Лазерно-стимулированные микроструктурные процессы в конденсированных средах (1097637), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Предложены рекомендации по выбору режима осаждения пленок, прикотором, можно избежать образования структур пор и тем самым получатьоднородные, с хорошей адгезией пленки.2. Результаты исследования деформационно-стимулированной люминесценциимогут быть использованы для создания бесконтактного, неразрушающегометода диагностики дефектов и начальной стадии разрушения твердых тел.3.
Результаты исследования зависимости скорости образования каналапроплавления от давления внешней атмосферы могут быть использованы втаких практических приложениях, как глубоководная лазерная резка и сварка.4.Результатыпомногоимпульсномуразрушениюповерхностиполупроводников могут быть использованы в технологии лазерной обработкиполупроводников для определения критических параметров используемоголазерного излучения.На защиту выносятся следующие положения:1. Обнаружение и определение основных характеристик нового явленияобразования упорядоченных структур пор в пленках в процессе их осажденияиз газовой фазы на неоднородно нагретую поверхность.
Образованиеупорядоченных структур пор зависит от условий осаждения (скоростиосаждения, градиента температуры) и наблюдается в местах, гдепленкадостигает критической толщины.2.Результатыэкспериментальногоопределенияпоследовательностимикроструктурных изменений в приповерхностном слое монокристаллическогокремния обусловленных твердофазной генерацией дефектов и структурдефектов при воздействии миллисекундных импульсов Nd3+:YAG лазера.Полученные экспериментальные результаты позволили установить, что доопределенного, порогового значения плотности энергии Eth лазерного импульсаимеет место генерация обратимых структур дефектов (структур дислокаций),которые релаксируют после окончания лазерного импульса, а выше Eth-7необратимых (сохраняющихся) структур дислокаций. Неоднородное плавлениеповерхности начинается в местах пересечения линий дислокаций и связано спонижением порога плавления поверхности по Eл в этих местах.3.
Физическая модель и подтверждающие ее экспериментальные результатыисследования твердофазного разрушения поверхности монокристаллическогокремния при импульсно-периодическом воздействии субмикросекундныхимпульсов Nd3+:YAG лазера в вакууме и в атмосфере окружающего газа.Твердофазное разрушение поверхности в вакууме определяется конкуренциейпроцессов роста дислокаций за время действия лазерного импульса и ихрелаксацией в период между импульсами.
В атмосфере окружающего газа наразрушениеповерхностиоказываетсущественноевлияниелазерно-стимулированная диффузия газа в приповерхностный слой материала.4. При импульсной пластической деформации хрупких мелкозернистыхметалловснизкойподвижностьюдислокацийлюминесценция. Возможной причинойможетвозбуждатьсялюминесценции являются реакциивзаимодействия зернограничных дислокаций с примесями, локализованными вмежзеренной области.5. Развитие неустойчивостей в расплаве на стенках канала проплавленияобразующегося при воздействии лазерного излучения, может приводить кобразованию как крупномасштабных некогерентных (с периодом d≈30-40 мкм),так и мелкомасштабных когерентных (с периодом d≈λ, где λ-длина волнылазера) упорядоченных структур.
Крупномасштабные структуры определяютколебательную форму выноса (абляции) расплава из канала проплавления.Наличие высокого внешнего давления оказывает существенное влияние наразвитие неустойчивостей в расплаве и на формирование упорядоченныхструктур.Апробация работы:Основные результаты диссертации обсуждались на семинарах ИПЛИТ РАН,ИОФАН, ФИАН, МГУ и ТРИНИТИ, а также докладывались на национальных имеждународных конференциях:8VII Всесоюзной конференции по взаимодействию оптического излучения свеществом, Ленинград, 1988, 1990, 1996гг.; Всесоюзном семинаре “Лазернаятехника и технология”, Вильнюс, 1988г.; XIII-Международной конференции покогерентной и нелинейной оптике”, 1988, 1991, 1998, 2001гг.; II-Всесоюзномсимпозиуме по ВТСП, Харьков, 1988г.; II-Всесоюзной конференции по ВТСП,Киев, 1989г., III-Всесоюзной конференции “Применение лазеров в народномхозяйстве”, Шатура, Моск.обл., 1989г.; Всесоюзной конференции “Физика иприменение твердотельных лазеров”, Москва, 1990г.; Int.Conf.
on AdvancedMaterials and Laser Technology ALT'92, IOFAN, Moscow, 1992г.; VIIМеждународной конференции “Оптика лазеров”, Санкт-Петербург, 1993;Всесоюзной конференции “Лазерные технологии-93”, Шатура, Моск.обл.,1993г., The International Symposium on High Power Lasers and Laser Applications,Vienna, Austria, 1994; Int.Conf. ILLA-98, Shatura, Moscow region, Russia, 1998,2001гг, Международной конференции по росту и физике кристаллов. Москва,Россия, 1998, 2000, 2002гг; Advanced High-Power Laser and Applications AHPLA’99, Osaka, Japan, 1999, Russian-German laser symposium, Vladimir-Suzdal, 2000,International Symposium Laser technologies and lasers, LTL’2001, PlovdivSmolyan, Bulgaria, 2001$ Conference on Lasers, Applications and Technologies,LAT-2002, Moscow, Russia, 2002.Личный вклад автораВ диссертацию вошли результаты исследований проведенных автором вИПЛИТ РАН.
