Розробка і дослідження технологічного процесу лазерного розподілу напівпровідникових пластин на елементи - Автореферат

Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут"У роботі розроблена оригінальна методика визначення температурних залежностей оптичних властивостей матеріалів, що заснована на застосуванні засобів нелінійного програмування, причому в якості функції цілі використовували min квадрату різниці між розрахованою потужністю і потужністю пучку лазерного випромінювання, що пройшла наскрізь зразок та була виміряна приймачем у відповідний момент часу з одночасною фіксацією потужності пучку випромінювання що, надійшла до деталі, що оброблюється, і відбитої від неї. Встановлені методами нелінійного програмування оптимальні режими обробки дозволяють здійснювати різання полі і монокристалів зі швидкістю 25мм/с із мінімальною шорсткістю поверхні. Khalid Ibrahim Mohammad Al Sheboul (Jordan) "Development and research of a manufacturing process of laser sharing of semiconductor wafers for units " - Manuscript. The thesis is dedicated to problems of research, designing and optimization of a manufacturing process of laser sharing of semiconductor wafers on units. In operation the original technique of definition of temperature dependences of an optical behavior of materials grounded on application methods of nonlinear programming designed, and as the function of the purpose have utilized min of a functional of discrepancies between calculated and measured by the receiver, powers of a bundle of a laser radiation, past tested the sample in an appropriate instant with simultaneous fixing of power of a bundle of radiation of the reached(achieved) work piece and reflected from it(her).Дослідження процесу взаємодії сфокусованого лазерного випромінювання з напівпровідниковими матеріалами вели за допомогою спеціально розробленого пристрою, що дозволяє одночасно фіксувати залежність потужності сфокусованого лазерного пучку P(t) від часу t, що надходить до поверхні, що оброблюється та аналогічну залежність для пучку лазерного випромінювання що відбивається від неї /1/: /1/ Даний підхід справедливий для визначення температурної залежності R(T) матеріалів, що мають значний коефіцієнт поглинання лазерного випромінювання a (наприклад, металів) або його точного знання, у тому числі і залежності a від температури T (при визначенні відбивних властивостей напівпровідників, діелектриків). Приведені виміряні залежності потужності пучку лазерного випромінювання що подана P(t) (залежність 1), відбита (залежність 2) та пройшла наскрізь Pentr(t) (залежність 3) зразок, що досліджується від часу t (густина енергії WE = 2.32Дж/мм2, тривалість імпульсу t = 200мкс). Зважаючи на те, що електромагнітна хвиля, що падає на поверхню поділу, випробує поглинання, розсіювання, відбивання і переломлення, та відповідно до закону зберігання енергії, енергія хвилі, що падає на поверхню, дорівнює сумі останніх, то, у нашому випадку, експериментальні залежності потужності пучку випромінювання P(t), і Pentr(t) від часу t, дозволяють одержати приблизний енергетичний баланс процесу нагрівання напівпровідника. Приведені виміряні залежності потужності пучку лазерного випромінювання, що подана P(t) (залежність 1), відбита (залежність 2) і пройшла наскрізь Pentr(t) (залежність 3) зразок, та розрахованої температури поверхні T (залежність 4) від часу t для зразків моно та полікристалічного кремнію товщиною 0.1мм при фокусуванні лазерного випромінювання (l=1.06мкм) у пляму, з густиною енергії WE =0.145 Дж/мм2, WE =0.56 Дж/мм2 та WE =2.24 Дж/мм2.Результати виконаних досліджень показали можливість більш ніж 5-ти кратного збільшення продуктивності і якості лазерної розмірної обробки напівпровідникових матеріалів шляхом інтенсифікації процесу й удосконалюванням режимів обробки. Розроблено математичні моделі процесу лазерного різання напівпровідникових матеріалів товщиною 0.3-0.4мм, що звязують ширину різу на вході, виході, шорсткість стінок із швидкістю обробки, частотою слідування імпульсів, фокусною відстанню фокусуючого обєктива, і його розфокусуванням, частотою й амплітудою сканування. Дані моделі можуть бути використані не тільки для визначення оптимальних режимів обробки, але й у системах автоматичного керування процесом для розрахунку керуючих впливів, причому керування доцільно здійснювати зміною найменш інерційних технологічних факторів: частоти слідування імпульсів, частоти й амплітуди сканування сфокусованого пучку лазерного випромінювання. При густині енергії сфокусованого лазерного випромінювання, що перевищує 5.6*105 Дж/м2 (довжина хвилі лазерного випромінювання 1.06мкм, тривалість імпульсу понад 200мкс) нівелюються оптичні властивості моно і полікристалічного кремнію. Підвищення продуктивності і якості лазерної розмірної обробки лазерним випромінюванням , що сканує, досягається за рахунок зниження густини енергії сфокусованого лазерного випромінювання в зоні лазерного впливу (і відповідно більш ефективному його поглинанню), а також за рахунок “пошарового” зрізання оброблюваного матеріалу.