mateltechИзвестия высших учебных заведений. Материалы электронной техникиIzvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering1609-35772413-6387MISIS10.17073/1609-3577-2015-2-127-132mateltech-169Research ArticleМоделирование процессов и материаловMODELING OF PROCESSES AND MATERIALSМЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ НЕРАЗРУШАЮЩИХ РЕЖИМОВ ЛАЗЕРНОГО ОТЖИГА ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЛАСТИНThe Method for Determination of Nondestructive Conditions of Laser Annealing of Dielectric and Semiconductor PlatesКоваленкоА. Ф.KovalenkoA. F.

доцент, доктор техн. наук, начальник научно−исследовательской лаборатории,

ул. Сущевская, д. 22, Москва, 127055

Dr. Sci. (Eng.), Head of the Research Laboratory, Professor,

 22 Suschchevsraya Str., Moscow 127055

alexanderfkov@yandex.ruВоробьевА. А.VorobievA. A.

канд. техн. наук, начальник научно−исследовательской лаборатории,

Китайгородский проезд, д. 9, Москва, 103074

Cand. Sci. (Eng.), Head of the Research Laboratory,

9/5 Kitaygorodsky proezd, Moscow 103074

vorobievall@mail.ruФГУП «Всероссийский научно−исследовательский институт автоматики им. Н. Л. Духова»РоссияAll−Russia Research Institute of AutomaticsRussian FederationВоенная академия Ракетных войск стратегического назначения им. Петра ВеликогоРоссияPeter the Great Strategic Missile Forces Military AcademyRussian Federation201504062016182127132Copyright © Коваленко А.Ф., Воробьев А.А., 20162016Коваленко А.Ф., Воробьев А.А.Kovalenko A.F., Vorobiev A.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://met.misis.ru/jour/article/view/169

В рамках квазистатической несвязанной задачи термоупругости рассмотрен односторонний нагрев пластины со свободной поверхностью непрерывным лазерным излучением и обоснован метод определения неразрушающих режимов лазерного отжига диэлектрических и полупроводниковых пластин. Получено аналитическое соотношение, являющееся критерием термостойкости пластины и позволяющее определять неразрушающие режимы лазерной обработки. Модель расчета получена при допущении о независимости теплофизических, механических и оптических свойств материалов от температуры. Показано, что для ряда диэлектрических и полупроводниковых материалов существует область изменения безразмерного параметра τ, в которой возможно разрушение термоупругими напряжениями пластин из этих материалов в процессе лазерного отжига. Проведена экспериментальная проверка адекватности модели расчета на примере оптического стекла ЛК3, показавшая вполне удовлетворительное согласование расчетных и экспериментальных данных.

One−sided heating of plate with a free surface with continuous laser emission has been examined within the framework of quasistatic unbound problem of thermoelasticity. The method for determination of nondestructive conditions of laser annealing of dielectric and semiconductor plates has been validated. This relationship allows one to generate nondestructive conditions of laser processing. The calculation model has been obtained in the assumption of the independence of thermal, mechanical and optical properties of materials on temperature. We show that for a number of dielectric and semiconductor materials there is a region of change of the dimensionless parameter τ, in fracture of plates of these materials during laser annealing may occur due to thermoelastic stresses. Experimental verification of the adequacy of the calculation model has been made for the example of LK3 optical glass which showed quite a satisfactory agreement between the calculated and experimental data.