Автором поставлены научные задачи, выбраны пути их решенияи предложены методы и схемы экспериментальных исследований. Всевошедшие в диссертацию оригинальные результаты получены либо самимавтором, либо при его определяющей роли.ПубликацииОсновные результаты диссертации опубликованы в 25 статьях в различныхжурналах. Кроме этого, результаты работы опубликованы в 16 статьях в трудахSPIE, 3 статьях в трудах школ и 3 препринтах, а также в тезисах докладов9более чем 45 различных конференций. Список публикаций приведен в концедиссертации в списке литературы.Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав,заключения и списка литературы. Материал диссертации изложен на 285страницах машинописного текста, содержит 78 рисунков, 1 таблицу,библиографию из 284 наименований.Краткое содержание работыВо введении обосновывается актуальность исследований, анализируетсясовременное состояние работ в этом направлении и определяются цели иконкретные задачи, которые предполагается решить в работе.Перваяглававзаимодействияпосвященаиисследованиюсамоорганизациимеханизмовструктурныхдефектовгенерации,втонкихметаллических пленках в процессе их осаждения на поверхность подложки снеоднородным распределением температуры.
Для получения неоднородногораспределения температуры на поверхности подложки использовалось лазерноеизлучение.Осаждениепленокпроводилосьметодомпиролитическогоразложения паров карбонилов на неоднородно нагретой таким способомподложке. Кратко изложены экспериментальная установка и методикаосаждения. Обнаружено, что при определенных режимах осаждения в пленкенаблюдается явление образования периодических структур пор. На рис.1показан характерный вид пленки с периодической структурой концентрическихсквозных пор.
Определены режимы осаждения и измерены критическиепараметры осаждаемой пленки (скорость осаждения, толщина пленки,распределение толщины пленки вдоль подложки, распределение температурывдоль подложки) при которых наблюдается образование периодическихструктур пор.10Рис.1.
а) периодическая структура пор в пленке, период структуры d≈30-40 мкм.,b) отдельная пора прописанная на профилометре “Talystep”, ширина поры δ<0.4 мкм.Показано, что при определенных условиях осаждения начинаетсяпериодическое отслоение пленки по местам скопления пор. Измереныосновныепараметрыобразующихсяструктурпор-периодструктуризависимость периода от температуры и градиента температуры. Измерениятолщины пленок проводились на интерферометре “Zygo”, а измеренияпараметровструктурнапрофилометре“Talystep”.Установлено,чтообразование структур пор зависит от скорости осаждения пленки и, чтосуществуют режимы осаждения, при которых можно избежать образованияструктур пор и, таким образом, получать качественные пленки с высокойадгезией с подложкой.
Обсуждаются основные механизмы, определяющиепространственное распределение дефектов (пор) в пленке. Дана интерпретациянаблюдаемого явления. Согласно модели, предложенной в работах [1,5,7],образование периодических кольцевых структур пор происходит в результатеразвитияпористо-деформационно-тепловойнеустойчивости(ПДН),физический механизм которой состоит в следующем. Известно, что в пленках,получаемых из газовой фазы, содержится высокая концентрация пор [1∗]. Припревышении определенной скорости осаждения (роста пленки) концентрацияпордостигаетнекоторойкритическойконцентрации,иоднородноераспределение становится неустойчивым. Возбуждение затравочной изгибной11деформации в пленке приводит к образованию периодически повторяющихсяобластей растяжения и сжатия.
Вследствие деформационно-индуцированногодрейфа в областях сжатия пленки скапливаются вакансии, а в областяхрастяжения поры. Это усиливает затравочные деформации и таким образоморганизуется положительная обратная связь, приводящая к неустойчивостисвязанных между собой деформационной и концентрационной гармоник.
Врезультате в областях растяжения достигается высокая неравновеснаяплотность пор и, как следствие, возможно образование макропор. С учетомсимметрии задачи (условий осаждения пленки) это приводит к образованиюконцентрических скоплений из пор. В местах скопления пор уменьшаетсяадгезия пленки с подложкой, в результате происходит периодическое отслоениепленки от подложки.Исследовалось влияние структурных дефектов на свойства ВТСП пленокполученных методом лазерного испарения мишени из керамики YBaCuO споследующимосаждениемпродуктовиспарениянасоответствующуюподложку. По спектрам эмиссии продуктов испарения показано, что прииспарении мишени и транспортировке продуктов испарения к подложкепроисходит частичная потеря кислорода, в результате чего нарушаетсястехиометрия напыляемых пленок по кислороду и образуется значительноеколичестводефектовструктуры:-кислородныхвакансий,что,согласносуществующим представлениям, понижает температуру сверхпроводящегоперехода.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
