Дефектно-деформационное микро и наноструктурирование поверхностей твердых тел при воздействии лазерного излучения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.21, кандидат физико-математических наук Еремин, Константин Иванович

• Еремин, Константин Иванович
• кандидат физико-математических наук
• 2003

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Еремин, Константин Иванович

Оглавление.

Список часто используемых сокращений и обозначений.

Введение.

Глава 1.Самоорганизация периодических температурно-деформационных полей на поверхности твердых тел, облучаемых лазером.

1.1. Введение.

1.2 Деформационно-индуцированный дрейф фононов.

1.3. Модель нагретой упруго-анизотропной пленки на подложке.

1.4. Система кинетических термо-деформационных уравнений в модовом представлении.

1.5. Характеристики поверхностных ТД-решеток.

1.6. Сравнение с экспериментом и заключение.

Глава 2.Механизм лазерно-индуцированного образования некогерентных поверхностных периодических структур в растянутых полимерных пленках.

2.1. Введение.

2.2. Поглощение и релаксация лазерной энергии в полимерах.

2.2. Базовые ДД-уравнения в модели "анизотропная пленка на подложке".

2.3. Образование периодических структур в режиме Термо-Деформационной неустойчивости (хе«хр, наносекундные импульсы).

2.4. Образование периодических структур в режиме Электронно-Деформационной неустойчивости (гр«ге, субпикосекундные импульсы).

2.5. Сравнение теории с результатами экспериментов по лазерной абляции полимерных пленок.

Глава З.Дефектно-деформационный механизм спонтанного образования квазиупорядоченного ансамбля пор при травлении полупроводников и металлов.

3.1. Введение.

3.2. Образование вакансий на поверхности и междоузельно-обогащенного приповерхностного слоя на этапе пространственно однородного травления.

3.3. Модель междоузельно-обогащенной упруго-изотропной "пленки на подложке".

3.4. Система кинетических дефектно-деформационных уравнений в модовом представлении.

3.5. Инкременты, периоды ДД решеток и симметрия суперпозиционной ДД структуры.

3.6. Образование и характеристики ансамбля пор на поверхности с затравочными ДД решетками.

3.7. Экспериментальная проверка ДД теории.

3.8. Квазиодномерное распределение макропор при анодном травлении одноосно напряженной пластины кремния.

3.9. Динамика развития гексагональной структуры пор и оценка инкремента ДД-неустойчивости.

3.10. Сравнение симметрии ансамбля пор с симметрией ансамбля кристаллических зерен, образующихся при лазерной перекристаллизации аморфных полупроводниковых пленок на стекле.

Глава 4.Квазигексагональная кооперативная нуклеация ансамбля наночастнц при лазерно-контролируемом низкотемпературном осаждении атомов галлия.

4.1. Введение.

4.2. Дефектно-деформационная теория образования нанометровой периодической структуры адатомов с участием поверхностной статической квазирэлеевской волны.

4.3. Кооперативный ДД механизм образования квазигексагонального ансамбля наночастиц при лазерно-контролируемом низкотемпературном осаждении атомов Ga.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Дефектно-деформационное микро и наноструктурирование поверхностей твердых тел при воздействии лазерного излучения»

На протяжении последнего десятилетия интенсивно развивается область физики, связанная с получением структурно модифицированных материалов с новыми заданными свойствами. Эти материалы находят широкое применение в лазерных технологиях и микроэлектронике. Поэтому разработка методов получения новых структурно модифицированных материалов и исследование их свойств представляет большой научный и практический интерес.

Одним из перспективных и широко используемых способов получения структурно модифицированных материалов является лазерное облучение поверхности твердых тел. Изучение процессов лазерного воздействия на поверхность привело к обнаружению и интенсивному исследованию многочисленных эффектов, приводящих к структурной модификации поверхности. Среди них: неоднородное плавление полупроводников [1-4], рекристаллизация аморфных полупроводников [5-7], лазерно-контролируемое осаждение пленок [8], образование когерентных [9-14] и некогерентных [15-22] поверхностных периодических структур, лазерное дефектообразование [23-31], модификация оптических свойств поверхности - пороговое по числу импульсов возгорание новых линий люминесценции [32], оптическое повреждение поверхности полупроводников [33-35] и т.д. Помимо использования лазерного излучения существуют и другие эффективные способы воздействия, приводящие к структурной модификации поверхности, среди них воздействие нейтронными пучками [36], ионная имплантация [37-39], а также электро-химическое травление [40,41].

