УДК: [535:621.373.8]:539

Формирование наноструктур кремния при абляции мишени квазинепрерывным лазерным импульсом

Аксенов В.П., Воронов В.В., Каск Н.Е., Лексина Е.Г., Михайлова Г.Н., Мичурин С.В., Федоров Г.М.

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Аксенов В.П., Воронов В.В., Каск Н.Е., Лексина Е.Г., Михайлова Г.Н., Мичурин С.В., Федоров Г.М. Формирование наноструктур кремния при абляции мишени квазинепрерывным лазерным импульсом // Оптический журнал. 2008. Т. 75. № 6. С. 43–49.

Aksenov V.P., Voronov V.V., Kask N.E., Leksina E.G., Mikhailova G.N., Michurin S.V., Fedorov G.M. Formation of silicon nanostructures when a target is ablated by a quasi-continuous laser pulse [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2008. V. 75. № 6. P. 43–49.

Ссылка на англоязычную версию:

V. P. Aksenov, V. V. Voronov, G. N. Mikhaĭlova, N. E. Kask, E. G. Leksina, S. V. Michurin, and G. M. Fedorov, "Formation of silicon nanostructures when a target is ablated by a quasi-continuous laser pulse," Journal of Optical Technology. 75 (6), 378-383 (2008). https://doi.org/10.1364/JOT.75.000378

Аннотация:

При абляции мишеней в атмосфере буферного инертного газа лазерным излучением малой интенсивности (не более 10⁵ Вт/см²) происходит самосборка наночастиц во фрактальные низкоразмерные структуры. Зависимости эффективности процесса самосборки от состава мишени кремний-кремнезем и давления буферного газа проявляют отчетливую корреляцию с перколяцией в плазме лазерного факела. Структура с фрактальной размерностью d_f> 2 наиболее эффективно образуется вблизи порога трехмерной перколяции р_с ≈ 0,3, где р_с - отношение плотности числа атомов кремния к числу всех атомов в лазерном факеле. Вблизи порога двухмерной перколяции (р_с ≈ 0,5) наблюдаются фрактальные структуры c d_f,<2, собранной на плоскости. Основным структурным элементом наблюдаемых объектов являются одномерные структуры - цепочки из десятков наночастиц с характерным размером порядка 80 нм. Представлены результаты исследования фрактальных наноструктур с помощью сканирующего электронного микроскопа, выполнен их рентгеноструктурный анализ и изучена фотолюминесценция.

Коды OCIS: 350.3390

Список источников:

1. Kroto H.W., Heath J.R., O’Brian S.C. et al. C60: Buckminsterfullerene // Nature. 1985. V. 318. P. 162–163.
2. Maser W.K., Munoz E., Benito A.M., Martinez M. T., de la Fuente G. F., Maniette Y., Anglaret E., Sauvajol J.-L. Production of high-density single-walled nanotube material by a simple laser-ablation method // Chem. Phys. Lett. 1998. V. 292. № 4–6. P. 587–593.
3. Sato T., Furuno S., Iguchi S., Hanabusa M. Deposition of Diamond-like Carbon Films by Pulsed-Laser Evaporation // Jpn. J. Appl. Phys. 1987. V. 26. P. L1487–L1488.
4. Каск Н.Е., Лексина Е.Г., Мичурин С.В., Федоров Г.М. Эффективность образования фрактальных структур при лазерном испарении//Квант, электрон. 2002. Т. 32. № 5. С. 437-442.
5. Weis J.J., Levesque D. Chain formation in low density dipolar hard spheres: A Monte Carlo study // Phys. Rev. Lett. 1993. V. 71. P. 2729–2732.
6. Pastor-Satorras R., Rubi J. M. Particle-cluster aggregation with dipolar interactions // Phys. Rev. E. 1995. V. 51. № 6. P. 5994–6003.
7. Tan Z.-J., Zou X.-W., Zhang W.-B, Jin Z.-Z. Structure transition in cluster-cluster aggregation under external fields // Phys. Rev. E. 2000. V. 62. № 1. P. 734–737.
8. Sancho M., Giner V., Martinez G. Monte Carlo simulation of dielectrophoretic particle chain formation // Phys. Rev. E. 1997. V. 55. № 1. P. 544–548.
9. Huang J.-Y., Lay P.-Y. Single chain formation and spontaneous polarization in dipolar chain systems // Chinese Journal of Physics. 2000. V. 38. P. 962–974.
10. Каск Н.Е., Мичурин С.В., Федоров Г.М. Фрактальные структуры в лазерном факеле // Квант, электрон. 2003. Т. 33. №1. С. 57-68.

11. Feder J. Fractals. New York: Plenum Press, 1988. Перевод: Федер Е. Фракталы. М.: Мир, 1991. 254 с.
12. Bayazitov R.M., Khaibullin I.B.,Batalov R.I., Nurutdinov R.M., Antonova L.Kh., Aksenov V.P., Mikhailova G.N. Structure and photoluminescent properties of SiC layers on Si synthesired by pulse ion-beam treatment // Nuclear Instr. and Meth. in Phys. Research B. 2003. V. 206. P. 984–988.

13. Фортов В.Е., Храпак А.Г., Якубов И.Т. Физика неидеальной плазмы. М.: Физматлит, 2004. 528 с.

14. Gгееп H., Lane W. Particulate clouds: dusts, smokes, mists. London (1964). Перевод: Ерин X. Лейн В. Аэрозоли -пыли, дымы и туманы. Л.: Химия, 1972. 428 с.

15. Таблицы физических величин. Справочник / Под ред. акад. Кикоина И.К. М.: Атомиздат, 1976. 1008 с.