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5 Kristallisierung
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Abb.5.3:
Propagation der Kristallisationsfront bei gleichzeitigem Wärmefluß in den
Festkörper
Bei kürzeren Laserpulsen einer Länge von 8 ns, wie sie für den hier verwendeten Nd-Y AG­
Laser charakteristisch sind, läßt sich die typische Wärmediffusionslänge von kristallinem
Silizium zu etwa 0.8 Jlm abschätzen. Sie liegt im Bereich der Absorptionslänge von 1 Jlm (bei
A=5oo nm). Die typische erhitzte Schichtdicke wird daher nicht mehr durch die Wärmeleitung
während des Pulses, sondern durch den Absorptionskoeffizienten bestimmt. Die benötigte
Energiedichte zum Aufschmelzen einer 1 Jlm dicken Oberflächenschicht liegt ohne
Berücksichtigung der Oberflächenreflektivität bei etwa 300 mJ/cm 2 , und die
Kristallisationsgeschwindigkeit beträgt ca. 9 mJs.
Die Bewegung der Grenzfläche zwischen flüssiger und fester Phase resultiert aus der
Überlagerung zweier entgegengesetzter dynamischer Prozesse, der Vorwärts- und der
Rückwärtsbewegung. Die Vorwärtsbewegung, hier die Kristallisation, wird durch Anlagerung
neuer Atome an den Kristall. die Rückwärtsbewegung, also das Aufschmelzen. durch
Abtrennung von Atomen aus dem Kristallverband verursacht. Thermodynamisch betrachtet
stellt der Kristallisationspunkt die Temperatur dar, bei der die Grenzfläche stationär ist Bei
einer Vorwärtsbewegung muß die Schmelze im Bereich der Grenzfläche bis zu einem
..........,.",'"''''... Punkt unterkühlt, einer Rückwärtsbewegung muß die kristalline Phase überhitzt
Bei Aufschmelzen des Materials durch sehr Laserpulse ist eine starke
Überhitzung der Phase zu erwarten. den Fall der Vorwärtsbewegung kann die
Kristallisationsgeschwindigkeit durch
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an der Grenzfläche darstellt, an
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