das zu behandelnde Material eine Druckwelle in Form einer Schockwelle eindringen zu lassen, deren Amplitude möglichst hohe Werte hat, wobei dies primär dadurch erreicht wird, daß möglichst kurze Laserimpulse möglichst hoher Leistung verwendet werden, deren Anstiegszeit ebenfalls möglichst gering ist. Zur Verbesserung der Effekte wird weiterhin der Schritt eingesetzt, daß das beim Auftreffen des Laserstrahls auf die Materialoberfläche sich bildende Plasma verdämmt wird, indem es unter einem Medium, im einfachsten Fall Wasser, positioniert wird.
Anstiegszeiten des Laser-Impulses von etwa 3 nsec lassen sich erreichen, wenn zwei Laser hintereinander geschaltet und der Oszillatorimpuls durch technische Maßnahmen auf z.B. 10 bis 30 nsec verkürzt wird. Verwendet man beispielsweise einen Laser mit einer Strahlung von 308 nm und einer optimierten Amplitude des Oszillatorimpulses (von ca. 150 mJ) so erhält man die gewünschte Impuls- Anstiegszeit bei einem Laserverstärker mit 2 J Pulsenergie. In diesem Fall beträgt nach ca 5 nsec die Ausgangsleistung im ersten Impulsmaximum etwa 70 MW. Wenn eine weitere Pulsverkürzung gewünscht wird, kann man diese durch verschiedene Maßnahmen erreichen. Es kann beispielsweise eine sogenannte MOPA (Master-Oscillator-Power-Amplifier) - Anordnung zweier oder mehrerer Laser verwendet werden. Es ist auch möglich, eine weitere Pulsverkürzung durch eine Güteschaltung in Form einer sogenannten Q-Switch-Schaltung des Laserstrahls, z.B. am Ausgang des Oszillators, zu erreichen. Weiter wäre es denkbar, entsprechend kurze Laserimpulse durch Modenkopplung zu realisieren. Diese Maßnahmen verkürzen die Anstiegszeiten und erhöhen die Amplitude der Laserimpulse. Es ist jedoch auf diese Weise möglich, die Impulslänge von etwa 30 nsec auf 10 nsec zu verkürzen, wodurch die maximal erreichbare Energiedichte erhöht wird. In diesem Zusammenhang ist von Bedeutung, daß aufgrund experimenteller Untersuchungen davon ausgegangen werden kann, daß nur die ersten ca. 10 nsec des Laserimpulses zur Druckausbildung in der vom Plasma hervorgerufenen Druckwelle beitragen. Nach etwa 10 nsec ist dagegen der Plasmakontakt mit der Materialoberfläche so stark zurückgetreten, daß die weitere Einwirkung des Laserimpulses keine große Bedeutung mehr hat.
In Figur 1 ist die Versuchsanordnung gezeigt, wie sie bei Veränderung der Struktur eines Halbleiter-Materials unter Anwendung des Trägheitseinschlusses für das Plasma benutzt werden kann.
Wie die Figur 1 zeigt, befindet sich auf einer Glas- bzw. sonstigen Substratplatte 3, die beispielsweise 1 mm dick sein kann, eine Schicht 2 eines amorphen oder aus sehr kleinen Kristalliten bestehenden Halbleiter-Materials, im gezeigten Ausführungsbeispiel aus Silizium Si, wobei diese Schicht z.B. 0,5 um dick sein kann. Vor der Bestrahlung mit einem schematisch in Figur 1 oben bei 4 angedeuteten Laserpuls wird die Halbleiter-Schicht 2 mit einem entsprechenden Verdämmungsmaterial , im Ausführungsbeispiel mit Wasser einer Schichtdicke von 1 mm, abgedeckt, wobei die genaue Schichtdicke der Wasserschicht 1 nicht sehr kritisch ist. Die Wasserschicht muß nur dick genug sein, den gewünschten Trägheitseinschluß des entstehenden Plasmas zu gewährleisten. Es sei nun angenommen, daß in der Versuchsanordnung gemäß Figur 1 die Bestrahlung mit Laserimpulsen einer Impulsdauer von 30 nsec und einer Impuls-Anstiegszeit von 3 nsec erfolgt. In diesem Fall liegt die obere Grenze der Belastbarkeit der bestrahlten Schichtanordnung aus Halbleiter-Schicht 2 und Glas 3 (bei der weder eine Beschädigung der Substratschicht noch eine Ablation der Halbleiter-Schicht erfolgt) bei Leistungsdichten von etwa 33 MW/cm2. Bei dieser Bestrahlung entsteht auf der Oberfläche der Halbleiter-Schicht 2 eine Plasmaschicht 5, die für den Fall, daß die Halbleiter-Schicht 2 unter Wasser 1 positioniert ist, einen Druck von etwa 2 kbar erzeugt. Für den Fall, daß die Verdammung durch die Wasserschicht 1 nicht vorgesehen ist, ergeben sich Druckwerte, die nur bei etwa einem Zehntel der vorerwähnten Werte liegen.
