УДК: 536.421

Поверхностные плазмон-поляритонные моды и наноструктурирование полупроводников фемтосекундными лазерными импульсами

Макин В.С., Пестов Ю.И., Макин Р.С., Воробьев А.Я.

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Макин В.С., Пестов Ю.И., Макин Р.С., Воробьев А.Я. Поверхностные плазмон-поляритонные моды и наноструктурирование полупроводников фемтосекундными лазерными импульсами // Оптический журнал. 2009. Т. 76. № 9. С. 38–44.

Makin V.S., Pestov Yu.I., Makin R.S., Vorobiev A.Ya. Plasmon-polariton surface modes and nanostructuring of semiconductors by femtosecond laser pulses [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2009. V. 76. № 9. P. 38–44.

Ссылка на англоязычную версию:

V.S. Makin, Yu. I. Pestov, R.S. Makin, and A.Ya. Vorobiev, "Plasmon-polariton surface modes and nanostructuring of semiconductors by femtosecond laser pulses," Journal of Optical Technology. 76 (9), 555-559 (2009). https://doi.org/10.1364/JOT.76.000555

Аннотация:

Проанализированы опубликованные экспериментальные данные по разрушению поверхностей полупроводников в результате действия серии импульсов поляризованного фемтосекундного лазерного излучения, сопровождающегося образованием регулярных и неупорядоченных микро- и наноструктур. Выявленные особенности упорядоченного разрушения прозрачных и непрозрачных полупроводников и диэлектриков объяснены в рамках универсальной поляритонной модели лазерно-индуцированного разрушения конденсированных сред, включающей возбуждение и интерференцию цилиндрических поверхностных плазмон-поляритонов.

Ключевые слова:

фемтосекундный лазерный импульс, плазмон-поляритон, интерференция

Благодарность:

Работа выполнена при частичной финансовой поддержке РФФИ, грант № 09-02-00932а.

Коды OCIS: 350.5340, 50.3390

Список источников:

1. Tomita T., Kinoshita K., Matsuo S., Hashimoto S. Effect of surface roughening on femtosecond laserinduced ripple structures // Appl. Phys. Lett. 2007. V. 90. P. 153115.
2. Le Harzic R., Schuck H., Anhut T., Riemann I., Konig K. Sub-100 nm nanostructuring of silicon by ultrashort laser pulses // Optics Express. 2005. V. 13. № 17. P. 6651–6656.
3. Borowiec A., Haugen H.K. Subwavelength ripple formation on the surface of compound semiconductors irradiated with femtosecond laser pulses // Appl. Phys. Lett. 2003. V. 42. № 25. P. 4462–4464.
4. Tan B., Venkatakrishnan K. A femtosecond laserinduced periodical surface structure on crystalline silicon // J. Micromech. Microeng. 2006. V. 16. P. 1080–1085.
5. Wang X.C., Lim G.C., Ng F.L. Subwavelength periodic ripples formation on GaN surface by femtosecond laser pulses // Surface Review and Lett. 2005. V. 12. № 4. P. 651–657.
6. Quyang H., Deng Y., Knox W.K., Fauchet P.M. Photochemical etching of silicon by two photon absorption // Phys. Status Sol. (b). 2007. V. 204. № 5. P. 1255–1259.
7. Hsu E.M., Crawford T.H.R., Manders C., Botton G.A., Haugen H.K. Cross-sectional study of periodic surface structures on gallium phosphide by ultrashort laser pulse irradiation // Appl. Phys. Lett. 2008. V. 92. P. 221112.
8. Shen M., Carey J.E., Crouch C.H., Kandyla M., Stone H.A., Mazur E. High-density regular arrays of nanometer-scale rods formed on silicon surfaces via femtosecond laser irradiation in water // Nanoletters. 2008. V. 8. № 7. P. 2087–2091.
9. Bonse J., Schturm H., Schmidt D., Kautek W. Chemical, morphological and accumulation phenomena in ultrashort-pulse laser ablation of TiN in air // Appl. Phys. A. 2000. V. 71. № 6. P. 657–665.
10. Okada T., Kawahara H., Ishida Y., Kumai R., Tomita T., Matsuo S., Hashimoto S., Kawamoto M., Makita Y., Yamaguchi M. Cross-sectional TEM analysis of laser-induced ripple structures on the 4H-SiC single-crystal surface // Appl. Phys. A. 2008. V. 92. P. 665–668.
11. Макин В.С., Воробьев А.Я. Универсальность универсальной поляритоннной модели лазерно-индуцированного разрушения конденсированных сред // Вестник Академии Инженерных наук. 2007. № 3. С. 456–468.

