Surface structuring of silicon wafers with low-frequency giant pulses YAG:ND laser

封面

如何引用文章

全文:

详细

Experimental results on the silicon wafers irradiation by a low-frequency giant nanosecond pulses neodymium-doped yttrium-aluminum garnet laser with a wavelength of 1,064 μm are presented. The pulse duration at the half-height was 170 ns, and the pulse repetition frequency was 2 Hz. The experiments were carried out for the cases of silicon wafers placements in air and in bidistilled water. For the case of irradiation in air, a nanostructured region with a uniform distribution of particles was succeeded to form on the surface of the silicon wafer. The exposure time was 2 minutes, which corresponded to 240 laser pulses. In this case, the particles were formed mainly from silicon dioxide as a result of the thermal oxidation during ablation in air. When the exposure time was doubled, this effect was not achieved, and destruction areas of wafer were formed. For the case of irradiation in bidistilled water within two and four minutes, the mechanical and thermal destructions prevail on the surface of the silicon wafer, which manifest themselves in cracking along the edges of the crystal structure and in the form of the surface solidified melted regions.

作者简介

Anastasiya Fronya

P.N. Lebedev Physical Institute of the Russian Academy of Sciences; National Research Nuclear University MEPhI

Email: fronyaaa@lebedev.ru
Senior Researcher, P.N. Lebedev Physical Institute of the Russian Academy of Sciences; Associate Professor, National Research Nuclear University MEPhI

Artyom Sahakyan

P.N. Lebedev Physical Institute of the Russian Academy of Sciences

Acting Head of Laboratory, (Laboratory of the Laser Radiation Effect)

参考

  1. 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.
  2. Handbook of porous silicon; ed. by L Canham. - Cham: Springer, 2018. - 1000 p. doi: 10.1007/978-3-319-04508-5.
  3. 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.
  4. 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.
  5. 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.
  6. 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.
  7. 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.
  8. 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.
  9. 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.
  10. 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.
  11. 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.
  12. 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.
  13. 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.
  14. 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.
  15. 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.
  16. 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.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».