Wenn man die entsprechend bestrahlten, kristallisierten Halbleiter-Schichten 2 untersucht, stellt man fest, daß die entstandenen Kristallite in der Halbleiter-Schicht 2 im Falle des Unter-Wasser-Beschusses (siehe Figur 4) bis zu einigen μm groß sind, während bei Bestrahlung der Halbleiter-Schicht 2 an Luft die Kristallite (Figuren 3 a,b) Größen im nm-Bereich haben, d.h. eine Größe von 50 bis 100 nm. Die bei Beschüß des Halbleiter-Materials 2 unter Wassereinschluß entstehenden Kristallite sind also etwa um einen Faktor 10 größer als die Kristallite, die bei Bestrahlung des Halbleiter-Materials 2 ohne Trägheitseinschluß des Plasmas durch die Wasserschicht entstehen. Wichtig ist darüberhinaus , daß das Kristallitinnere sehr arm an ausgehnten Kristalldefekten ist . Die Aufnahmen in den Figuren 3 und 4 zeigen dabei die MikroStrukturen in Transmissionselektronenmikroskopischen Aufnahmen. In diesem Zusammenhang ist auch Figur 5 interessant, in der schematisch die elektronenmikroskopischen Beugungsfiguren gezeigt sind, die folgenden Materialien entsprechen Figur 5a: amorphes Silizium Figur 5b: polykristallines Silizium nach Bestrahlung an Luft (feine Kristallite) und
Figur 5c: Kristallite nach Laserbeschuß unter Trägheitseinschluß des Plasmas durch eine Wasserschicht
Figur 5a zeigt diffuse Streuung und keine Beugungsreflexe, was für ein amorphes Material typisch ist.
In Figur 5b sind die Beugungsreflexe, die von den einzelnen Kristalliten herrühren, so dicht, daß sie .nicht getrennt aufgelöst werden. Es erscheinen sogenannte Debeye-Scherrer- Ringe, die zu den niedrig indizierten Netzebenen d (hkl) (für Si von innen nach außen: d (111), d(220), d (311),...) zugehörig sind.
In Figur 5c ist ersichtlich, daß infolge der erheblich größeren Kristallite die von diesen stammenden Beugungsreflexe einzeln und getrennt auflösbar sind. Es läßt sich also über entsprechende elektronenmikroskopische Beugungsaufnahmen ohne weiteres feststellen, daß durch die Verdammung mit Wasser, d.h. den Trägheitseinschluß für das Plasma, ein ganz wesentlicher Effekt auf das amorphe Material ausgeübt wird, und zwar in dem Sinn, daß wesentlich größere Kristallite entstehen, wodurch die Eigenschaften des Halbleiter-Materials unter Umständen ganz erheblich verbessert werden, ja unter Umständen erst für bestimmte Zwecke brauchbares Halbleiter-Material entstehen kann. Die in den Figuren 3 bis 5 veranschaulichten Unterschiede verdeutlichen, daß tatsächlich die vom Plasma hervorgerufene Druckwelle für das Zustandekommen der unterschiedlichen Kristallisation ursächlich ist.
Für eine Laserstrahlung einer Wellenlänge von 308 nm (XeCl- Excimer-Laser) beträgt die Eindringtiefe der Strahlung in amorphem Silizium nur etwa 10 nm. Es muß deswegen angenommen werden, daß die Materialmenge, die bei Bestrahlungen als Plasma vorliegt, nur ein relativ kleiner Bruchteil der gesamten auf dem Substrat vorhandenen Menge ist. Der wesentliche Teil des Materials dürfte sich nach der Impulsbelastung wieder niederschlagen.
