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J. Phys. Colloques
Volume 44, Number C5, Octobre 1983
Interactions Laser-Solides, Recuits par Faisceaux d'Energie / Laser-Solid Interactions and Transient Thermal Processing of Materials
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| Page(s) | C5-91 - C5-95 | |
| DOI | https://doi.org/10.1051/jphyscol:1983515 | |
J. Phys. Colloques 44 (1983) C5-91-C5-95
DOI: 10.1051/jphyscol:1983515
MELTING AND FREEZING KINETICS INDUCED BY PULSED ELECTRON BEAM ANNEALING IN ION-IMPLANTED SILICON
G. Chemisky, D. Barbier et A. LaugierLaboratoire de Physique de la Matière (LA 358), Institut national des Sciences Appliquées de Lyon, 20, avenue Albert Einstein, 69621 Villeurbanne Cedex, France
Résumé
Les mécanismes d'interaction faisceau d'énergie-matériau déterminent les phénomènes de recristallisation par épitaxie liquide. Dans ce travail, nous avons simulé, pour un faisceau d'électrons polycinétique pulsé, les cinétiques de recristallisation de silicium implanté. Nous avons étudié l'influence du spectre d'électrons (12 et 15 keV d'énergie moyenne), de l'énergie superficielle (0,7 à 1,4 J/cm2) sur ces cinétiques pour deux températures initiales (20 et 450°C). Après irradiation, l'enthalpie dans la zone portée à la température de fusion n'est pas uniformément distribuée. La vitesse de recristallisation dépend principalement du gradient thermique post-zone fondue. L'effet du préchauffage à 450°C diminue la vitesse de recristallisation et allonge considérablement le temps de séjour à haute température de la couche superficielle.
Abstract
Annealing effects of a pulsed energy beam in the liquid phase epitaxy regime mostly depend on beam material interaction mechanism. In this work the melting and freezing kinetics induced by a polykinetic electron beam pulse in ion-implanted silicon have been simulated for different electron beam parameters (energy spectrum and fluence) and two starting temperature 20 and 450°C. The enthalpy absorbed in the melting layer is not uniformly distributed so that the front surface is turned into melt within the pulse duration while the melting layer back end remains partially molten. The melting-solid interface mostly depends on the thermal gradients in the solid beneath the melting layer and the latent heat fraction to be evacuated in the bulk of the material. The effect of amorphous layer thickness was also investigated. Pulsed electron beam annealing on 450°C heated silicon produces an increase of the fully molten layer thickness and a noticable decrease of the melting-solid interface velocity by the same factor as the thermal gradient inside the solid region. Consequently, heat release from the surface is slowed down so that after resolidification the silicon surface temperature stays higher than 800°C a longer time.