ТЕПЛОВІ ЕФЕКТИ ПРИ ВЗАЄМОДІЇ ПОТУЖНОГО ЛАЗЕРНОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ З ПОВЕРХНЕЮ НАПІВПРОВІДНИКОВИХ МАТЕРІАЛІВ
Keywords:
лазерне випромінювання, температура, напівпровідник, лазер-індуковані структури, поверхня, наноструктури, абляціяAbstract
Досліджено процес розігріву поверхні твердого тіла кількома лазерними пучками, що створюють на його поверхні одно– та двомірну інтерференційні картини. Показано, що за допомогою інтенсивного лазерного випромінювання можна проводити мікро–нано структурування поверхні напівпровідників. Встановлено, що фемтосекундними лазерними імпульсами можна ефективно прогрівати зразки кристалічного кремнію товщиною до 20 мкм. Ключові слова: лазерне випромінювання, температура, напівпровідник, лазер-індуковані структури, поверхня, наноструктури, абляція.References
1. Schaaf, P. Laser Nitriding of Metals. // Prog. Mater. Sci. – 2002. – V. 47, N 1. – P. 1–161.
2. Surface nanostructuring of metals by laser irradiation: effects of pulse duration, wavelength and gas atmosphere / A.Pereira, A.Cross, P. Delaporte, S. Georgiou, A.Manousaki, W.Marine, M.Sentis // Appl.Phys.A. 2004. – V.79. – P. 1433–1437.
3. Уменьшение поглощения в структурах кварц/Si, кварц/SiO2 и SiC/Si/SiO2 под влиянием лазерной обработки / В.Н. Лисовченко, З.В. Конакова, Б.Г. Коноплев, В.В. Кушнир и др. // ФТП. – 2010. – Т.44, №3. – С. 326–329.
4. Формирование наночастиц на поверхности кремния под действием фемтосекундных лазерных импульсов / С.Е. Заботнов, А.А. Ежок, Л.А. Головань, М.А. Ластовкина, В.И. Панов и др. // ФТП.
– 2007. – Т.41, №8. – С. 1017–1020.
5. Образование наноразмерных структур на поверхности кристаллов p-CdTe при однократном воздействии исмпульсного излучения рубинового лазера/ А. Байдуллаева, А.И. Власенко, Л.Ф. Кузан, О.С. Литвин, П.Е. Мозоль // ФТП. – 2005. – Т.39, №9. – С. 1064–1067.
6. Поверхностные самоподобные монодоменные структуры, индуцированные лазерным излучением в ниобате лития / В.Я. Шур, Д.К. Кузнецов, А.И. Лобов, Д.В.Пелегов, В.В. Осипов // ФТТ. – 2008.
– Т.50, №4. – С. 689–695.
7. Электронная микроскопия структуры композиций пленок титаната бария–стронция на подложках Pt-Ti-SiO2-Si после лазерного отжига / О.М. Жигалина, Д.Н. Хмеленин, К.А. Воротилов, А.С. Сигов, И.Г. Лебо // ФТТ. – 2009. – Т.51, №7. – С.1398–1399.
8. Burgess D. Calculations of the surface temperature rise and deposition temperature in laser-induced thermal deposition / D. Burgess, P.C. Stair, E. Weitz // J. Vac. Sci. Technol. – 1986. – V. A4, No. 3. – P. 1352–1366.
9. Карлсроу Г., Эгер Д. Теплопроводность твердых тел. – М.: Наука, 1964. – 488 с.
10. Лыков А.В. Теория теплопроводности. – М.: Высшая школа, 1967. – 600 с.
11. Породько Л.В., Лерман Л.Б., Семчук О.Ю. Врахування кінцевої швидкості поширення тепла при лазерному розігріві поверхні твердого тіла // ХФТП. – 2011. – Т.2, №3. – С. 343-346.
