bsuirДоклады БГУИРDoklady BGUIR1729-76482708-0382БГУИР10.35596/1729-7648-2025-23-2-77-83bsuir-4114Research ArticleСтатьиОсобенности изготовления элементной базы высокотемпературной электроники лазерным излучениемFeatures of Manufacturing the Element Base of High-Temperature Electronics Using Laser RadiationШершневЕ. Б.ShershnevE. В.

Шершнев Евгений Борисович, д-р техн. наук, доц., зав. каф. общей физики

246019, Гомель, ул. Советская, 102, кор. 5 

Evgeny B. Shershnev, Dr. Sci. (Tech.), Associate Professor, Head of the Department of General Physics

246019, Gomel, Sovetskaya St., 102, Bld. 5 

eshershnev@gsu.byГомельский государственный университет имени Франциска СкориныFrancisk Skorina Gomel State University2025290420252327783Copyright © Шершнев Е.Б., 20252025Шершнев Е.Б.Shershnev E.В.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.bsuir.by/jour/article/view/4114

Представлены результаты исследования лазерной обработки кристаллов природных и искусственных алмазов в технологиях микроэлектроники методом термической лазерной сепарации. Проведен анализ физико-химических явлений, наблюдаемых в результате теплового воздействия лазерного излучения на анизотропные материалы в различных кристаллографических направлениях. На основании критерия Гриффитса проанализирована механика хрупкого разрушения как результат формирования критических микромеханических напряжений, вызванных тепловым воздействием лазерного излучения. Решена нестационарная задача теплопроводности, рассчитаны температурные распределения в объеме материала, на основании которых получена информация об изменении упругих свойств кристаллов, приводящем к его управляемому разрушению в заданных направлениях. Результаты моделирования подтверждены экспериментально в процессе термической лазерной сепарации алмазного сырья путем формирования на заданной глубине в объеме кристалла локализованных областей критических термоупругих микронапряжений, являющихся исходной точкой линии управляемого разделения кристалла. Выявлены оптимальные режимы управляемого разделения кристаллов природных и искусственных алмазов при использовании лазера с диодной накачкой с длиной волны излучения 1064 нм.

The paper presents the results of research on laser processing of natural and artificial diamond crystals in microelectronics technologies by thermal laser separation. An analysis of physical-chemical phenomena observed as a result of the thermal effect of laser radiation on anisotropic materials in various crystallographic directions is conducted. Based on the Griffiths criterion, the mechanics of brittle fracture as a result of the formation of critical micromechanical stresses caused by the thermal action of laser radiation are analyzed. The non-stationary problem of thermal conductivity was solved, temperature distributions in the volume of the material were calculated, on the basis of which information on the change of elastic properties of crystals leading to its controlled destruction in given directions was obtained. The simulation results were confirmed experimentally in the processes of thermal laser separation of rough diamonds by forming localized areas of critical thermoelastic microstresses at a given depth in the crystal volume, which are the starting point of the line of controlled crystal separation. Optimal modes of controlled separation of crystals of natural and artificial diamonds using a diode-pumped laser with a radiation wavelength of 1064 nm have been identified.