лазерная обработкапластинаквазистатическая задача термоупругостинеразрушающие режимыдиэлектрические и полупроводниковые материалыlaser processingplatequasistatic problem of thermoelasticitynondestructive conditionsdielectric and semiconductor materialsReferencesВильчинская, С. С. Оптические материалы и технологии / С. С. Вильчинская, В. М. Лисицын. − Томск : Изд−во Томского политех. ун−та, 2011. − 180 с.Vilchinskay S. S., Lisizin V. M. Opticheskie materialy i tekhnologii [Optical materials and technologies]. Tomsk: Izd. Tomskogo politekh. un−ta, 2011. 180 p (In Russ.)Григорьянц, А. Г. Технологические процессы лазерной обработки / А. Г. Григорьянц, И. Н. Шиганов, А. И. Мисюров. − М. : Изд−во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2008. − 664 с.Grigoryants A. G., Shiganov I. N., Misyurov A. I. Tekhnologicheskie protsessy lazernoi obrabotki [Technological laser machining processes]. Moscow: Izd. MGTU im. N. E. Baumana, 2008. 664 p. (In Russ.)Новиков, Г.А. Оптическая диагностика лазерно−индуцированных фазовых превращений в тонких пленках германия на кремнии, сапфире и кварце / Г. А. Новиков, Р. И. Баталов, Р. М. Баязитов, И. А. Файзрахманов, Г. Д. Ивлев, С. Л. Прокопьев // Журнал технической физики. − 2015. − Т. 85, вып. 3. − С. 89—95.Novikov H. A., Batalov R. I., Bayazitov R. M., Faizrakhmanov I. A., Ivlev G. D., Prokop’ev S. L. Optical diagnostics of the laser−induced phase transformations in thin germanium films on silicon, sapphire and fused silica. Zhurnal Tekhnicheskoi Fiziki = Journal of Applied Physics. 2015, vol. 85, no. 3, pp. 89—95. (In Russ.)Степанов, А. П. Отжиг эксимерным лазером силикатного стекла с ионно−синтезированными наночастицами серебра / А. П. Степанов, В. Ф. Валеев, В. И. Нуждин, И. А. Базаров, И. А. Файзрахманов // Журн. техн. физики. − 2009. − Т. 79, вып. 10. − С. 102—109.Stepanov A. L., Valeev V. F., Nuzhdin V. I., Bazarov V. V., Faizrakhmanov I. A. Excimer laser−assisted annealing of silicate glass with ion−synthesized silver nanoparticles. Zhurnal Tekhnicheskoi Fiziki = Journal of Applied Physics. 2009, vol. 79, no. 10, pp. 102—109. (In Russ.)Коваленко, А. Ф. Режимы высокотемпературного лазерного отжига оптической керамики КО−1 и КО−5 излучением СО2−лазера / А. Ф. Коваленко // Стекло и керамика. − 2014. − № 9. − С. 9—13.Kovalenko A. F. Regimes for hing−temperature annealing for KO−1 and KO−5 ceramics by CO2 laser radiation. Glass and Ceramics. 2015, vol. 71, no. 9–10, pp. 309—313. DOI: 10.1007/s10717−015−9676−8Коваленко, А. Ф. Определение неразрушающих режимов термообработки диэлектрических и полупроводниковых пластин / А. Ф. Коваленко // Изв. вузов. Материалы электрон. техники. − 2003. − № 2. − С. 39—42.Kovalenko A. F. The definition of nondestructive treatment of the dielectric and semiconductor plates. Izvestiya vuzov. Materialy elektronnoi tekhniki = Materials of Electronics Engineering. 2003, no. 2, pp. 39—42. (In Russ.)Коваленко, А. Ф. Метод определения неразрушающих режимов импульсного лазерного отжига диэлектрических и полупроводниковых пластин / А. Ф. Коваленко, А. А. Воробьев // Известия вузов. Материалы электрон. техники. − 2014. − № 3. − С. 206—210. DOI: 10.17073/1609–3577–2014–3–206–210Kovalenko A. F., Vorobev A. A. Method of determining nondestructive pulse laser annealing modes for dielectric and semiconductor wafers. Izvestiya vuzov. Materialy elektronnoi tekhniki = Materials of Electronic Technics. 2014, no. 3, pp 206—210. (In Russ.) DOI: 10.17073/1609–3577–2014–3–206–210Атаманюк, В. М. Взаимодействие лазерного излучения с материалами оптико−электронной техники / В. М. Атаманюк, О. В. Володин, И. В. Дяченко, Н. С. Захаров, А. Ф. Коваленко, А. В. Козлов, С. А. Комаров, Т. А. Михайлова, А. В. Никонов, В. Е. Рогалин, М. В. Сахаров, И. П. Суханов, Я. А. Суханов, А. В. Федичев. − Сергиев Посад : ЦФТИ МО РФ, 2004. − 176 с.Atamanyuk V. M., Volodin O. V., Dyachenko I. V., Zakharov N. S., Kovalenko A. F., Kozlov A. V., Komarov S. A., Mikhailova T. A., Nikonov A. V., Rogalin V. E., Sakharov M. V., Sukhanov I. P., Sukhanov Ya. A., Fedichev A. V. Vzaimodeistvie lazernogo izlucheniya s materialami optiko−elektronnoi tekhniki [Interaction of laser radiation with materials optoelectronic technology]. Sergiev Posad: TsFTI MO RF, 2004. 176 p. (In Russ.)Карслоу, Г. Теплопроводность твердых тел / Г. Карслоу, Д. Егер. − М. : Наука, 1964. − 488 с.Karslou G., Eger D. Teploprovodnost’ tverdykh tel [Thermal conductivity of solids]. Moscow: Nauka, 1964. 488 p. (In Russ.)Коваленко, А. Д. Основы термоупругости / А. Д. Коваленко. − Киев : Наукова думка, 1970. − 240 с.Kovalenko A. D. Osnovy termouprugosti [Principles of thermoelasticy]. Kiev: Naukova dumka, 1970. 240 p. (In Russ.)Феодосьев, В. И. Сопротивление материалов / В. И. Феодосьев. − М. : Наука, 1986. − 512 с.Feodos’ev V. I. Soprotivlenie materialov [Strength of materials]. Moscow: Nauka, 1986. 512 p. (In Russ.)ГОСТ 13659−88. Стекло оптическое бесцветное. Физико−химические характеристики. − М. : Изд−во стандартов, 1988. − 48 с.GOST 13659−88: Steklo opticheskoe bestsvetnoe. Fiziko−khimicheskie kharakteristiki [Optical glass colorless]. Moscow: Izd. Standartov, 1988. 48 p. (In Russ.)Блистанов, А. А. Акустические кристаллы. Справочник / А. А. Блистанов, В. С. Бондаренко, Н. В. Переломова, Ф. Н. Стрижельская, В. В. Чкалова, М. П. Шаскольская / под. ред. М. П. Шаскольской. − М. : Наука. 1982. − 632 с.Blistanov A. A., Bondarenko V. S., Perelomova N. V., Strizhevskaya F. N., Chkalova V. V., Shaskol’skaya M. P. Akusticheskie kristally. Spravochnik [Handbook of acoustic crystals]. Moscow: Nauka, 1982. 632 p. (In Russ.)ГОСТ 15130−86. Стекло кварцевое оптическое. − М. : Изд−во стандартов. 1986. − 34 с.GOST 15130−86: Steklo kvartsevoe opticheskoe [Optical glass quartz]. Moscow: Izd. Standartov, 1986. 34 p. (In Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.