Особливості поширення світла в елементарних напівпровідниках під час лазерної обробки
Проведено дослідження поширення світла в германії та сірці при випарному режимі лазерного впливу на поверхню матеріалів. У результаті аналізу експериментальних даних визначена швидкість формування наскрізних отворів та встановлені тимчасові особливості поглинання світла в досліджених зразках. Провед...
Saved in:
| Published in: | Физическая инженерия поверхности |
|---|---|
| Date: | 2011 |
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
2011
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/76170 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Особливості поширення світла в елементарних напівпровідниках під час лазерної обробки / С.Д. Точилін // Физическая инженерия поверхности. — 2011. — Т. 9, № 1. — С. 77–81. — Бібліогр.: 16 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859742011666464768 |
|---|---|
| author | Точилін, С.Д. |
| author_facet | Точилін, С.Д. |
| citation_txt | Особливості поширення світла в елементарних напівпровідниках під час лазерної обробки / С.Д. Точилін // Физическая инженерия поверхности. — 2011. — Т. 9, № 1. — С. 77–81. — Бібліогр.: 16 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Физическая инженерия поверхности |
| description | Проведено дослідження поширення світла в германії та сірці при випарному режимі лазерного впливу на поверхню матеріалів. У результаті аналізу експериментальних даних визначена швидкість формування наскрізних отворів та встановлені тимчасові особливості поглинання світла в досліджених зразках.
Проведено изучение распространения света в германии и сере при испарительном режиме лазерного воздействия на поверхность материалов. В результате анализа экспериментальных данных определена скорость формирования сквозных отверстий и установлены временные особенности поглощения света в исследованных образцах.
The study of light propagation in germanium and sulfur is carried out at evaporating mode of laser influence on a surface of materials. As a result of the analysis of experimental data the speed of formation of through apertures is determined and the temporary features of absorption factor in the investigated samples are established.
|
| first_indexed | 2025-12-01T19:26:42Z |
| format | Article |
| fulltext |
77
Сучасний етап розвитку електронної тех-
ніки стимулює використання нових матеріа-
лів та технологій. До таких технологій варто
віднести, зокрема, лазерну обробку матеріа-
лів, яка останнім часом широко використо-
вуються при виробництві компонентів елект-
ронної техніки. За її допомогою створюються
p-n-переходи, здійснюється підстроювання
резисторів, формуються отвори в електрон-
них платах високої щільності монтажу [1] і
т. ін.
У цьому зв’язку актуальним є вивчення різ-
них режимів лазерного впливу (ЛВ) на мате-
ріали, а також фізичних явищ у них, які збуд-
жуються випромінюванням технологічного
лазера, для контролю та оптимізації лазерної
обробки.
Дослідження подібного роду були виконані
в ряді робіт, зокрема, в [2 – 4]. Так у роботі
[2], було розглянуто ряд режимів ЛВ на по-
верхню матеріалів. При цьому особлива роль
в [2] приділялася дослідженню випарного
режиму ЛВ на поверхню. Він виникає при дії
на матеріал лазерного випромінювання з па-
раметрами: 108 < P < 1010 Вт/см2, τ – 10–8 c,
де Р – щільность потужності імпульсів лазер-
ного випромінювання, τ – тривалість імпуль-
сів. Основною особливістю випарного режи-
му є можливість здійснення для різних мате-
ріалів чистого прецизійного різання та висо-
коякісної перфорації [2]. Однак в [2] під час
вивчення випарного режиму ЛВ на матеріали
не враховувалися особливості поглинання
світла в зразках під час лазерної обробки.
У той час відомо, що під час лазерної об-
робки матеріалу відбувається збільшення зна-
чення його коефіцієнта поглинання k [5, 6].
При цьому ініціювання росту об’ємного по-
глинання під час ЛВ на поверхню зразка мо-
же бути обумовлено проявом різного роду ме-
ханізмів – напівпровідникового, термохіміч-
ного та ін.
