Карбид кремния (SiC), как перспективный материал, играет важную роль в области силовой электроники; при этом слои SiC, выращенные на структуре SOI (изолятор на кремнии), особенно значимы для создания диодных структур, микроэлектромеханических систем (MEMS) и оптоэлектронных устройств. Эти применения требуют от материала высоких электрофизических характеристик, включая формирование качественных омических контактов и барьеров Шоттки. Для достижения таких свойств обычно применяют последующую обработку, например термическую, с целью улучшения электрофизических параметров. Импульсная лазерная обработка (PLT), будучи бесконтактным методом с высокой плотностью энергии, позволяет осуществлять локальное расплавление поверхности материала и активацию поверхностного слоя, что позволяет улучшать его электрофизические характеристики без повреждения общей структуры. Кроме того, PLT способна изменять оптические свойства материала, что также имеет ключевое значение для эффективности оптоэлектронных устройств.

Несмотря на огромный потенциал применения материалов SiC в электронике и оптоэлектронике, их практическое использование по‑прежнему сталкивается с рядом вызовов. Одним из них является необходимость эффективного управления электрофизическими свойствами материала при сохранении его прочих характеристик. Традиционные методы термической обработки могут приводить к деградации структуры материала или к её неоднородности вследствие воздействия высоких температур. Пульсовая лазерная термообработка (PLT) представляет собой один из возможных подходов к решению этой задачи, однако влияние этого процесса на свойства материала требует более глубокого изучения. В частности, пока остаётся недостаточно ясным, как параметры PLT — такие как плотность энергии, длительность импульса и время обработки — конкретно воздействуют на структуру материала, а также на его оптические и электрофизические характеристики. Кроме того, явления, связанные с изменением поверхностной морфологии, колебаниями удельного сопротивления слоёв и возможным образованием силицидных фаз, необходимо детально прояснить с помощью тщательно продуманного экспериментального дизайна и анализа. Решение этих вопросов имеет ключевое значение для оптимизации технологии PLT и повышения эксплуатационных характеристик электронных и оптоэлектронных устройств на основе SiC.

В ответ на вышеуказанные проблемы исследовательская группа провела углублённое изучение с использованием настольных сканирующих электронных микроскопов серии ZEM компании ZEPTOOLS. Они проанализировали влияние PLT на оптические и электрофизические свойства структуры Ni/SiC/poly‑Si/Si3N4/SiO2/Si, а также исследовали изменения поверхностной морфологии материала, удельного сопротивления слоёв и коэффициента отражения под воздействием PLT при различных плотностях энергии; данное исследование было опубликовано на XIV Международной конференции по науке и технологиям.

Основное содержание исследования сосредоточено на изучении влияния PLT на оптические и электрофизические свойства специально сконструированной многослойной структуры Ni/SiC/poly‑Si/Si3N4/SiO2/Si. В рамках экспериментального подхода исследовательская группа сначала создала на кремниевой подложке многослойную структуру, включающую поликристаллический кремний, нитрид кремния, диоксид кремния и карбид кремния, после чего нанесла на неё слой никеля. Затем эти структуры подвергались импульсной лазерной обработке с использованием рубинового лазера при различных плотностях энергии.

Суть исследования заключается в анализе того, как PLT изменяет поверхностную морфологию материала, удельное сопротивление слоя и спектральный коэффициент отражения. С помощью сканирующей электронной микроскопии было установлено, что при определённой плотности энергии PLT способен вызывать формирование зернистой поверхностной структуры; такое изменение морфологии сопровождается снижением коэффициента отражения материала. Кроме того, измерение изменения удельного сопротивления слоя позволило выявить существенное влияние PLT на электропроводность материала, которое, вероятно, связано с плавлением поверхностного слоя и образованием силицидных фаз.

Кроме того, исследование также охватило влияние PLT на оптические свойства материалов; посредством измерения спектральной отражательной способности было установлено, что обработанные материалы при различных плотностях энергии проявляют различающиеся спектральные характеристики. Эти результаты имеют важное значение для понимания и оптимизации процессов импульсной лазерной обработки, а также для разработки новых высокопроизводительных электронных и оптоэлектронных устройств.

В ходе исследования использовалась стационарная сканирующая электронная микроскопия серии ZEM компании Zeyou Technology, которая в основном применялась для наблюдения и анализа изменений морфологии поверхности структуры Ni/SiC/poly‑Si/Si3N4/SiO2/Si после проведения PLT‑обработки. Благодаря этой высокоразрешающей микроскопической методике исследователи смогли детально проследить микроструктурные изменения на поверхности материала под воздействием PLT с различной плотностью энергии, включая формирование зернистой морфологии и увеличение шероховатости поверхности.

Использование настольных сканирующих электронных микроскопов серии ZEM предоставляет важные визуальные данные, помогая исследователям понять, как PLT влияет на поверхностные свойства материалов; эти изменения напрямую связаны с их оптическими и электрофизическими характеристиками. Например, изменение морфологии поверхности может воздействовать на коэффициент отражения и характеристики поглощения — ключевые факторы при оценке эффективности материалов в фотоэлектрических приложениях. Кроме того, анализ с помощью настольных сканирующих электронных микроскопов серии ZEM позволяет выявить возможные фазовые превращения или изменения химического состава материала в процессе PLT, что крайне важно для глубокого понимания механизмов влияния PLT на свойства материалов.