Осаждение алмазоподобных пленок и образование трехмерных периодических структур при импульсном лазерном нагреве тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.21, кандидат физико-математических наук Симакин, Александр Владимирович

• Симакин, Александр Владимирович
• кандидат физико-математических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Симакин, Александр Владимирович

Глава 1. Введение

1.1. Литературный обзор и постановка задачи.

1.2. Краткое содержание работы.

1.3 .Аналитические методы.

1.4. Источники лазерного излучения.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Осаждение алмазоподобных пленок и образование трехмерных периодических структур при импульсном лазерном нагреве»

4.1. Тепловое излучение металлических ТПС.108

4.2. Техника эксперимента .109

4.2.1. Спектральная установка, измерения и калибровка системы .111

4.2.2. Спектральный анализ теплового излучения ТПС на нержавеющей стали.113

4.2.3. Поверхностный анализ образцов из нержавеющей стали.118

4.2.4. Оптические характеристики образцов тугоплавких металлов .122

4.2.5. Поведение материалов в испытательных условиях.124

4.3. Выводы по тепловой излучательной способности ТПС на металлах .128

4.4. Полевая (холодная) эмиссия электронов периодическими трехмерными структурами .130

4.5. Выводы к Главе 4.:. 139

Литература к Главе 4.140

5. Заключение .141

Заключение диссертации по теме «Лазерная физика», Симакин, Александр Владимирович

2.5.6. Выводы к Главе 2

Таким образом, экспериментально реализован новый и ранее не исследованный процесс осаждения алмазоподобных пленок (АПП) на поверхность прозрачных диэлектриков при лазерном облучении границы раздела прозрачных диэлектриков с жидкими ароматическими углеводородами. Показано, что осаждение начинается через лазерный пиролиз углеводорода на наночастицах углерода, образующегося в объеме жидкости. Формирующиеся вблизи границы раздела «жидкость-прозрачный диэлектрик» продукты пиролиза могут быстро закаляться на относительно холодной прозрачной подложке. Это приводит к осаждению на диэлектрик тонкой (около 100 нм) углеродной пленки, в которой доля алмазной sp3 фракции достигает 60%. Адгезия АПП к стеклу исключительно велика, а ее микротвердость, измеренная наноиндентором, превышает прочность сапфира (60 РЛа). Эллипсометрические измерения показывают, что с ростом числа лазерных импульсов лазера на парах меди, инициирующего осаждение, толщина АПП сначала возрастает, а затем стабилизируется на уровне порядка 100 нм. Одновременно с этим происходит абляция стеклянной подложки, скорость которой постоянна во времени. Такое самоограничение толщины связывается с поглощением лазерного излучения в самой АПП, которое приводит к неоднородному тепловому расширению АПП и стекла и механическому удалению тонкого слоя последнего. Такое предположение подтверждается отсутствием абляции подложки при инициировании осаждения АПП излучением неодимового лазера, длина волны генерации которого (1,06 мкм) попадает в область прозрачности осаждаемой АПП.

Рассмотрена возможность изменять состав АПП путем добавок в жидкий углеводород. Так, добавление в жидкий углеводород нанокристаллических алмазов увеличивает долю алмазной sp3 фракции в АПП до 80%. Добавление в жидкий углеводород соединений палладия приводит к легированию АПП этим металлом без изменения ее механических свойств. Легированная палладием пленка приобретает способность катализировать осаждение металлов, как из газовой фазы, так и из специальных растворов для автокаталитического осаждения (медь, никель). Отжиг металла, осажденного на AI111 из газовой фазы и послойное стравливание ионами аргона показывают, что АПП является барьером для диффузии металла в подложку.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Симакин, Александр Владимирович, 2004 год

1.1. D. BSuerle, Laser Processing and Chemistry, 3rd edition, (Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg 2000)

2. A.I. Nekhaev, E.I. Bagrii, A.V. Kuzmichev, V.P. Ageev, V.I. Konov, A.I. Mikaya, and V.G. Zaikin, Mendeleev Comm., 23, 18 (1991).

3. V.P. Ageev, V.I. Konov, and A.V. Kuzmichev, SPIE Vol. 1033 Third Int. Conference on Trends in Quantum Electronics»192 (1988).

4. A.V. Simakin, E.D. Obraztsova, and GA. Shafeev, Chemical Physics Letters, 332 (2000) 231.

5. В.П. Агеев, И.Н. Белоконь, В.И. Конов, A.B. Кузьмичев, Краткие сообщения по физике, вып. 12, 16-18 (1987).

6. Б.И. Галаган, П.Д. Дохнов, К.М. Дюмаев, И.В. Комлев, Г.А. Матюшин, М.И. Трибельский, Квантовая электроника, 9(1982) 291.