Крім того, причиною зміни k можуть бу-
ти структурні фазові переходи [4], що відбу-
ваються в оброблюваному матеріалі при під-
вищенні температури. Наприклад, сірка, що
останнім часом широко використовується
при створенні нових композитних наномате-
ріалів на основі пористого вуглецю, синтети-
чних опалів та напівпровідників AIIIBV [7 –
9], при нагріванні від кімнатної температури
зазнає фазовий перехід з ромбічної в моно-
УДК 535.361; 004.42
ОСОБЛИВОСТІ ПОШИРЕННЯ СВІТЛА В ЕЛЕМЕНТАРНИХ
НАПІВПРОВІДНИКАХ ПІД ЧАС ЛАЗЕРНОЇ ОБРОБКИ
С.Д. Точилін
Запорізький національний технічний університет
Україна
Надійшла до редакції 04.03.2011
Проведено дослідження поширення світла в германії та сірці при випарному режимі лазерного
впливу на поверхню матеріалів. У результаті аналізу експериментальних даних визначена швид-
кість формування наскрізних отворів та встановлені тимчасові особливості поглинання світла
в досліджених зразках.
Ключові слова: лазер, випромінювання, поглинання, перфорація, германій, сірка.
Проведено изучение распространения света в германии и сере при испарительном режиме ла-
зерного воздействия на поверхность материалов. В результате анализа экспериментальных
данных определена скорость формирования сквозных отверстий и установлены временные
особенности поглощения света в исследованных образцах.
Ключевые слова: лазер, излучение, поглощение, перфорация, германий, сера.
The study of light propagation in germanium and sulfur is carried out at evaporating mode of laser
influence on a surface of materials. As a result of the analysis of experimental data the speed of for-
mation of through apertures is determined and the temporary features of absorption factor in the in-
vestigated samples are established.
Keywords: laser, emission, absorption, perforation, germanium, sulphur.
Точилін С.Д., 2011
79
лість імпульсів лазерного випромінювання в
досліджених матеріалах мала величину
порядку 109 Вт/см2 та 10–8 c, відповідно, що
забезпечувало реалізацію випарного режиму
ЛВ на поверхню.
Процеси поширення світла в матеріалах
електронної техніки при лазерній обробці
вивчалися з використанням тимчасових за-
лежностей інтенсивності випромінювання,
що пройшло через зразки, з довжиною хвилі
λ2. Спостереження здійснювалося за допомо-
гою промислового оптичного устаткування –
спектрометра ДФС-12 та фотоелектричної
системи реєстрації. Спектральна ширина щі-
лини подвійного монохроматора становила
величину 0,5 см–1.
Нами використовувалася оптична схема
“на просвіт”. При цьому коліматор, що збирає
випромінювання для аналізу, мав у централь-
ній частині непрозорий екран із площею по-
рядку 1 см2. Він повністю перекривав пучок
лазерного випромінювання в площині коліма-
тора за відсутності зразка дослідження. Екран
захищав фотопомножувач та спектральний
прилад від впливу на них прямого лазерного
пучка.
Зразки для досліджень являли собою тонкі
пластини товщиною 0,3 мм та 0,9 мм, для гер-
манія та сірки, відповідно.
На рис. 1 зображено тимчасовий розвиток
інтенсивності світла J, що пройшло через
сірку та германій, криві 1 та 2, відповідно.
Як бачимо із цього рисунка, інтенсивність сві-
тла J, що пройшло через досліджені зразки,
випробовувала істотні зміни.
Так, тимчасовий розвиток інтенсивності
світла, що пройшло через сірку, мав три хара-
ктерних інтервали. На першому з них спосте-
рігалося незначне монотонне зростання вели-
чини J. На другому – J різко зростала. Цей
інтервал був обмежений часом t1 = 45,7 с, піс-
ля досягнення якого інтенсивність світла ви-
ходила на насичення (крива 1 на рис. 1).
У той час, у непрозорих для випроміню-
вання з довжиною хвилі λ2 зразках германія
тимчасовий розвиток інтенсивності світла,
що пройшло через них, мав спочатку інтервал
з незмінним рівнем сигналу J –0. Після його
завершення інтенсивність світла також різко
зростала. Потім, після досягненні значення
часу t2 = 67,1 c, інтенсивність світла плавно
виходила на насичення (крива 2 на рис. 1).
Відзначимо, що в досліджених зразках за
час t1 та t2 відбувалося формування наскрізних
отворів з діаметром порядку 100 мкм.
Даний експериментальний факт дозволив
визначити швидкість формування наскрізних
отворів у досліджених матеріалах. Як з’ясува-
лося, вона мала значення –4,47⋅10–6 м/с та
1,97⋅10–5 м/с, для германія і сірки, відповідно.