Wesentlich ist, daß die eindringende Druckwelle von etwa 2 kbar Amplituden Stoßwellencharakter hat, was bedeutet, daß auf eine Verdichtungswelle eine Verdünnungswelle folgt, wobei beide Wellen mit Überschallgeschwindigkeit in das Material eindringen. Die hierbei auftretenden starken Verzerrungsfeider sind vermutlich die wesentliche Ursache für das Zustandekommen der Kristallisation. Da, wie in Experimenten festgestellt wurde, die
Ausbreitungsgeschwindigkeit der Druckwelle der mehrfachen Schallgeschwindigkeit entspricht, ist möglicherweise der Schockcharakter der Druckwelle ursächlich korreliert mit nichtlinearen Prozessen, die zur Umformung der Kristallstruktur des Materials führen. Erstaunlich ist in diesem Zusammenhang, daß der Unterschied im Volumen der Kristallite bei Verdammung mit Wasser einerseits und Bestrahlung ohne Wasser andrerseits etwa 2 bis 3 Größenordnungen beträgt, was sich nur dadurch erklären läßt, daß der Druck der Schockwelle ganz maßgeblichen Einfluß hat.
Soll das Verfahren gemäß der Erfindung beispielsweise zur Erzeugung von Halbleiter-Bauelementen verwendet werden, die OJ to t P1 P1 o Ul o Ul o Ul
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Die Erfindung bietet die Möglichkeit, die durch die Hochleistungs-Laserimpulse erzeugten Plasmen so zu optimieren, daß Drucke in der Größenordnung von mehreren kbar (bis hinauf zu 10 bis 20 kbar) infolge entstehender Schock- und Druckwellen in das zu bearbeitende Material eindringen. In der schematischen Darstellung der Figur 2 ist nun der Einfachheit halber angenommen, daß das supraleitende Material 7 von einer Metallfolie 6, z.B. aus Silber, einer Dicke von wenigen 100 μm (beim Ausführungsbeispiel von 100 μm) abgedeckt ist, wobei die Laserstrahlung 4 auf die Metallschicht 6 fokussiert ist. Die Hochtemperatur-Supraleiter-Schicht 7 kann größere Dicke aufweisen. Eine Beeinflussung durch das Verfahren gemäß der Erfindung wird allerdings im allgemeinen nur bis zu einer bestimmten Tiefe erfolgen, die beim gezeigten
Ausführungsbeispiel mit 1 mm angenommen ist. Wird nun gepulste Laserstrahlung mit Intensitäten von der Größenordnung 2 GW/cm2 und mit Impuls-Anstiegszeiten von etwa 3 nsec verwendet, ergeben sich für die Schockwellen, die die Laserimpulse auf der Oberfläche des Metalls auslösen, Eindringtiefen im Metall von mehr als 0,5 mm, so daß das supraleitende Material anschließend an die Metallschicht 6 in der oberflächennahen Schicht 7a von der eindringenden Schockwelle erreicht und beeinflußt wird. Hierbei wurden experimentell Drucke von etwa 10 kbar festgestellt. Um dies zu realisieren, ist es notwendig, das Plasma in einer auf das Metall aufgebrachten Beschichtung zu bilden, in der der Laserstrahl Reichweiten von der Größenordnung 1 μm aufweist. Dies läßt sich durch eine Beschichtung der Metalloberfläche mit einem Material erreichen, welches eine Absorptionslänge für die Laserstrahlung in der Größenordnung von 10~4 cm hat. Für eine derartige Beschichtung kommen in Frage
- plasmagespritzter Auftrag bestehend aus Halbleiter- Material, z.B. technisches SiC-Pulver oder Si-Pulver
- mit Halbleiter- oder Graphitpulver angereicherte Silikonpaste
- Klebefolie von lichtundurchlässigen Farbbändern oder
- schwarzer oder Wellenlängen-absorbierender Lack.
Auch bei Behandlung von Hochtemperatur-Supraleiter-Material ist wiederum von großem Vorteil wenn die Bestrahlung, wie in Figur 2 veranschaulicht, unter einer Wasserschicht 1 erfolgt. Hierdurch läßt sich eine Verstärkung der Druckwelle um den Faktor 10 erzielen.
In der Praxis wird bei der Herstellung von Hochtemperatur- Supraleitern üblicherweise so vorgegangen, daß das supraleitende Material nach bzw. während des Sinterprozesses in eine Metallumhüllung eingeschlossen wird. Es muß daher in der Praxis der Laserstrahl unter Wasser auf eine im Zuge des Sinterverfahrens "gezogenen"
Draht fokussiert werden, dessen Inneres aus Hochtemperatur- Supraleiter-Material besteht.
