激光诱导扩散是用聚焦的激光束局域加热半导体基片,将杂质以扩散的方式掺入到特定区域并且达到一定要求的一种技术,具有“低温处理”、“直接写入”、“局域升温”等独特优点,可有效解决单片光电集成器件(OEICs)中光、电两部分的工艺兼容这一难题。激光诱导扩散过程中,基片的热物理特性、扩散源的扩散机理、激光束的功率大小和扩散时间以及光束的聚焦状况等等,都会对扩散结果产生重要的影响,而扩散层的杂质分布情况将直接决定器件的性能指标。因此有必要在理论上建立一个符合实际的数理模型,对真实情况进行模拟分析,以便更有效、更快捷地优化激光诱导扩散的最佳工艺参数。与常规闭管扩散的均匀恒定温度场不同,激光诱导扩散是在四维(x,y,z,t)非均匀温度场中进行。众所周知,扩散系数是温度的敏感函数,而现有的实验装置无法测得扩散过程中基片内的温度分布,因此,为计算杂质浓度分布,首先需要研究激光照射下半导体基片内的四维温度场结构。本文针对激光诱导扩散过程中的非均匀温度场扩散理论展开研究,主要的研究结果和创新之处如下:1.对激光加热微小曝光区的温升机制进行了理论分析,考虑了待加工基片的两层结构特点,以及热传导系数随温度而变化的非线性热传导方式,建立合理的温度场定解问题;通过对非线性热传导偏微分方程进行基尔霍夫变换和时间变量变换,用解析的方法得到基片中四维温度分布T(x,y,z,t)的近似表达式。此方法同样适用于其它激光加工过程中的四维温度场计算。2.上述解析方法求解非线性问题的过程中,需采用较多的近似及假设,导致最终的计算结果与真实情况偏差较大。于是,文中还用有限容积法将温度场定解问题离散化,选择合适的空间网格和时间网格,通过matlab编程实现对四维温度场的数值模拟。由计算结果定性分析了各加工参数对温度分布的影响。此程序同样适用于其它激光加工过程中的四维温度场数值模拟。3.对杂质源在半导体衬底中的扩散机制进行了理论分析,确定扩散系数随温度、浓度的变化关系,建立合理的杂质浓度分布定解问题,在上述数值计算得到