Модификация поверхности при таких воздействиях может происходить на различных масштабах, изменяющихся в диапазоне от нанометрового до микронного. При этом, в зависимости от условий воздействия и используемых материалов возможно образование ансамблей поверхностных структурных нанометровых и микронных неоднородностей различной природы, а также образование (квази)периодических решеток рельефа поверхности с различной геометрией и периодами.

Процесс образования таких ансамблей поверхностных неоднородностей можно разбить на два этапа: этап нуклеации, когда происходит зарождение неоднородностей (либо центров нуклеации), и этап роста зародышей. Нуклеация и последующий рост неоднородностей может происходить случайным образом (индивидуальная нуклеация), в результате на поверхности образуется ансамбль неоднородностей со случайным расположением и размерами. В том случае, когда имеет место кооперативная нуклеация, возможно образование поверхностных упорядоченных ансамблей с определенной симметрией, периодичностью и размерами.

Для построения адекватной теории образования поверхностных ансамблей неоднородностей важно знать, какой тип нуклеации неоднородностей имеет место в данном процессе. Часто эту информацию оказывается невозможным получить непосредственно из SEM, AFM и ТЕМ снимков структурированной поверхности, поскольку ансамбли на них могут выглядеть хаотичными. Однако методами компьютерной обработки снимков структурированной поверхности оказывается возможным выявить наличие скрытого дальнего порядка в расположении неоднородностей и определить симметрию ансамбля.

В настоящей работе впервые методом двумерного Фурье-преобразования

SEM, AFM и ТЕМ снимков обработанных поверхностей обнаружено наличие скрытого квазигексагонального порядка в ансамблях поверхностных структурных неоднородностей, возникающих в результате проведения трех различных физических процессов микро и наноструктурирования поверхности: электрохимического травления поверхности Si [42], низкотемпературного лазерно-контролируемого осаждения пучка атомов Ga на стеклянный субстрат [43], а также импульсной лазерной перекристаллизации тонких аморфных пленок Si на стекле [44]. В случае электрохимического травления Si на поверхности спонтанно образовывался ансамбль макропор со средним размером поры мкм, в распределении которых имелся скрытый квазигексагональный порядок, при лазерно-контролируемом осаждении пучка атомов Ga образовывался ансамбль квазигексагонально упорядоченных наночастиц со средним размером ~70 нм, а в случае лазерной перекристаллизации аморфных пленок Si после облучения в квазигексагональном порядке располагались кристаллические зерна с характерным размером 50-500 нм. Кроме того, методом двумерного Фурье-преобразования нами было обнаружено сходное влияние внешней деформации на симметрию таких ансамблей.

Две технологии микро и наноструктурирования Si (травление и лазерная перекристаллизация) давно известны и находят широкое применение в лазерных технологиях [45-54] и микроэлектронике [55-58]. Образование наночастиц Ga при низкотемпературном лазерно-контролируемом осаждении атомов Ga на торец кварцевого (аморфный кварц) световода является недавно обнаруженным эффектом [59], который может стать основой для новой технологии получения нелинейно-оптических нано-материалов.

Ранее во всех известных нам публикациях по этим вопросам расположение неоднородностей в ансамблях во всех трех случаях считалось случайным, что соответствовало имеющимся представлениям об индивидуальном зарождении неоднородностей. Установленный факт наличия скрытого квазигексагонального порядка в ансамблях неоднородностей, образующихся в перечисленных выше трех различных процессах микро и наноструктурирования материалов, говорит о кооперативном характере нуклеации результирующих ансамблей неоднородностей и требует развития соответствующих кооперативных механизмов нуклеации, которые должны также учитывать влияние внешней деформации на симметрию этих ансамблей.

В настоящей работе в рамках единого кооперативного Дефектно-Деформационного (ДД) механизма [60,61] проводится теоретическое рассмотрение двух физических процессов микро и наноструктурирования поверхности: образования макропор при травлении полупроводников и образования ансамбля наночастиц Ga при лазерно-контролируемом осаждении. Хотя механизм лазерно-индуцированного наноструктурирования поверхности при лазерной перекристаллизации аморфных пленок Si [44] не включен в данную диссертацию, мы приводим для полноты картины полученные нами с помощью двумерного преобразования Фурье данные, свидетельствующие о наличии скрытого квазигексагонального порядка в расположении кристаллических зерен.

Также в рамках ДД механизма в работе проведено описание двух других эффектов, наблюдаемых при лазерно-индуцированном структурировании поверхности: лазерно индуцированного образования одномерных и двумерных решеток рельефа поверхности при УФ импульсной лазерной абляции растянутых полимерных пленок [62-64] и образования двумерных кристаллографически ориентированных решеток рельефа с периодами 30-100 мкм при облучении поверхности Si (100) импульсным лазерным излучением различной длительности в режиме до порога плавления [19,20, 65].