Обробка експериментальних даних щодо
поширення світла в сірці під час лазерної об-
робки була виконана за допомогою матема-
тичної апроксимації. Для цих цілей нами була
розроблена комп’ютерна програма мовою
програмування Java. Ця програма реалізову-
вала один з найбільш ефективних методів
нелінійного оцінювання параметрів, а саме
квазіньютонівський метод змінної метрики
(метод Девідона-Флетчера-Пауела) [16]. При
цьому, розроблена Java-програма, дозволяла
оцінити як параметри математичної моделі
(формули (3), (4) та (6)), так і коефіцієнт де-
термінації D моделі при апроксимації експе-
риментальних даних.
Математична апроксимація експеримен-
тальних даних щодо поширення світла в сірці
була виконана для 10 пар значень J і t, її по-
чаткові параметри дорівнювали 10–3.
Як з’ясувалося в результаті математичної
апроксимації даних експерименту в сірці, ве-
личина D мала значення 0,965; 0,940 та 0,993,
відповідно для виразів (3), (4) і (6) з m = 1.
Рис.1. Тимчасові залежності інтенсивності світла J,
що пройшло через сірку та германій під час лазерної
обробки, криві 1 і 2, відповідно. Точки на рисунку –
теоретичні значення J.
С.Д. ТОЧИЛІН
ФІП ФИП PSE, 2011, т. 9, № 1, vol. 9, No. 1
ФІП ФИП PSE, 2011, т. 9, № 1, vol. 9, No. 180
Однак у нашому випадку параметри формули
(3) не мали фізичного сенсу –s > 1,0. У той
час найбільш точно описує експеримент у
сірці формула (6), що враховує найбільш
простий випадок зміни поглинання лазерного
випромінювання в оброблюваному зразку в
процесі досліджень. При цьому величини k0
та k1, що входять в (6) та характеризують
лінійне зростання коефіцієнта поглинання
світла в сірці, мали значення 2,135 cм–1 та
2,97⋅10–2 cм–1⋅с–1, відповідно.
Обробка експериментальних даних по
поширенню світла в германії під час лазерної
обробки здійснювалася з використанням
співвідношення (4). У цьому випадку,
теоретичні значення J(t) для Ge були отримані
для незмінного з перебігом часу значення
коефіцієнта k = ∞ см–1. Нескінченно велике
значення коефіцієнта поглинання світла для
германія пояснюється непрозорістю зразка
для лазерного випромінювання з довжиною
хвилі λ2.
На рис. 1 у вигляді точок зображені теор-
етичні значення J, отримані нами для гер-
манія та сірки, з використанням співвідно-
шень (4) та (6) з m = 1, відповідно.
Як бачимо з рис. 1, спостерігається задо-
вільне узгодження між теорією та експери-
ментом у досліджених зразках у тимчасовому
інтервалі формування наскрізних отворів.
Таким чином, нами було проведено експе-
риментальне дослідження поширення світла
в елементарних напівпровідниках електрон-
ної техніки – германії та сірці при випарному
режимі ЛВ на поверхню.
Визначена величина швидкості перфорації
наскрізних отворів у досліджених зразках під
час їхньої обробки лазерним випромінюван-
ням.
Установлено залежність від часу коефі-
цієнта поглинання в сірці. Зроблена оцінка
значення коефіцієнта поглинання світла в
германії.
Отримані результати вказують на необ-
хідність урахування зміни поглинання випро-
мінювання для детального опису процесу
поширення світла в елементарних напівпро-
відниках під час лазерної обробки.
Дослідження особливостей поширення
світла при випарному режимі ЛВ на повер-
хню можуть використовуватися для оптимі-
зації та контролю процесів лазерної обробки
матеріалів електронної техніки.
ЛИТЕРАТУРА
1. Вейко В.П. Опорный конспект лекций по
курсу “Физико-технические основы лазерных
технологий”. Раздел: Лазерная микрообра-
ботка. – СПб: СПб ГУ ИТМО, 2008. – 141 с.
2. Иванов А.Ю., Скворцов Г.Е. Испаритель-
ный режим лазерного воздействия на поверх-
ность//Письма в ЖТФ. – 2000. – Т. 26,
Вып. 15. – С. 65-71.
3. Горный С.Г., Григорьев А.М., Лопота В.А.,
Туричин Г.А. Особенности получения отверс-
тий в металлических материалах модулиро-
ванным лазерным излучением//Физика и хи-
мия обработки материалов. –1998. – № 5. –
С. 23-26.
4. Гуреев Д.М., Камашев А.В., Ямщиков С.В.
Механизмы фазовых превращений в железе
и сталях при лазерном нагреве. – Самара:
Самарский университет, 1999. – 164 с.