12. Коротеев Н.И. Физика мощного лазерного излучения / Н.И. Коротеев, И.Л. Шумай. – М.: Наука, 1991. – 312 с.
13. Burgess D. Calculations of the surface temperature rise and deposition temperature in laser-induced thermal deposition / D. Burgess, P.C. Stair, E. Weitz // J. Vac. Sci. Technol.- 1986. – V. A4, No. 3. – P. 1352–1366.
14. A metal drilling with CO2 laser beam. 1. Theory / E. Armon, Y. Zving, G. Laufer, A. Soldan // J. Appl.
Phys. – 1989. – V. 65, No. 12. – P. 4995–5002.
15. Yibas B. S. Laser-induced thermal stresses on steal surface / B.S. Yibas, M. Sami, S.Z. Shuja // Opt. and Lasers in Engineering. – 1998. – V. 30. – P. 25–37.
16. El-Adawi M. K. Laser heating and melting of thin films with time-dependent absorptance. II. An exact solution for time intervals greater than the transit time / M. K. El-Adawi, S. A. Shalaby , E.F. Elshehawey // J. Appl. Phys. – 1989. – V. 65, No. 10. – P. 3781–3785.
17. Temperature distribution an a mayerial heated by laser radiation: modeling and application / J.C. Conde,
F. Lusquinos, P. Gonzales, B. Leon, A.M. Perez-Amor // Vacuum – 2002. – V. 64. – P. 259 – 366.
18. Oane M. Mathematical modelingof two-photon thermal fields in laser-solid interaction / M. Oane,
D. Apostol // Optics & Laser Technology. – 2004. – V. 36. – P. 219–222.
19. Hasan A. F. Heating effects induced by pulse laser in semi-infinite target in view of the theory of linear systems / A.F. Hasan, M.M. El-Nicklawy, M.K. El-Adawi // Optics & Laser Technology. – 1996. – V. 28, No. 5. – P. 337–343.
20. Mathematical modelling of laser induced heating and melting in solids / Z.H. Shen, S.Y. Zhang, L. Lu, and X.W. Ni // Optics & Laser Technology. – 2001. – V. 33. – P.533–537.
21. Rantala T. A numerical simulations method for the laser-induced temperature distribution / T. Rantala, and J. Levoska // J. Appl. Phys. – 1989. – V. 65, No. 12. – P.4475–4479.
22. Laser pulse heating of still surface and flexural wave analysis / B.S. Yibas, M. Faisal, S.Z. Shuija,
A.F.M. Arif / Opt. and Laser Eng. – 2002. – V. 37. – P. 62–83.
23. El-Adawi M. K. Laser heating of two-layer system with temperature dependent front surface absorbance
/ M.K. El-Adawi, and S.A. Shalaby // Vacuum. – 1996. – V. 46, No. 1. – P. 37–42.
24. El-Adawi M. K. Laser heating of two-layer systems with constant surface absorption: on exact solution /
M.K. El-Adawi, M.A. Abde, S.A. Shalaby // Int. J. Heat Mass Transf. – 1995. – V. 38, No. 5. – P. 947–952.
25. Ісаєв М. Особливості поширення тепла при лазерному опроміненні напівпровідникових структур: імпульсний режим / М. Ісаєв, А. Кузьмич, Р. Бурбело // Вісник КНУ імені Тараса Шевченка. Фізика. – 2008. – № 8–9. – С. 58–60.
26. Бурбело Р.М. Формування температурних полів в легованих структурах на основі Si при лазерному опроміненні. Імпульсний режим / Р.М. Бурбело, М.В. Ісаєв, А.Г. Кузьмич // УФЖ. – 2010. – Т.55, №5. – С. 318–322.
27. Removing Foxing stains from old paper at 157 nm. E. Sarantopoulou, Z. Samardzija, S. Kobe, Z. Kollia and A. C. Cefalas. Appl. Surf. Sci. – 2003. – V. 208–209. – P.311–320.
