Файл: Рэди, Дж. Действие мощного лазерного излучения.pdf

пой добротностью мощностью 170 МВт. Луч фокусировался линзой с фокусным расстоянием 5 см ыа сферический электрод из нержа­ веющей стали, находящийся под напряжением ниже 100 кВ. При действии луча на поверхность металла образовывалась плотная плазма, которая инициировала пробой промежутка. В широком диапазоне условий разброс во времени пробоя промежутка состав­ лял мепее 2,5 не. Был осуществлен также пробой промежутков с разностью потенциалов 1,1 МВ. При высоких напряжениях время запаздывания пробоя составляло менее 5 ис при разбросе много меньшем 1 нс.

§ 8. Д РУГИ Е ПРИМЕНЕНИЯ ЛАЗЕРОВ

1. Измерения температуропроводности методом импульсного нагрева

Речь идет об использовании лазерного нагрева. Энергия быстро выделяется в некоторой точке; измерение температуры производится на определенном расстоянии от места выделения энергии. Использование лазера для измерения температуропро­ водности методом импульсного нагрева имеет ряд преимуществ [95—98]. Выделение энергии происходит в ограниченной области. С помощью коллимированного луча можно подвести к образцу большую энергию, чем в случае других источников тепла, исполь­ зуемых для импульсного нагрева. Лазерная энергия выделяется практически мгновенно на поверхности образца, поскольку коэффициент поглощения велик, а длительность импульса лазера с модулированной добротностью мала. Лазер вполне пригоден для импульсного измерения температуропроводности малых не полностыо поглощающих образцов, а также образцов, расположен­ ных в недоступных местах (например, в печи).

Приращение температуры с обратной стороны слоя толщиной L дается соотношением [95]

где Tm — максимальная температура, которая достигается в точке L, %— коэффициент температуропроводности. Из этого уравнения можно получить

состоит просто в измерении температуры обратной стороны образца как функции времени, например, с помощью радиационного

приемника. В абсолютных измерениях нет необходимости; время ti/a можно получить из относительных измерений. На результат не влияет количество излучения, отраженного от поверхности образца. Таким образом, лазер обеспечивает удобный способ измерения температуропроводности с простой обработкой резуль­ татов, не требующий абсолютных калибровок 1).

2. Получение тонких пленок

Испарение веществ под действием лазерного луча дает возможность использовать лазер для нанесения тонких пленок в вакууме [31, 99—101]. Преимущество лазера при получении тонких пленок состоит в возможности уменьшить загрязнение пленкн. Впервые для этой цели в работе [99] был использован рубиновый лазер, работающий в обычном режиме. Для полу­ чения пленкп испарению подвергались образцы в порошкообраз­ ном состоянии, помещенные в тигель. Пленки хорошего оптиче­ ского качества были получены испарением многих веществ, таких,

как Sb2S3, As2S3, Se, ZnTe, Те, Mo03, РЬТе и Ge. Результаты сильно зависели от свойств исходного материала. Исследование пленок из ZnTe и РЬТе показало, что они стехпометрнчески соответствуют исходному материалу. Легко получались пленки с толщиной от нескольких сотых до нескольких десятых микрона за одни импульс. Хороших результатов не удалось получить с такими веществами, как InAs, Си20, ZnO, InSb и CdTe. Многие пз этих сложных материалов разлагались, так что трудно было сохранить стехиометрию.

Другой проблемой, возникающей при использовании импульс­ ного рубинового лазера, была неравномерность нанесения веще­ ства, обусловленная сильным кипением исходного материала. Неоднородности могли быть связаны и с тем, что наряду с паром вылетали также жидкие и твердые частицы. Толщина пленок, получаемых за один импульс, также ограниченна. Чтобы преодо­ леть указанные трудности, была изучена возможность нанесения тонких пленок с помощью С02-лазера [99]. При использовании СО2-лазера непрерывного действия выброс частиц с поверхности можно было значительно уменьшить и получить хорошие пленкн таких веществ, как SiO, ZnS, ZnSe, PbF2, Na3AlFB, Si02, MgF2, Si3N4, LaA103, ТЮ2 и A120 3. Используя лазер мощностью 25 Вт,

Ч Отметим разработанный в [136] метод измерения теплопроводности жидкостей с малым коэффициентом поглощения на длине волны лазера. Метод основан на исследовании динамики образования «тепловой линзы» в жидкости вследствие малого остаточного поглощения.— Прим. ред.

