将红外辐射测温系统用于半导体基片表面温度测量时,系统的调焦状况将影响测温结果的准确性。对这种影响进行了理论计算。结果表明,当被测高温区面积较大时,可以允许较大的调焦范围。但在激光诱导扩散等激光微细加工工艺中,曝光区直径仅数十微米量级,对系统的调焦提出了较高的要求。计算了在可见光波段和近红外波段两种情况下系统成像物镜的焦距。当成像物镜在波长为0.546 μm时的焦距为30 mm,并固定像距为196 mm时,得到在波长为1.335 μm时的物距比波长为0.546 μm时大1.33 mm。利用这个结果,结合在不同物距时系统对被测高温区进行扫描得到的温度分布,提出了调焦的方法。利用该方法,系统物距可调节到最佳物距为中心±0.05 mm的范围内,满足了微小面元温度测量的要求。

用连续波激光诱导扩散制作单片集成光接收机中的探测器时,激光照射形成的高温区面积很小。当入射激光焦斑光强为高斯分布甚至“平顶帽形”分布时,微小扩散区温度分布的均匀性都不能达到实验的要求。提出了用掩模对入射高斯光束进行空间调制的方法来实现扩散区温度的均匀化。该方法的关键是计算出实现均匀的温度分布所需要的焦斑光强分布参数。给出了计算方法和计算实例。结果表明,均匀化后,在扩散区平均温度上升值为500 K时,扩散区内的最大温度差为3.9 K,并且高温区的温度分布接近“平顶帽形”。

在半导体激光诱导扩散实验中,用连续波CO2 10.6 μm激光聚焦后照射基片表面。为实现局部区域的选择扩散,激光光斑半径仅数十微米。要使曝光区温度达到扩散实验要求,必须使曝光区功率密度很高。另一方面,Si、InP等半导体材料对10.6 μm波长激光的吸收系数随温度的升高而增大,这导致实验时容易产生热致破坏,损伤基片。在分析热致破坏的产生机理后,提出了在聚焦激光束照射下,曝光区温度的数值计算方法。计算结果表明,在半导体基片初始温度为室温时,以恒定功率的激光束照射基片,曝光区温度不能稳定在扩散试验需要的温度范围。在此基础上,提出了预热基片及对曝光区温度进行实时控制等抑制热致破坏的方法,有效地克服了这一困难。这对于用激光微细加工制作出高性能的单片光电集成电路(OEICs)器件有重要意义。

在激光诱导扩散等激光微细加工技术中,需要用聚焦激光束照射基片表面,以形成局部高温区。为使局部高温区的温度分布满足实验要求,对10.6 μm聚焦连续波CO2激光束照射下半导体基片的温度上升进行了数值计算。计算中考虑了基片材料对10.6 μm激光的吸收系数随温度的变化。计算得到了温度上升与基片预热温度、入射激光束功率及曝光面积等参数的关系。结果表明,基片初始温度为室温及激光焦斑直径小于100 μm时,激光照射形成稳定高温区的最高温度不超过600 K。增加基片初始温度,可以在建立满足要求的温度上升的同时,减小基片上高温区分布的面积。在同一初始温度下,在基片高温区分布的面积符合实验要求的前提下,应尽量使用较大的光斑尺寸和激光功率,从而使基片表面热斑的温度分布更易控制。

在半导体的激光微细加工技术里,微小曝光区域的温度分布是关键的工艺参数,必须得到精确的测量.而为了使温度测量不影响曝光区的温度分布,需采用不接触测量方法.研制了计算机温度测量系统,实现了微小激光曝光区温度的实时不接触测量.系统中,InGaAs/InP光探测器将微小高温区的温度信号转换为光电流,再经信号放大及模/数转换后输入计算机.结合温度定标实验,对测得的温度数据进行插值运算,在实验中可以实时显示出曝光区的温度值.系统的温度分辨率可达到0.2℃, 测量区域的最小直径可达到18 μm.同时设计了搜索算法,使温度数据采集和精密位移平台的移动相配合,实现了温度分布的测量和最高温度区的准确定位.

利用红外辐射测温原理,设计成半导体基片上激光焦斑温度不接触测量系统.该系统由透镜成像系统、探测器、精密电动平台及相关电路和软件组成,其测温范围大,温度分辨力可达0.2K,还可得到温度-时间关系曲线;可自动测量热斑的温度分布及寻找热斑的最高温度区域;测量区域的最小直径为18μm.

利用激光辅助合金的方法,生成InP表面AuGeNi-InP合金,并形成良好的欧姆接触,上下表面面间电阻为5.8 Ω.研究了合金工艺参量(如合金时间、合金温度、镀膜厚度等)对形成欧姆接触性能的影响.