28. El-Adawi M. K. Laser melting of solids – an exact solution for time intervals greater than the transit time
/ M.K. El-Adavi, S.A. Shalaby // J.Appl.Pjys. – 1986. – V.60, No.7. – P. 2265 – 2270.
29. El-Adawi M. K. Laser heating and melting of thin films with time –dependent absorbance: an exact solution for time intervals loss than or equal to the transit time / M.K. El-Adavi, S.A. Shalaby // J.Appl.Phys. – 1988. – V.53, No.7. – P. 2212 – 2216.
30. Періодичні структури, індуковані на поверхні твердих тіл інтерференцією лазерних жмутів.
Теплові ефекти / А.П. Шпак, Л.Г. Гречко, Л.Ю. Куницька, Л.Б. Лерман, О.Ю. Семчук // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: збірник наукових праць. – Київ,2007. – Т.5, №3. – С. 683–718.
31. Thermal history due to laser heating of solid surface / O.Yu. Semchuk, L.B. Lerman, M. Willander and O.Nur // Surface – 2011. – V.3(18). – P. 7–12.
32. Laser ablation lithography on thermoelectric semiconductor/ O.Yu. Semchuk, V.N. Semioshko,
L.G. Grechko, М. Willander, М. Karlsteen // Appl. Surf. Sci. – 2006. – V. 252, No. 13. – P. 4759–762.
33. Wiggins T.A. Refraction index changes in germanium due to intense radiation /T.A.Wiggins, J.A. Bellay, A.N. Carrieri // Appl.Opt. – 1978. – V.17, N 4. – P. 526–530.
34. Marine W. Transient gratings on α-GaAs under laser annealing conditions / W. Marine, J.Marfaing, F. Salvon // J.Phys.lett. – 1983. – V.44, N7. – P. 271–278.
35. Hirayama H. Ablation characteristics of cubic-boron nitride ceramic with femtosecond and picosecomd laser pulses / H. Hirayama, M. Obara // J.Appl.Phys. – 2001. – V.90, N10. – P. 6447–6451.
36. Гаврилюк О.О., Семчук О.Ю. Дослідження теплофізичних властивостей кристалічного кремнію //
ХФТП. – 2012. – Т.3,№3. – С.352-355.
2. Surface nanostructuring of metals by laser irradiation: effects of pulse duration, wavelength and gas atmosphere / A.Pereira, A.Cross, P. Delaporte, S. Georgiou, A.Manousaki, W.Marine, M.Sentis // Appl.Phys.A. 2004. – V.79. – P. 1433–1437.
3. Уменьшение поглощения в структурах кварц/Si, кварц/SiO2 и SiC/Si/SiO2 под влиянием лазерной обработки / В.Н. Лисовченко, З.В. Конакова, Б.Г. Коноплев, В.В. Кушнир и др. // ФТП. – 2010. – Т.44, №3. – С. 326–329.
4. Формирование наночастиц на поверхности кремния под действием фемтосекундных лазерных импульсов / С.Е. Заботнов, А.А. Ежок, Л.А. Головань, М.А. Ластовкина, В.И. Панов и др. // ФТП.
– 2007. – Т.41, №8. – С. 1017–1020.
5. Образование наноразмерных структур на поверхности кристаллов p-CdTe при однократном воздействии исмпульсного излучения рубинового лазера/ А. Байдуллаева, А.И. Власенко, Л.Ф. Кузан, О.С. Литвин, П.Е. Мозоль // ФТП. – 2005. – Т.39, №9. – С. 1064–1067.
6. Поверхностные самоподобные монодоменные структуры, индуцированные лазерным излучением в ниобате лития / В.Я. Шур, Д.К. Кузнецов, А.И. Лобов, Д.В.Пелегов, В.В. Осипов // ФТТ. – 2008.
– Т.50, №4. – С. 689–695.