Im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wurden begleitende Untersuchungen auch an metallischen Werkstoffen durchgeführt. Hier zeigte sich, daß z.B. im allgemeinen in Stahl die eindringende Schockwelle bis in Tiefen von etwa 2 mm die Druckeigenspannung wesentlich erhöht, während alle Arten von Zugeigenspannungen des metallischen Werkstoffes durch das Verfahren reduziert werden. Dies ist aus naheliegenden technischen Gründen für die Vermeidung von Rißbildungen sehr interessant. In Analogie zu diesen Verhältnissen läßt sich herleiten, daß auch bei einem Supraleiter die Elastizität verbessert und die latente Rißbildungsgefahr bei erfindungsgemäßer Behandlung reduziert wird. Darüberhinaus ist das Auftreten von Druckeigenspannung ein Indikator dafür, daß im Inneren des Materials in der oberflächennahen Zone ein hoher, anhaltender Binnendruck entsteht. Dies läßt es sinnvoll erscheinen, supraleitendes Material, z.B. die oben beschriebenen "Drähte", einer Wärmebehandlung zu unterziehen, eventuell auch mehrfach. Auf diese Weise lassen sich Rißbildungen vermeiden und die Elastizität des Materials erhöhen. Werden mit dem Verfahren gemäß der Erfindung Metalle behandelt, so lassen sich bei Leistungsdichten von 2 GW/cm (mit Laserimpulsen aus Strahlung von 308 nm bzw. 1,06 μm Wellenlänge) bis zu einer Tiefe von weniger als 1 mm in Stahl Druckeigenspannungen bis zu 0,4 GPa = 4 kbar messen. Bei Anwendung des
Verfahrens auf Verbundstoffe, bei denen eine Komponente z.B. Metall, die andere Komponente ein Keramik-Werkstoff ist, resultiert aus der Existenz der Druckeigenspannungen in den Metallen, daß nach der erfindungsgemäßen Laserbehandlung des Verbundwerkstoffes der im Metall auftretende Binnendruck auch auf die Grenzflächen der Metallkeramik übertragen wird. Umgekehrt ergibt sich aus einer Veränderung des kristallinen Gefüges im Keramik- Werkstoff, daß auch von diesem ein Binnendruck ausgeht, der auf die Grenzflächen des Metalls drückt. Insgesamt führt die Laserimpuls-Bestrahlung gemäß der Erfindung somit zu einer Verfestigung über die Druckeigenspannungen sowie zu einer Reduktion von Zugspannungen im oberflächennahen Bereich, insbesondere im Grenzgebiet der zwei oder mehreren Komponenten des Verbundwerkstoffes. Dies resultiert in einer wesentlichen Reduzierung der Rißanfälligkeit oder anderer Ermüdungsphänomene sowie in einer Erhöhung der Elastizität des Werkstoffes. to to P1 P*
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Claims

A n s p r ü c h e:
1. Verfahren zur Veränderung der Struktur von dünnen, oberflächennahen Schichten von Festkörpern, insbes . zur Kristallisation amorpher Materialien oder zur Veränderung der Kristallstruktur von Halbleitern,
Hochtemperatur-Supraleitern oder Nichtleitern, wobei eine oberflächennahe Materialschicht durch Laserbestrahlung geschmolzen und anschließend wieder verfestigt wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Oberfläche des zu verändernden Materials oder einer dieses abdeckenden, dünnen Materialschicht mit steilen, kurzen Hochleistungs-Laserimpulsen einer Anstiegszeit von <5 nsec und einer Impulsdauer von <50 nsec bestrahlt wird, wobei die Energiedichte der Laserimpulse einerseits so hoch gewählt wird, daß an der bestrahlten Oberfläche ein Plasma erzeugt wird, welches eine in das zu verändernde Material eindringende Schockwelle auslöst, anderseits aber so niedrig, daß ein Ablösen der zu verändernden
Materialschicht von ihrer Unterlage vermieden wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die zu bestrahlende Oberfläche mit einem für die Laserstrahlung durchlässigen Material abgedeckt wird, um einen Trägheitseinschluß bezüglich des erzeugten Plasmas zu erreichen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Oberfläche des zu verändernden Materials mit einem Fluid, vorzugsweise mit Wasser abgedeckt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Oberfläche des zu verändernden Materials, ggfs . unter Zwischenschaltung einer dünnen Fluidschicht , mit einer transparenten Platte oder einem transparenten Band abgedeckt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß Laserimpulse einer Anstiegszeit von 2 bis 4 nsec, vorzugsweise von etwa 3 nsec verwendet werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß Laserimpulse einer Impulsdauer von weniger als 30 nsec, vorzugsweise von etwa 10 nsec verwendet werden .
