Analiza kluczowych parametrów lasera dla dyskretnego cięcia GaAs

Teoretyczna analiza parametrów lasera jest kluczowa ze względu na program wymagań procesu i wymagania techniczne, niewidoczne cięcie powinno opierać się na właściwościach materiału wafla, aby dobrać odpowiednią długość fali lasera, tak aby laser mógł przejść przez warstwę wierzchnią wafla, tworząc punkt ogniskowy wewnątrz płytki (tzw. długość fali półprzezroczystej). Podstawowym warunkiem jest to, aby energia fotonów lasera była mniejsza niż pasmo wzbronione absorpcji materiału GaAs, co jest optycznie przezroczyste. Dopiero gdy fotony nie zostaną pochłonięte przez materiał lub jego niewielką ilość, optyka wykaże cechy przezroczyste. Absorpcja fotonów może powodować przeskoki elektronów w różnych stanach, tak że elektrony z niższego poziomu energii przeskakują na wyższy poziom energii. Siłę absorpcji energii świetlnej w półprzewodnikach opisuje się zwykle za pomocą współczynnika absorpcji. Zakładając natężenie światła I(x) i współczynnik absorpcji (w cm-1) na jednostkę odległości, pochłonięta energia w dx wynosi:
dI(x)=- -I(x)dx (1)
Wtedy wewnętrzne natężenie światła półprzewodnika można wyrazić jako I(x) {{0}} I(0)-e - -x) (2)
gdzie współczynnik absorpcji jest funkcją energii świetlnej, a zależność współczynnika absorpcji od energii świetlnej (długość fali, liczba fal lub częstotliwość) nazywa się widmem absorpcji. Rysunek 1 przedstawia widma absorpcji typowych materiałów półprzewodnikowych (np. Si, Ge, GaAs itp.), długość fali w pobliżu 0.87 μm GaAs, współczynnik absorpcji ulega drastycznej zmianie ze względu na absorpcję energię fotonów przez nośniki GaAs, tak że jest ona generowana poprzez przeskakiwanie z niskiego poziomu energetycznego na wyższy. W związku z tym wiązka lasera o długości fali krótszej niż 0,87 μm nie może przejść przez płytkę GaAs, natomiast długość fali większa niż 0,87 μm może przejść przez GaAs. ta długość fali jest granicą długiej fali λ0 dla materiałów GaAs.

Długość fali światła odpowiadająca granicy długich fal λ0 określa minimalną energię fotonów, która może spowodować samoistną absorpcję w półprzewodnikach, a istnieje granica częstotliwości v 0 odpowiadająca tej częstotliwości. Gdy częstotliwość jest niższa niż v 0 (lub długość fali jest dłuższa niż λ0), nie jest możliwe wytworzenie absorpcji wewnętrznej i współczynnik absorpcji szybko maleje, a długość fali λ{{5} } (lub granica częstotliwości v 0) nazywana jest wewnętrzną granicą absorpcji półprzewodników.
Długość fali świetlnej, przy której może wystąpić absorpcja wewnętrzna, jest mniejsza lub równa zabronionej szerokości pasma, to znaczy:
hν{{0}}Np.=hc/λ0 (3)
Gdzie: Np. jest zabronioną szerokością pasma materiałów półprzewodnikowych; h jest stałą Plancka; c jest prędkością światła. Zastąpienie można uzyskać:
λ0=1.24/np. (4)
Można obliczyć granicę długofalową Si λ0 ≈ 1,1 μm, granicę długofalową GaAs λ0 ≈ 0.867 μm dla trójwymiarowej integracji chipa płytek GaAs, chociaż grubość płytki, skład zanieczyszczeń i zawartość w nich czynników, takich jak absorbancja widmowa, ma wpływ na materiał GaAs, który pochłania głównie długości fal o wartości 0,87 μm lub mniej, w tym długości fal bliskiego ultrafioletu światła, a dłuższe fale bliskiej podczerwieni. Szybkość przepuszczania jest lepsza w przypadku dłuższych fal światła bliskiej podczerwieni. Dlatego też płytki z materiału GaAs do cięcia dyskretnego zwykle wybierają laser na podczerwień o długości fali 1064 nm (pełne cięcie laserem zazwyczaj wybiera laser ultrafioletowy); Płytki z materiału Si do cięcia dyskretnego, zwykle wybierają długość fali lasera na podczerwień 1342 nm, tak aby światło laserowe przechodziło przez powierzchnię płytki w soczewce skupiającej, np. Rola instytucji optycznych, płytka pośrodku cholewki i dolne powierzchnie płytki pomiędzy powierzchnią ogniskowania wybieralnego. Jednocześnie należy w miarę możliwości zmniejszyć powierzchnię padającą i skupienie lasera pomiędzy warstwą materiału efektu absorpcji lasera.
GaAs stealth dicing wybiera ultrakrótką, impulsową wiązkę lasera w podczerwieni o wysokiej częstotliwości powtarzania, mocy lasera większej niż 5 W i czasie trwania impulsu mniejszym niż 100 ns, w celu skompresowania energii absorpcji lasera do poziomu progowego w celu uzyskania bardziej pożądanego efektu warstwę modyfikacyjną i kontrolować obszar wpływu ciepła. Współczynnik absorpcji faktycznie wzrasta wykładniczo wraz ze wzrostem temperatury. Dlatego parametr szerokości impulsu jest również bardzo krytyczny, nie jest za mały, aby zapewnić pochłonięcie wystarczającej ilości energii w obszarze ogniskowania, aby utworzyć zmodyfikowaną warstwę, i nie za duży, aby temperatura obszaru wokół zmodyfikowanej warstwy była zbyt wysoka . Rysunek 2(a) przedstawia próbkę płytki GaAs po niewidocznym cięciu, a rysunek 2(b) przedstawia przekrój próbki płytki GaAs po niewidocznym cięciu pod mikroskopem, co pokazuje, że wzdłuż kierunku grubości próbki o grubości 100 μm, W środkowej warstwie płytki tworzy się warstwa modyfikacyjna o szerokości kilku mikrometrów i grubości 30 µm. Na rys. 16(b) można zaobserwować pionową linię pęknięcia rozciągającą się od góry i dołu warstwy SD do przedniej i tylnej powierzchni chipa. Efekt separacji wiórów zależy w dużej mierze od tego, jak daleko rozciąga się pionowe pęknięcie do przedniej i tylnej powierzchni wióra.