7. Электронная микроскопия структуры композиций пленок титаната бария–стронция на подложках Pt-Ti-SiO2-Si после лазерного отжига / О.М. Жигалина, Д.Н. Хмеленин, К.А. Воротилов, А.С. Сигов, И.Г. Лебо // ФТТ. – 2009. – Т.51, №7. – С.1398–1399.
8. Burgess D. Calculations of the surface temperature rise and deposition temperature in laser-induced thermal deposition / D. Burgess, P.C. Stair, E. Weitz // J. Vac. Sci. Technol. – 1986. – V. A4, No. 3. – P. 1352–1366.
9. Карлсроу Г., Эгер Д. Теплопроводность твердых тел. – М.: Наука, 1964. – 488 с.
10. Лыков А.В. Теория теплопроводности. – М.: Высшая школа, 1967. – 600 с.
11. Породько Л.В., Лерман Л.Б., Семчук О.Ю. Врахування кінцевої швидкості поширення тепла при лазерному розігріві поверхні твердого тіла // ХФТП. – 2011. – Т.2, №3. – С. 343-346.
12. Коротеев Н.И. Физика мощного лазерного излучения / Н.И. Коротеев, И.Л. Шумай. – М.: Наука, 1991. – 312 с.
13. Burgess D. Calculations of the surface temperature rise and deposition temperature in laser-induced thermal deposition / D. Burgess, P.C. Stair, E. Weitz // J. Vac. Sci. Technol.- 1986. – V. A4, No. 3. – P. 1352–1366.
14. A metal drilling with CO2 laser beam. 1. Theory / E. Armon, Y. Zving, G. Laufer, A. Soldan // J. Appl.
Phys. – 1989. – V. 65, No. 12. – P. 4995–5002.
15. Yibas B. S. Laser-induced thermal stresses on steal surface / B.S. Yibas, M. Sami, S.Z. Shuja // Opt. and Lasers in Engineering. – 1998. – V. 30. – P. 25–37.
16. El-Adawi M. K. Laser heating and melting of thin films with time-dependent absorptance. II. An exact solution for time intervals greater than the transit time / M. K. El-Adawi, S. A. Shalaby , E.F. Elshehawey // J. Appl. Phys. – 1989. – V. 65, No. 10. – P. 3781–3785.
17. Temperature distribution an a mayerial heated by laser radiation: modeling and application / J.C. Conde,
F. Lusquinos, P. Gonzales, B. Leon, A.M. Perez-Amor // Vacuum – 2002. – V. 64. – P. 259 – 366.
18. Oane M. Mathematical modelingof two-photon thermal fields in laser-solid interaction / M. Oane,
D. Apostol // Optics & Laser Technology. – 2004. – V. 36. – P. 219–222.
19. Hasan A. F. Heating effects induced by pulse laser in semi-infinite target in view of the theory of linear systems / A.F. Hasan, M.M. El-Nicklawy, M.K. El-Adawi // Optics & Laser Technology. – 1996. – V. 28, No. 5. – P. 337–343.
20. Mathematical modelling of laser induced heating and melting in solids / Z.H. Shen, S.Y. Zhang, L. Lu, and X.W. Ni // Optics & Laser Technology. – 2001. – V. 33. – P.533–537.
21. Rantala T. A numerical simulations method for the laser-induced temperature distribution / T. Rantala, and J. Levoska // J. Appl. Phys. – 1989. – V. 65, No. 12. – P.4475–4479.
22. Laser pulse heating of still surface and flexural wave analysis / B.S. Yibas, M. Faisal, S.Z. Shuija,
A.F.M. Arif / Opt. and Laser Eng. – 2002. – V. 37. – P. 62–83.
23. El-Adawi M. K. Laser heating of two-layer system with temperature dependent front surface absorbance
/ M.K. El-Adawi, and S.A. Shalaby // Vacuum. – 1996. – V. 46, No. 1. – P. 37–42.