7. S.I. Doldaev, V.V.Voronov, and G.A. Shafeev, Heteroepitaxial growth of oxides on sapphire induced by laser radiation in the solid-liquid interface, Appl. Phys. A66 (1998) 87-92.

8. S.I. Dolgaev, N.A. Kirichenko, and GA. Shafeev, Deposition of nanostructured СГ2О3 on amorphous substrates under kaser irradiation of the solid-liquid interface, Appl. Surf. Sci. 138-139(1999)449-454

9. Н.В. Карлов, Б.С. Лукьянчук, Е.В. Сисакян, ГЛ. Шафеев, Травление полупроводников продуктами термодисоциации молекулярных газов, Квантовая электроника, 12 (1985) 803-809.

10. АЛ. Lyalin, E.N. Loubnin, A.V. Simakin, and G.A. Shafeev, Laser deposition of amorphous diamond-like films from liquid aromatic hydrocarbons, Appl.Phys., A68, 373-376 (1999).

11. A.A. Lyalin, E.N. Loubnin, A.V. Simakin, and G.A. Shafeev, Deposition of diamond-like films upon laser irradiation of the interface of a transparent substrate with liquid aijmatic hydrocarbons. Thin Solid Films, 357, (1999) 144-150.

12. G.A. Shafeev, A.V. Simakin, A.A. Lyalin, E.D. Obraztsova, and V.D. Frolov, Appl.Surf.ScL,138-139 (1999) 461-464.

13. A.A. Лялин, B.A. Бобырев, E.H. Лубнин, A.B. Симакин, ГЛ. Шафеев, Осаждение алмазоподобных пленок при лазерном облучении границы раздела жидких углеводородов с прозрачной подложкой, Квантовая электроника, 27 (1999) 73-77.

14. А.В. Симакин, Е.Н. Лубнин, Г.А. Шафеев, Самоограничение толщины алмазоподобной пленки осаждаемой при лазерном пиролизе ароматических углеводородов, Квантовая электроника, 30,263 (2000).

15. A.V.Simakin, E.D.Obraztsova, and вЛ. Shafeev, Laser-induced carbon deposition film supercritical benzene, Chem.Phys.Letts., 332 (2000) 231-235.

16. E.N. Loubnin, A.V. Simakin, and G.A. Shafeev, Laser deposition of amorphous diamondlike films from liquid aromatic hydrocarbons, Appl. Surf. Sci., 154-155 (2000) 405-410.

17. E.N. Loubnin, A.V. Simakin, and GA. Shafeev, Ablation of transparent solids during self-limited deposition of diamond-like films from liquid hydrocarbons, Appl. Phys. A69 Suppl. S267-S269 (1999).

18. E.N. Loubnin, A.V. Simakin, and GA. Shafeev, P. Doppelt, Laser-assisted deposition of Pd-doped diamond-like films from liquid hydrocarbons and their use for glass metallization, Appl. Surf. ScL, 186 (2002) 546-551.

19. D. Zhou, F. A. Stevie, E. Anoshkina, H. Francois-Saint-Cyr, K.Richardson, A. Hussain, and L. Chow, AMC 99, MRS Proceedings, 313 (2000).

20. W. L. Gladfelter, Chem. Mater.,5, 1372 (1993). P. Doppelt, Coordination.Chem Äev.,178-180,1785 (1998).

21. J. S. H. Cho, H.-K. Kang, S. S. Wong, and Y. Shacham-Diamand, MRS 5«//.XVIII(6), 31 (1993).

22. G.A. Shafeev, J.-M. Themlin, L. Bellard, W. Marine, and A. Cros, J. Vac.Sci.Technol., A 14(2), 319 (1996).

23. Глава 3. Образование самоорганизующихся трехмерных периодических структур при импульсном лазерном плавлении твердых тел

24. Обзор литературы. Постановка задачи

25. З.З.Экспернментальные результаты 3.3.1 РостТПС на кремнии

26. Рис. 3.2 Скол кремниевой пластины, показывающий глубину модифицированной области. Лазерное воздействие в воздухе. Слой окисла снят травлением в водном растворе НР. Масштабная метка соответствует 40 мкм.

27. При изменении угла падения излучения на образец изменяется наклон микроструктур: их рост происходит навстречу лазерному пучку, как это показано на рис. 3.3.

28. Рис.3.3 Микроколоны на поверхности кремния, образующиеся при наклонном падении лазерного пучка на образец.

29. Рис. 3.4 Дифракгограмма монокристаллического кремния ориентации (100) в режиме 0/20 сканирования с микроструктурами, возникающими при облучении в воздухе. Амплитуда пика (100) выходит за пределы шкалы измерения.