Влияние термической обработки на структуру свойства материалов

Термическая обработка базируется на теории структурных и фазовых превращений в материале (например, в стали) при его нагреве и охлаждении. Термическая обработка характеризуется графиком в координатах температура-время(рисунок 1.11)

Рисунок 1.11. Термическая обработка

К термической обработке относят отжиг, закалку, отпуск и др. Производительность термической обработки возросла за счет использования лазеров.

Отжиг – устраняет неоднородность материала, обеспечивает получение равновесного химического состава, проводят отжиг при t> и <t фазовых превращений. Различают диффузионный отжиг, отжиг для снятия внутренних механических напряжений. Отжиг способствует увеличению пластичности.

Закалка – это упрочняющий вид термической обработки, способствует увеличению твердости, прочности материала .

Главным отличием закалки от других видов термической обработки является высокая скорость охлаждения с применением специальных закалочных средств ( кипящие жидкости, сжатый воздух, вода, мыльная вода, 10% водный раствор йодного Na, поваренной соли, соды, керосин, 5% раствор марганцовки ). В процессе закалки скорость охлаждения стали в различных закалочных средах приведена в таблице 1.1

Таблица 1.1 - Скорость охлаждения

В процессе закалки возникают нежелательные внутренние напряжения, поэтому используют закалку ступенчатую, используя две среды. В начале быстрое охлаждение в воде, а затем более медленное охлаждение в масле или на воздухе.

В технологии ИМС используют отжиг после ионной имплантации для восстановления кристаллической структуры полупроводника. Так как при ионной бомбардировке большинство внедренных ионов примеси находятся в междоузлии, кристаллическая структура нарушается (структура аморфная) и они не являются электрически активными. В процессе отжига примеси занимают вакантные узлы, кристаллическая решетка восстанавливается и в результате образуется слой p или n-типа проводимости. Также, если слой полностью аморфный в результате ионной имплантации – это по сути эпитаксиальная рекристаллизация аморфизированного слоя, причем роль затравки играет лежащая под ним монокристаллическая пластина. Лучше при этом использовать не термически-диффузионный отжиг, а лазерный отжиг. При лазерном отжиге на поверхности кристалла образуется тонкий сильно разогретый слой, который рекристаллизуется с очень большой скоростью >100см/с, при этом температура Si пластины на глубине 10 мкм не отличается от окружающей, т.е. в целом образец не разогревается.