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Bestrahlung mit Laserimpulsen bei einer Leistungsdichte von 10 bis 100 MW/cm2, vorzugsweise von etwa 30 bis 50 MW/cm2 erfolgt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Laserstrahl und die zu bestrahlende Oberfläche derart relativ zueinander bewegt werden, daß der Laserstrahl aufeinanderfolgend unterschiedliche Bereiche der Oberfläche, jedoch schließlich die gesamte Oberfläche des zu verändernden Materials bestrahlt.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als zu veränderndes Material amorphes oder aus kleinen Kristalliten aufgebautes polykristallines Halbleitermaterial verwendet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Halbleitermaterial mittels an sich bekannter chemischer oder physikalischer Methoden auf einem Substrat, z.B. Glas, abgeschieden und dann durch die Laserimpuls-Bestrahlung kristallisiert oder unter Bildung größerer Kristallite umkristallisiert wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Laserimpuls-Bestrahlung bei mit einem Material abgedeckter Oberfläche des zu bestrahlenden Halbleitermaterials mit Energiedichten von nicht mehr als 1,5 J/cm , vorzugsweise von 0,2 bis 1 J/cm erfolgt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß Laserstrahlung einer Wellenlänge verwendet wird, die mit einer Abweichung von etwa ± 100 nm dem
Wellenlängenbereich entspricht, in dem der Übergang des Halbleitermaterials von weitgehender Strahlungsabsorption zu Transmission erfolgt.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß man auf das durch Laserimpuls-Bestrahlung kristallisierte oder umkristallisierte Halbleitermaterial mittels an sich bekannter
Verfahren weiteres kristallines Halbleitermaterial aufwachsen läßt.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als zu veränderndes Material ein einen Hochtemperatur-Supraleiter bildendes Material verwendet wird, welches mit einer dünnen Metallschicht abgedeckt ist, die ihrerseits eine die Laserstrahlung absorbierende nichtmetallische Schicht trägt .
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als zu veränderndes Material ein Verbundwerkstoff verwendet wird.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6324195B1 (en) * 1999-01-13 2001-11-27 Kaneka Corporation Laser processing of a thin film
DE102004061464B4 (de) 2004-12-17 2008-12-11 Schott Ag Substrat mit feinlaminarer Barriereschutzschicht und Verfahren zu dessen Herstellung

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3219441A1 (de) * 1981-05-25 1982-12-16 Mitsubishi Denki K.K., Tokyo Verfahren zur herstellung von halbleitervorrichtungen
EP0319397A1 (de) * 1987-12-02 1989-06-07 Centre National De La Recherche Scientifique (Cnrs) Laser-Schock-Behandlungsverfahren von Materialien
DE3830539A1 (de) * 1988-09-08 1990-03-22 Heraeus Gmbh W C Verfahren zur verbesserung der korrosionsbestaendigkeit von werkstoffen aus silber, palladium und legierungen dieser metalle
WO1991011538A2 (en) * 1990-01-11 1991-08-08 Battelle Memorial Institute Improving material properties
FR2709762A1 (fr) * 1993-09-07 1995-03-17 Aerospatiale Procédé d'application de chocs laser sur un matériau solide cristallin.
US5473138A (en) * 1993-07-13 1995-12-05 Singh; Rajiv K. Method for increasing the surface area of ceramics, metals and composites

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3219441A1 (de) * 1981-05-25 1982-12-16 Mitsubishi Denki K.K., Tokyo Verfahren zur herstellung von halbleitervorrichtungen
EP0319397A1 (de) * 1987-12-02 1989-06-07 Centre National De La Recherche Scientifique (Cnrs) Laser-Schock-Behandlungsverfahren von Materialien
DE3830539A1 (de) * 1988-09-08 1990-03-22 Heraeus Gmbh W C Verfahren zur verbesserung der korrosionsbestaendigkeit von werkstoffen aus silber, palladium und legierungen dieser metalle
WO1991011538A2 (en) * 1990-01-11 1991-08-08 Battelle Memorial Institute Improving material properties
US5473138A (en) * 1993-07-13 1995-12-05 Singh; Rajiv K. Method for increasing the surface area of ceramics, metals and composites
FR2709762A1 (fr) * 1993-09-07 1995-03-17 Aerospatiale Procédé d'application de chocs laser sur un matériau solide cristallin.

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
M. HALLOUIN ET AL: "Effets métallurgiques induits dans le fer par choc laser", MEMOIRES ET ETUDES SCIENTIFIQUES DE LA REVUE DE METALLURGIE., vol. 84, no. 1, January 1987 (1987-01-01), PARIS FR, pages 25 - 34, XP002057293 *
Y. KANEMITSU ET AL: "Picosecond Laser Induced rapid Crystallization in Amorphous Silicon", JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS., vol. 25, no. 9, September 1986 (1986-09-01), TOKYO JP, pages 1377 - 1381, XP002057292 *

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