6.Aderson J. E., Jackson J. E., Welding Journ., 44, 1018 (1965).

7.Earvollno L. P., Kennedy J. H., Welding Journ., 45, 127s (1966).

S.Laser Welding and Machining, Proc. Eng. Seminar New Ind. Tech. Penn­

sylvania State Univ., June 27—July 2, 1965 published by the Pennsylva­ nia State Univ. College of Engineering, University Park, Pennsylvania (1966) .

9.Cohen. M. I., Epperson J. P ■, Application of Lasers to Microelectronic Fabri­ cation, in Electron Beam and Laser Beam Technology, «Advances in Ele­ ctronics and Electron Physics» (Marton L. and El-Kareh A. B., eds.). Aca­ demic Press, New York, 1968.

10.Banas С. M., Can. Materials and Processing Tech. Coni’., Toronto, Sept. 29—

Oct. 2 (1969).

11.Ready J. F., The Tool and Manufacturing Engineer, p. 24 (March 1969).

12.Ready J. F., Laser Focus, p. 38 (March 1970).

13.Gagliano F. P., 1969 lnt. Electron. Circuit Packaging Symp., San Francisco,

August 20—21, 1969 (IECP Symposium Record, Vol. 10).

14.Norton J. F., McMullen J. G., Journ. Appl. Phys., 34, 3640 (1963).

15.Chen D., Ready J. F., Bull. Amer. Phys. Soc., 11, 454 (1966).

16. Sullivan A. B. J., llouldcrojl P. T., Brit. 'Welding Journ, 14, 443

(1967) .

17.Adams Д/. / . , Brit Welding Instr. Res. Bull., 9, 245 (1968).

18.Bod D., Brasier R. E., Parks ./., Laser Focus, p. 36 (August 1969).

19.Booklet «CO; Applications» published by Coherent Radiation Laborato­ ries.

20.Stone G. B., Laser Focus, p. 43 (March 1970).

21. Wilson D. A’., Optical Spectra, p. 52 (March/April 1968).

22.Jenkins F. A., While H. E., «Fundamentals of Optics», Ch. 9, McGraw-

Hill, Now York, 1957.

23.Smith J. F., Laser Focus, p. 32 (March 1969).

.24. Cohen M. /., Bell. Lab. Rec., 45, 246 (1967).

25.Epperson J. P., Dyer R. W., Grzywa J. C., Laser Focus, p. 26 (Oct., 1966).

26.Brandli II. F., Keller M., Roulier A., p. 26 (May, 1967).

27.Mod Plast., p. 71 (May, 1969).

28.Lumley R. M., Geram. Bull., 48, 850 (1969).

29.Plitzer E. K., Turner R., Journ. Sci. Instr. (Journ. Phys. E.), Ser. 2, 1,

360 (1968).

30.Siekman J. G., Moryn R. E-, Philips Res. Rep., 23, 367 (1968).

31.Nichols K. G., Brit. Connnun. Electron., 12, 368 (1965).

32.Shackleton J. R., Semicon. Prod. Solid State Tech. p. 15 (May 1965).

33.llaun R. D., IEEE Spectrum, p. 82 (May 1968).

34.Gagliano F. P., Lumley R. M., Watkins L. S., Proc. IEEE, 57, 114 (1969).

35.Cohen M. I., Unger B. A ., Milkosky J. F-, Bull. Svst. Tech. Journ., 47,

385 (1968).

36.Cohen M. I., Laser Focus, p. 25 (November 1967).

37.Penrod J., Laser Focus, p. 25 (August 1968).

40.Siekman J. G., Microelectron. Reliability, 7, 305 (1968).

41.Brech F., Cross L., Appl. Spectrosc., 16, 59 (1962).