лазерная обработка материаловкристаллы алмазаалмазы в электронных прибораханизотропия упругих свойствlaser processing of materialsdiamond crystalsdiamonds in electronic devicesanisotropy of elastic propertiesReferencesСинтетические алмазы СТМ «Алмазот» – результаты исследований и некоторые применения / Н. М. Казючиц [и др.] // Материалы и структуры современной электроники: сб. науч. тр. VII Междунар. науч. конф., посвящ. 50-летию каф. физики полупроводников и наноэлектроники, г. Минск, 12–13 окт. 2016 г. Минск: Изд. центр Бел. гос. ун-та, 2016. С. 62–67.Kazyuchits N. M., Rusetsky M. S., Naumchik E. V., Kazyuchits V. N. (2016) Synthetic diamonds STM “Almazot” – Research Results and Some Applications. Materials and Structures of Modern Electronics: Collection of Scientific Papers of the VII International Scientific Conference Dedicated to the 50th Anniversary of the Department of Physics of Semiconductors and Nanoelectronics, Minsk, Oct. 12–13. Minsk, Publishing Center of the Belarusian State University. 62–67 (in Russian)Изнашивание монокристаллов алмаза / А. М. Бочаров [и др.]. Минск: Белар. навука, 1996.Bocharov A. M., Klimovich A. F., Starovoytov A. S., Snezhkov V. V. (1996) Wear of Diamond Single Crystals. Minsk, Belaruskaya Navuka Publ. (in Russian).Коваленко, В. С. Малоотходные процессы резки лучом лазера / В. С. Коваленко, В. В. Романенко, Л. М. Олещук. Киев: Техника, 1987.Kovalenko V. S., Romanenko V. V., Oleshchuk L. M. (1987) Low-Waste Laser Beam Cutting Processes. Kiev, Technics Publ. (in Russian).Митягин, А. Ю. Технология и оборудование для обработки алмазных материалов современной электроники / А. Ю. Митягин, А. А. Алтухов, А. Ю. Митягина // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. 2009. № 1. С. 53–58.Mityagin A. Yu., Altukhov A. A., Mityagina A. Yu. (2009) Technology and Equipment for Processing Diamond Materials of Modern Electronics. Technology and Design in Electronic Equipment. (1), 53–58 (in Russian).Advances in Thermal Laser Separation: Process Monitoring in a Kerf-Free Laser-Based Cutting Technology to Ensure High Yield / M. C. Baretto [et al.] // Procedia CIRP 74. 2018. P. 645–648.Barretoa M. C., Roedera G., Steinhoffa M., Schellenbergera M., Bauer A. (2018) Advances in Thermal Laser Separation: Process Monitoring in a Kerf-Free Laser-Based Cutting Technology to Ensure High Yield. Procedia CIRP 74. 645–648.Шкадов, А. И. Физические основы лазерной обработки алмазов / А. И. Шкадов. Смоленск, 1997.Shkadov A. I. (1997) Physical Principles of Laser Processing of Diamonds. Smolensk (in Russian).Назаров, С. А. Критерий Гриффитса для трещины отрыва с нелинейными эффектами в концевых зонах / С. А. Назаренко, О. Р. Полякова // Доклады Академии наук. 1994. Т. 335, № 2. С. 182–184.Nazarov S. A., Polyakova O. R. (1994) Griffiths Criterion for a Tensile Crack with Nonlinear Effects in the End Zones. Reports of the Academy of Sciences. 335 (2), 182–184 (in Russian).Решение уравнения теплопроводности цилиндрического стержня / Т. Ж. Мазаков [и др.] // Вестник Казахского университета технологии и бизнеса. 2020. № 1. С. 13–21.Mazakov T. Zh., Dzhomartova Sh. A., Ziyatbekova G. Z., Toykenov G. Ch., Arshidinova M. T., Mazakova A. T. (2020) Solution of the Heat Conduction Equation of a Cylindricalrod. Bulletin of the Kazakh University of Technology and Business. (1), 13–21 (in Russian).Оптимизация параметров лазерной обработки алмазов / В. А. Емельянов [и др.] // Проблемы физики, математики и техники. 2022. Т. 53, № 4. С. 30–36.Emelyanov V. A., Shershnev E. B., Nikitjuk Y. V., Sokolov S. I., Aushev I. Y. (2022) Optimization of Laser Processing of Diamonds. Problems of Physics, Mathematics and Technics. 53 (4), 30–36 (in Russian).Изучение влияния примесей на процессы формообразования синтетического алмаза в зоне термического влияния лазерного излучения / В. А. Емельянов [и др.] // Известия Гомельского государственного университета имени Франциска Скорины. Естественные науки. 2022. Т. 132, № 3. С. 117–120.Emelyanov V. A., Shershnev E. B., Kupo A. N., Sokolov S. I. (2022) Study of the Influence of Impurities on the Processes of Formation of Synthetic Diamond in the Zone of Thermal Influence of Laser Radiation. News of the Francisk Skorina Gomel State University. Natural Sciences. 132 (3), 117–120 (in Russian).Дьяконов, В. П. MATLAB. Полный самоучитель / В. П. Дьяконов. М.: ДМК Пресс, 2012.Dyakonov V. P. (2012) MATLAB. A Complete Tutorial. Moscow, DMK Press Publ. (in Russian).Ненахов, Е. В. Оценки температурных напряжений в моделях динамической термоупругости / Е. В. Ненахов, Э. М. Карташов // Вестник МГТУ имени Н. Э. Баумана. Естественные науки. 2022. № 1. С.88–106.Nenakhov E. V., Kartashov E. M. (2022) Estimates of Temperature Stresses in Models of Dynamic Thermoelasticity. Bauman Moscow State Technical University Bulletin. Natural Sciences. (1), 88–106 (in Russian).

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