Структурирование поверхности кремниевых пластин гигантскими импульсами низкочастотного YAG:ND лазера
- Авторы: Фроня А.А.1,2, Саакян А.Т.1
-
Учреждения:
- Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН
- Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ
- Выпуск: № 16 (2024)
- Страницы: 738-745
- Раздел: Физико-химические основы нанотехнологий
- URL: https://bakhtiniada.ru/2226-4442/article/view/319475
- DOI: https://doi.org/10.26456/pcascnn/2024.16.738
- EDN: https://elibrary.ru/FAEGKO
- ID: 319475
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Представлены результаты экспериментального исследования воздействия на кремниевые пластины излучения гигантских импульсов наносекундного низкочастотного лазера на кристалле иттрий-алюминиевого граната, легированного неодимом с длиной волны 1,064 мкм. Длительность импульсов лазерного излучения по полувысоте составляла 170 нс, частота повторения импульсов 2 Гц. Эксперименты проводились для случаев нахождения кремниевых пластин как в воздушной среде, так и в бидистиллированной воде. При облучении в воздушной среде на поверхности кремниевой пластины удалось сформировать наноструктурированную область с однородным распределением частиц. Время воздействия составляло 2 минуты, что соответствовало 240 импульсам лазерного излучения. При этом частицы были сформированы в основном из диоксида кремния, образующегося в результате термического окисления при абляции в воздушной среде. При увеличении времени воздействия вдвое такого эффекта не достигалось, а формировались области деструкции пластины. При облучении в бидистиллированной воде в течении двух и четырех минут на поверхности кремниевой пластины превалировали механические и термические деструкции, которые проявлялись в растрескивании по граням кристаллической структуры и в виде поверхностных застывших проплавленных областей.
Ключевые слова
Об авторах
Анастасия Андреевна Фроня
Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН; Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ
Email: fronyaaa@lebedev.ru
старший научный сотрудник ФГБУН «Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН»; доцент ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
Артём Тигранович Саакян
Физический институт им. П.Н. Лебедева РАНи.о. заведующего лабораторией (лаборатория воздействия лазерного излучения)
Список литературы
- Haug, H. Quantum theory of the optical and electronic properties of semiconductors / H. Haug, S.W. Koch. - 5th ed. - Singapore: World Scientific Publishing, 2009. - 484 p. doi: 10.1142/7184.
- Handbook of porous silicon; ed. by L Canham. - Cham: Springer, 2018. - 1000 p. doi: 10.1007/978-3-319-04508-5.
- Ishchenko, A.A. Nanosilicon: properties, synthesis, applications, methods of analysis and control / A.A. Ishchenko, G.V. Fetisov, L.A. Aslanov; 1st ed. - Boca Raton: CRC Press, 2014. - 735 p. doi: 10.1201/b17170.
- Agranovich, V.M. Hybrid resonant organic-inorganic nanostructures for optoelectronic applications / V.M. Agranovich, Y.N. Gartstein, M. Litinskaya // Chemical Reviews. - 2011. -V. 111. - I. 9. - P. 5179-5214. doi: 10.1021/cr100156x.
- Minnullin, A.N. Photoluminescence kinetics of a metastable SiGe/Si layer with ring microstructures on the surface / A.N. Minnullin, S.V. Shevtsov // Bulletin of the Lebedev Physics Institute. - 2015. - V. 42. - P. 302-304. doi: 10.3103/S1068335615100061.
- Nesterov, V.Y. Laser fragmentation of silicon microparticles in liquids for solution of biophotonics problems / V.Yu. Nesterov, O.I. Sokolovskaya, L.A. Golovan et al. // Quantum Electronics. - 2022. - V. 52. - № 2. - Art. № 160. - 11 p. doi: 10.1070/QEL17984.
- Zabotnov, S.V. Silicon nanoparticles as contrast agents in the methods of optical biomedical diagnostics / S.V. Zabotnov, F.V. Kashaev, D.V. Shuleiko et al. // Quantum Electronics. - 2017. - V. 47. - № 7. - Art. № 638. - 9 p. doi: 10.1070/QEL16380.
- Gongalsky, M.B. Laser-synthesized oxide-passivated bright Si quantum dots for bioimaging / M.B. Gongalsky, L.A. Osminkina, A. Pereira et al. // Scientific Reports. - 2016. - V. 6. - Art. № 24732. - 8 p. doi: 10.1038/srep24732.
- Low, S.P. Evaluation of mammalian cell adhesion on surface-modified porous silicon / S.P. Low, K.A. Williams, L.T. Canham, N.H. Voelcker // Biomaterials. - 2006. - V. 27. - I. 26. - P. 4538-4546. doi: 10.1016/j.biomaterials.2006.04.015.
- Fronya, A.A. Tailoring Photoluminescence from Si-based nanocrystals prepared by pulsed laser ablation in He-N2 gas mixtures / A.A. Fronya, S.V. Antonenko, A.Y. Kharin et al. // Molecules. - 2020. - V. 25. - I. 3. - Art. № 440. - 11 p. doi: 10.3390/molecules25030440.
- Ganichkina, K.A. Electrical properties of porous silicon as a biosensor material / K.A. Ganichkina, N.V. Latukhina // Journal of Biomedical Photonics & Engineering. - 2020. - V. 6. - I. 1. - P. 010306-1-010306-7. doi: 10.18287/JBPE20.06.010306.
- Kotkovskiy, G.E. The photophysics of porous silicon: technological and biomedical implications / G.E. Kotkovskiy, Y.A. Kuzishchin, I.L. Martynov et al. // Physical Chemistry Chemical Physics. - 2012. - V. 14. - I. 40. - P. 13890-13902. doi: 10.1039/c2cp42019h.
- Marks, M.R. A review of laser ablation and dicing of Si wafers / M.R. Marks, K.Y. Cheong, Z. Hassan // Precision Engineering. - 2022. - V. 73. - P. 377-408. doi: 10.1016/j.precisioneng.2021.10.001.
- Jee, Y. Laser-induced damage on single-crystal metal surfaces / Y. Jee, M.F. Becker, R.M. Walser // Journal of the Optical Society of America B. - 1988. - V. 5. - I. 3. - P. 648-659. doi: 10.1364/JOSAB.5.000648.
- Nguyen, P.T. Nanosecond laser-induced reshaping of periodic silicon nanostructures / P.T. Nguyen, J. Jang, S.-M. Kim et al. // Current Applied Physics. - 2021. - V. 22. - P. 43-49. doi: 10.1016/j.cap.2020.12.003.
- Kuznetsov, L.G. Local laser oxidation of porous silicon photonic crystals / L.G. Kuznetsov, N.I. Pyshkov, S.E. Svyakhovsky // Technical Physics Letters. - 2023. - V. 49. - I. 8. - P. 61-63. doi: 10.61011/TPL.2023.08.56691.19610.
Дополнительные файлы