5. Либенсон М.Н. Лазерно-индуцированные
оптические и термические процессы в кон-
денсированных средах и их взаимное влия-
ние. – СПб.: Наука, 2007. – 423 с.
6. Либенсон М.Н., Яковлев Е.Б., Шандыби-
на Г.Д. Взаимодействие лазерного излучения
с веществом (силовая оптика). Конспект лек-
ций. Часть I. Поглощение лазерного излуче-
ния в веществе. – СПб: СПб ГУ ИТМО, 2008.
– 141 с.
7. Сморгонская Э.А., Кютт Р.Н., Шуман В.Б.,
Данишевский А.М., Гордеев С.К., Гречинс-
кая А.В. Малоугловое рентгеновское рассея-
ние в нанокомпозите углерод-сера, получен-
ном на основе объемного нанопористого уг-
лерода//Физика твердого тела. – 2002. – Т. 44,
Вып. 10. – С. 1908-1914.
8. Горелик В.С., Точилин С.Д. Комбинацион-
ное рассеяние света в композите опал/сера//
Неорганические материалы. – 2007. – Т. 47,
№ 7. – С. 846-847.
9. Лебедев М.В., Shimomura M., Fukuda Y. Ре-
конструкция поверхности InSb(111)A при ад-
сорбции серы// Физика и техника полупрово-
дников. – 2007. – Т. 41, Вып. 5. – С. 539-543.
10. Физическая энциклопедия/Гл. ред. Прохо-
ров А.М. – М.: Большая Российская энцик-
лопедия, 1994, Т. 4. – 704 с.
11. Пасынков В.В., Сорокин В.С. Материалы
электронной техники. – СПб.: Лань, 2001. –
368 с.
ОСОБЛИВОСТІ ПОШИРЕННЯ СВІТЛА В ЕЛЕМЕНТАРНИХ НАПІВПРОВІДНИКАХ ПІД ЧАС ЛАЗЕРНОЇ ОБРОБКИ
81
12. Сущинский М.М. Резонансное неупругое
рассеяние света в кристаллах//УФН. – 1988.
– Т. 154, Вып. 3. – С. 353-379.
13. Борен К., Хафмен Д. Поглощение и рассея-
ние света малыми частицами. – М.: Мир,
1986. – 664 с.
14. Ландсберг Г.С. Оптика: учебное пособие для
вузов. – М.: Физматгиз, 2003. – 848 с.
15. Бердышев В.И., Петрак Л.В. Аппроксимация
функций, сжатие численной информации,
приложения. – Екатеринбург: УрО РАН, 1999.
– 297 с.
16. Носач В.В. Решение задач аппроксимации с
помощью персональных компьютеров. – М.:
МИКАП, 1994. – 382 с.
LITERATURA
1. Veyko V.P. Opornyy konspekt lektsiy po kursu
“Fiziko-tekhnicheskiye osnovy lazernykh
tekhnologiy”. Razdel: Lazernaya
mikroobrabotka. – SPb: SPb GU ITMO, 2008. –
141 s.
2. 2. Ivanov A.Yu., Skvortsov G.E. Isparitelnyy
rezhim lazernogo vozdeystviya na poverkhnost
//Pisma v ZhTF. – 2000. – T. 26, Vyp. 15. – S.
65-71.
3. Gornyy S.G., Grigoryev A.M., Lopota V.A.,
Turichin G.A. Osobennosti polucheniya otverstiy
v metallicheskikh materialakh modulirovannym
lazernym izlucheniyem//Fizika i khimiya
obrabotki materialov. –1998. – № 5. – S. 23-26.
4. Gureyev D.M., Kamashev A.V., Yamshchikov
S.V. Mekhanizmy fazovykh prevrashcheniy v
zheleze i stalyakh pri lazernom nagreve. –
Samara: Samarskiy universitet, 1999. – 164 s.
5. Libenson M.N. Lazerno-indutsirovannyye
opticheskiye i termicheskiye protsessy v kon-
densirovannykh sredakh i ikh vzaimnoye
vliyaniye. – SPb.: Nauka, 2007. – 423 s.
6. Libenson M.N., Yakovlev Ye.B., Shandybina
G.D. Vzaimodeystviye lazernogo izlucheniya s
С.Д. ТОЧИЛІН
ФІП ФИП PSE, 2011, т. 9, № 1, vol. 9, No. 1
veshchestvom (silovaya optika). Konspekt
lektsiy. Chast I. Pogloshcheniye lazernogo
izlucheniya v veshchestve. – SPb: SPb GU
ITMO, 2008. – 141 s.