24. El-Adawi M. K. Laser heating of two-layer systems with constant surface absorption: on exact solution /
M.K. El-Adawi, M.A. Abde, S.A. Shalaby // Int. J. Heat Mass Transf. – 1995. – V. 38, No. 5. – P. 947–952.
25. Ісаєв М. Особливості поширення тепла при лазерному опроміненні напівпровідникових структур: імпульсний режим / М. Ісаєв, А. Кузьмич, Р. Бурбело // Вісник КНУ імені Тараса Шевченка. Фізика. – 2008. – № 8–9. – С. 58–60.
26. Бурбело Р.М. Формування температурних полів в легованих структурах на основі Si при лазерному опроміненні. Імпульсний режим / Р.М. Бурбело, М.В. Ісаєв, А.Г. Кузьмич // УФЖ. – 2010. – Т.55, №5. – С. 318–322.
27. Removing Foxing stains from old paper at 157 nm. E. Sarantopoulou, Z. Samardzija, S. Kobe, Z. Kollia and A. C. Cefalas. Appl. Surf. Sci. – 2003. – V. 208–209. – P.311–320.
28. El-Adawi M. K. Laser melting of solids – an exact solution for time intervals greater than the transit time
/ M.K. El-Adavi, S.A. Shalaby // J.Appl.Pjys. – 1986. – V.60, No.7. – P. 2265 – 2270.
29. El-Adawi M. K. Laser heating and melting of thin films with time –dependent absorbance: an exact solution for time intervals loss than or equal to the transit time / M.K. El-Adavi, S.A. Shalaby // J.Appl.Phys. – 1988. – V.53, No.7. – P. 2212 – 2216.
30. Періодичні структури, індуковані на поверхні твердих тіл інтерференцією лазерних жмутів.
Теплові ефекти / А.П. Шпак, Л.Г. Гречко, Л.Ю. Куницька, Л.Б. Лерман, О.Ю. Семчук // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: збірник наукових праць. – Київ,2007. – Т.5, №3. – С. 683–718.
31. Thermal history due to laser heating of solid surface / O.Yu. Semchuk, L.B. Lerman, M. Willander and O.Nur // Surface – 2011. – V.3(18). – P. 7–12.
32. Laser ablation lithography on thermoelectric semiconductor/ O.Yu. Semchuk, V.N. Semioshko,
L.G. Grechko, М. Willander, М. Karlsteen // Appl. Surf. Sci. – 2006. – V. 252, No. 13. – P. 4759–762.
33. Wiggins T.A. Refraction index changes in germanium due to intense radiation /T.A.Wiggins, J.A. Bellay, A.N. Carrieri // Appl.Opt. – 1978. – V.17, N 4. – P. 526–530.
34. Marine W. Transient gratings on α-GaAs under laser annealing conditions / W. Marine, J.Marfaing, F. Salvon // J.Phys.lett. – 1983. – V.44, N7. – P. 271–278.
35. Hirayama H. Ablation characteristics of cubic-boron nitride ceramic with femtosecond and picosecomd laser pulses / H. Hirayama, M. Obara // J.Appl.Phys. – 2001. – V.90, N10. – P. 6447–6451.
36. Гаврилюк О.О., Семчук О.Ю. Дослідження теплофізичних властивостей кристалічного кремнію //
ХФТП. – 2012. – Т.3,№3. – С.352-355.
Downloads
-
PDF (Українська)
Downloads: 232
Abstract views: 296
How to Cite
[1]
O. Y. Semchuk and O. O. Havryliuk, “ТЕПЛОВІ ЕФЕКТИ ПРИ ВЗАЄМОДІЇ ПОТУЖНОГО ЛАЗЕРНОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ З ПОВЕРХНЕЮ НАПІВПРОВІДНИКОВИХ МАТЕРІАЛІВ”, Опт-ел. інф-енерг. техн., vol. 24, no. 2, pp. 127–137, Oct. 2013.
Issue
Section
Optical-Electronic Devices and Components in Laser and Energy Technologies
License
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
