name: Формирование лазерно-индуцированных периодических поверхностных структур на пленках металлов и полупроводников
keyword_list: пленки металлов и полупроводников фемтосекундная лазерная микрообработка Лазерно-индуцированные периодические поверхностные структуры
abstract: Цель диссертационной работы состояла в исследовании особенностей формирования упорядоченных термохимических и абляционных лазерно-индуцированных поверхностных периодических структур (ЛИППС) с помощью фемтосекундного лазерного излучения на пленках металлов и полупроводников, а также в поиске оптимальных режимов с точки зрения производительности записи и упорядоченности структур.
  Задачи работы:
  1. Сформировать ЛИППС на пленках металлов (Cr, Hf, Ti) и полупроводника (Si) различной толщины при различных параметрах излучения, записи и внешних условиях.
  2. Провести всестороннее исследование морфологии полученных ЛИППС, их химического состава, внутренней структуры. Выполнить численные расчеты для объяснения ряда наблюдаемых зависимостей.
  3. Продемонстрировать возможности применения метода лазерного структурирования поверхности в практических приложениях.
  Были сформированы и исследованы термохимические лазерно-индуцированные поверхностные периодические структуры (ТЛИППС) на пленках металлов (Cr, Hf, Ti). Обнаруженная зависимость периода ТЛИППС от толщины пленки в случае Cr может быть объяснена выявленным изменением относительного содержания оксидов CrO2/Cr2O3 в сформированных выступах структур, что подтверждается результатами численного моделирования. В связи с эффектом диссипации тепла в пленке Cr снижение частоты следования импульсов приводит к ухудшению упорядоченности ТЛИППС. Использование астигматического гауссова пучка позволяет увеличить производительность записи структур на 2 порядка по сравнению с гауссовым пучком круглого сечения. Благодаря более низкой теплоемкости и теплопроводности Hf на данном металле возможно формирование ТЛИППС с на порядок большей скоростью (2 мм/с), по сравнению с Cr. Обнаруженная линейная зависимость периода ТЛИППС, сформированных на пленке Ti, от длины волны лазерного излучения имеет электромагнитную природу, что подтверждается результатами численного моделирования. Запись в различных газовых средах (воздух, вакуум, азот) приводит к изменению морфологии образующихся структур, а также к образованию ТЛИППС с комплексным составом TiO2/TiN в случае азотной среды.
  Были сформированы и исследованы ЛИППС на поверхности полупроводника (Si). На пленке аморфного Si получены ТЛИППС, состоящие из оксидных микроконусов с гексагональной периодичностью и подповерхностных периодических включений поликристаллической фазы. Запись таких ТЛИППС существенным образом изменяет оптические свойства исходной пленки а-Si, а также позволяет использовать структурированную поверхность для повышения чувствительности в методе флуоресцентного анализа. Облучение фс лазерными импульсами пленки а-Si при высокой скорости сканирования (1 мм/с) приводит к равномерной кристаллизации с минимальным изменением шероховатости поверхности, что может быть перспективным для получения поликристаллического кремния на полимерных подложках. Наблюдается формирование разнообразных типов ЛИППС на тонкой пленке Hf, напыленной на с-Si, в зависимости от параметров лазерного облучения (энергия импульса, скорость сканирования): наблюдаются как термохимические, так и абляционные ЛИППС с различным периодом. Использование азотной атмосферы позволяет снизить эффективность окисления и получить бездефектные субволновые абляционные ЛИППС с высоким аспектным соотношением, равным 8.
chairman_dissertation_council.name: Анатолий
chairman_dissertation_council.surname: Шалагин
chairman_dissertation_council.patronymic: Михайлович
chairman_dissertation_council.position: Научный руководитель Института
chairman_dissertation_council.degree: Доктор физико-математических наук
chairman_dissertation_council.rank: Академик
chairman_dissertation_council.wos_research_id: -
chairman_dissertation_council.scopus_author_id: 7004011075
chairman_dissertation_council.rinc_id: 18224
chairman_dissertation_council.url: https://www.iae.nsk.su/ru/dissertation-council
chairman_dissertation_council.orcid: -
chairman_dissertation_council.territory: РОССИЯ
organization_supervisor.name: Сергей
organization_supervisor.surname: Бабин
organization_supervisor.patronymic: Алексеевич
organization_supervisor.position: Директор
organization_supervisor.territory: РОССИЯ
rubrics.code: 29.31.27
rubrics.name: Взаимодействие оптического излучения с веществом
oecds.code: 01.03.SY
oecds.name: OPTICS
speciality_codes.name: Оптика
speciality_codes.code: 1.3.6.
supervisors.fio: Достовалов А. В.
supervisors.scientific_degree: Доктор физико-математических наук
supervisors.speciality_code: Оптика
supervisors.responsible_type: Научный руководитель
opponents.fio: Жуков В. П.
opponents.scientific_degree: Доктор физико-математических наук
opponents.speciality_code: Механика жидкости, газа и плазмы
opponents.responsible_type: Оппонент
opponents.fio: Синёв Д. А.
opponents.scientific_degree: Кандидат технических наук
opponents.speciality_code: Квантовая электроника
opponents.responsible_type: Оппонент
protection_organization.short_name: ИАИЭ СО РАН
protection_organization.name: ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ ИНСТИТУТ АВТОМАТИКИ И ЭЛЕКТРОМЕТРИИ СИБИРСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК
protection_organization.ogrn: 1025403647807
protection_organization.supervisor_name: СЕРГЕЙ
protection_organization.supervisor_surname: БАБИН
protection_organization.supervisor_patronymic: АЛЕКСЕЕВИЧ
protection_organization.organization_type: Организация
protection_organization.okogu: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
protection_organization.okopf: Федеральные государственные бюджетные учреждения
author_organization.short_name: ИАИЭ СО РАН
author_organization.name: ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ ИНСТИТУТ АВТОМАТИКИ И ЭЛЕКТРОМЕТРИИ СИБИРСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК
author_organization.ogrn: 1025403647807
author_organization.supervisor_name: СЕРГЕЙ
author_organization.supervisor_surname: БАБИН
author_organization.supervisor_patronymic: АЛЕКСЕЕВИЧ
author_organization.organization_type: Организация
author_organization.okogu: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
author_organization.okopf: Федеральные государственные бюджетные учреждения