7. Smorgonskaya E.A., Kyutt R.N., Shuman V.B.,
Danishevskiy A.M., Gordeyev S.K.,
Grechinskaya A.V. Malouglovoye
rentgenovskoye rasseyaniye v nanokompozite
uglerod-sera, poluchennom na osnove
obyemnogo nanoporistogo ugleroda//Fizika
tverdogo tela. – 2002. – T. 44, Vyp. 10. – S. 1908-
1914.
8. Gorelik V.S., Tochilin S.D. Kombinatsion-noye
rasseyaniye sveta v kompozite opal/sera//
Neorganicheskiye materialy. – 2007. – T. 47, №
7. – S. 846-847.
9. Lebedev M.V., Shimomura M., Fukuda Y.
Rekonstruktsiya poverkhnosti InSb(111)A pri ad-
sorbtsii sery// Fizika i tekhnika poluprovo-
dnikov. – 2007. – T. 41, Vyp. 5. – S. 539-543.
10. Fizicheskaya entsiklopediya/Gl. red. Prokhorov
A.M. – M.: Bolshaya Rossiyskaya
entsiklopediya, 1994, T. 4. – 704 s.
11. Pasynkov V.V., Sorokin V.S. Materialy
elektronnoy tekhniki. – SPb.: Lan, 2001. – 368
s.
12. Sushchinskiy M.M. Rezonansnoye neuprugoye
rasseyaniye sveta v kristallakh//UFN. – 1988. –
T. 154, Vyp. 3. – S. 353-379.
13. Boren K., Khafmen D. Pogloshcheniye i
rasseyaniye sveta malymi chastitsami. – M.: Mir,
1986. – 664 s.
14. Landsberg G.S. Optika: uchebnoye posobiye
dlya vuzov. – M.: Fizmatgiz, 2003. – 848 s.
15. Berdyshev V.I., Petrak L.V. Approksimatsiya
funktsiy, szhatiye chislennoy informatsii,
prilozheniya. – Yekaterinburg: UrO RAN, 1999.
– 297 s.
16. Nosach V.V. Resheniye zadach approksimatsii s
pomoshchyu personalnykh kompyuterov. – M.:
MIKAP, 1994. – 382 s.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-76170 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1999-8074 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-01T19:26:42Z |
| publishDate | 2011 |
| publisher | Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Точилін, С.Д. 2015-02-08T16:26:41Z 2015-02-08T16:26:41Z 2011 Особливості поширення світла в елементарних напівпровідниках під час лазерної обробки / С.Д. Точилін // Физическая инженерия поверхности. — 2011. — Т. 9, № 1. — С. 77–81. — Бібліогр.: 16 назв. — укр. 1999-8074 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/76170 535.361; 004.42 Проведено дослідження поширення світла в германії та сірці при випарному режимі лазерного впливу на поверхню матеріалів. У результаті аналізу експериментальних даних визначена швидкість формування наскрізних отворів та встановлені тимчасові особливості поглинання світла в досліджених зразках. Проведено изучение распространения света в германии и сере при испарительном режиме лазерного воздействия на поверхность материалов. В результате анализа экспериментальных данных определена скорость формирования сквозных отверстий и установлены временные особенности поглощения света в исследованных образцах. The study of light propagation in germanium and sulfur is carried out at evaporating mode of laser influence on a surface of materials. As a result of the analysis of experimental data the speed of formation of through apertures is determined and the temporary features of absorption factor in the investigated samples are established. uk Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України Физическая инженерия поверхности Особливості поширення світла в елементарних напівпровідниках під час лазерної обробки Article published earlier |
| spellingShingle | Особливості поширення світла в елементарних напівпровідниках під час лазерної обробки Точилін, С.Д. |
| title | Особливості поширення світла в елементарних напівпровідниках під час лазерної обробки |
| title_full | Особливості поширення світла в елементарних напівпровідниках під час лазерної обробки |
| title_fullStr | Особливості поширення світла в елементарних напівпровідниках під час лазерної обробки |
| title_full_unstemmed | Особливості поширення світла в елементарних напівпровідниках під час лазерної обробки |
| title_short | Особливості поширення світла в елементарних напівпровідниках під час лазерної обробки |
| title_sort | особливості поширення світла в елементарних напівпровідниках під час лазерної обробки |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/76170 |
| work_keys_str_mv | AT točilínsd osoblivostípoširennâsvítlavelementarnihnapívprovídnikahpídčaslazernoíobrobki |