12. Ernstorfer E., Harb M., Hobeisen C.T., Sciaini G., Dartigalongue T., Miller R.J.D. The formation of warm dense matter: experimental evidence for electronic bond hardening in gold // Science. 2009. V. 323. P. 1033–1037.
13. Rozmus W., Tikhonchuk V.T. A model of ultra fast laser pulse absorption in solid targets // Phys. Plasmas. 1996. V. 3. P. 360.
14. Sundaram S.K., Mazur E. Inducing and probing nonthermal transitions in semiconductors using femtosecond laser pulses // Nature materials. 2002. V. 1. P. 217–224.
15. Макин В.С., Макин Р.С., Воробьев А.Я., Гуо Ч. Диссипативные наноструктуры и универсальность Фейгенбаума в неравновесной нелинейной системе металл – мощное поляризованное УКИ излучение // Письма в ЖТФ. 2008. Т. 34. В. 9. С. 55–64.
16. Марциновский Г.А., Шандыбина Г.Д., Смирнов Д.С., Заботнов С.В., Головань Л.А., Тимошен ко В.Ю., Кашкаров П.К. Ультракороткие возбуждения поверхностных поляритонов и волноводных мод в полупроводниках // Опт. и спектр. 2008. Т. 105. № 1. С. 75–81.
17. Novotny L. Effective wavelength scaling for optical antennas // Phys. Rev. Lett. 2007. V. 98. P. 266802.
18. Пестов Ю.И., Макин В.С. Изучение динамики лазерно-индуцированного формирования острийного выступа рельефа на поверхности кремния // Сборник трудов VIII международной конференции “Прикладная Оптика-2006”. СПб., 2006. Т. 2. С. 157–161.
19. Пестов Ю.И., Макин В.С. Лазерно-индуцированное формирование конусообразных выступов на поверхности сверхтугоплавких металлов // Оптический журнал. 2008. Т. 75. № 6. С. 34–42.
20. Weon B.M., Je J.H., Hwu Y., Margaritondo G. Decreased surface tension of water by hard-Xray irradiation // Phys. Rev. Lett. 2008. V. 100. P. 217403.
21. Weon B.M., Je J.H. Ionization-induced surface tension reduction of water droplets // Appl. Phys. Lett. 2008. V. 93. P. 244105.
22. Nayak B.K., Gupta M.C., Kolasinski K.W. Spontaneous formation of nanospiked microstructures in germanium by femtosecond laser radiation // Nanotechnology. 2007. V. 18. P. 195302 (1–4).
23. Reif J., Varlamova O., Costache F. Femtosecond laser induced nanostructure formation: selforganization control parameters // Appl. Phys. A. 2008. V. 92. P. 1019–1024.
24. Воробьев А.Я., Макин В.С., Гуо Чунле. Наноструктурирование поверхности металла и формирование резонансных микроструктур под действием фемтосекундных импульсов поляризованного излучения // Сборник трудов VIII международной конференции “Прикладная Оптика-2006”. СПб., 2006. Т. 2. С. 196–201.
25. Zhao Q.-Z., Malzer S., Wang L.-J. Self-organized tungsten nanospikes grown on subwavelength ripples induced by femtosecond laser pulses // Optics Express. 2007. V. 15. № 24. P. 15742–15746.
26. Vorobyev A.Y., Guo Chunlei, Makin V.S., Kokody N.G., Kuzmichev V.M. Extraordinary enhanced absorptivity of gold surface ablated with femtosecond laser pulses // Proc. SPIE. 2008. V. 7009. 700913-1-6.