Оба этих типа решеток рельефа поверхности относятся к классу некогерентных поверхностных периодических структур (ППС), которые качественно отличаются от хорошо изученных когерентных или интерференционных структур (ИС) [9-14]. Период экспериментально наблюдаемых некогерентных ППС может лежать как в микронном, так и в нанометровом диапазонах. В отличии от ИС их период не корелирует с длиной волны падающего излучения, и не зависит от угла падения лазерного пучка на облучаемую поверхность. Геометрия некогерентных ППС в общем случае не зависит от поляризации падающего излучения, а определяется в кристаллах кристаллической упругой анизотропией поверхности, в изотропных средах -либо наведенной упругой анизотропией, либо распределением интенсивности падающего излучения, возможен также случай, когда геометрия определяется в результате спонтанного нарушения симметрии.

Используемый и развиваемый в данной работе ДД механизм, состоит в следующем. Благодаря внешнему воздействию (лазерное излучение, травление и др.) в приповерхностном слое обрабатываемых материалов возникают большие концентрации точечных дефектов njj,t) (вакансий, междоузлий, разорванных связей, адатомов и д.р.), где г={х,у}, х, у- координаты в плоскости поверхности. При электрохимическом травлении полупроводников междоузлия и вакансии генерируются в результате поверхностных химических реакций [41,66,67]. При молекулярно-лучевой эпитаксии адсорбированные атомы также можно рассматривать как поверхностные дефекты [43,68].

Флуктуационная гармоника поля упругой деформации g(r,t) = divu(r,t), где u(r,?) - вектор смещения среды, приводит к появлению деформационно-индуцированных потоков дефектов и(или) к модуляции скорости их образования за счет перенормировки энергии образования дефекта. Это является следствием ДД взаимодействия, плотность энергии которого, в случае точечных дефектов в изотропной среде или в кубическом кристалле задается формулой [69]: н = -оа5, (в.1) где Qd - деформационный потенциал дефекта. В зависимости от условий воздействия возможны два варианта возникновения неустойчивости в такой системе: дифузионно-деформационная неустойчивость (ДДН) и генерационно-деформационная неустойчивость (ГДН) [60,61].

В случае ДДН деформационно-индуцированные потоки дефектов, пропорциональные однородной концентрации дефектов nd0, увеличивают начальную простраственно-неоднородную флуктуацию поля концентрации дефектов, в то время как диффузионный поток дефектов размывает ее. Когда nd0 превышает критическую концентрацию дефектов ndc, деформационно-индуцированный поток дефектов становится больше диффузионного потока, что приводит к автолоколизации дефектов в самосогласованных деформационных ямах (ДД-неустойчивости). Развитие ДД-неустойчивости приводит к образованию упорядоченных ДД структур - связанных решеток дефектов и деформации (ДД решеток).

В случае ГДН начальные флуктуационные гармоники благодаря ДД взаимодействию, вызывают модуляцию вдоль поверхности скорости лазерно-индуцированной генерации дефектов, благодаря чему образуется пространственно-неоднородное распределение концентрации дефектов. В результате появляются силы, пропорциональные градиентам концентрации дефектов, которые деформируют среду. Когда скорость генерации дефектов превышает определенное критическое значение, исходная флуктуация деформации £ начинает нарастать, что и приводит к развитию ГДН.

В ранее сформулированных базовых нелинейных моделях ДД неустойчивости ("пленочная модель" [60,61,70], "объемная модель" [71,72]) использовалась система из двух связанных уравнений: уравнения диффузии дефектов и уравнения для самосогласованной деформации в пленках или в объеме. Период ДД структур в пленочной модели определяется толщиной дефектно-обогащенного приповерхностного слоя h, которая при лазерном возбуждении обычно лежит в микронном диапазоне. В объемной модели [71] учитывается нелокальность силы, действующей на дефект в поле деформации со стороны атомов твердого тела. Период или размер ДД структур в случае объемной модели, определяется длиной взаимодействия дефекта с атомами твердого тела /</, которая лежит в нанометровом диапазоне.

На основе пленочной модели ДД неустойчивости в работах [60,61,70] было проведено рассмотрение образования микронных поверхностных периодических ДД структур различной геометрии при действии лазерного излучения и при других воздействиях. В этих работах качественно объяснялось, что геометрия ДД структур может определяться анизотропией упругих свойств поверхности, но система связанных уравнений диффузии дефектов и самосогласованной деформации, решаемые в этих моделях, были изотропными.

Для описания экспериментальных данных по образованию одномерных и двумерных решеток рельефа поверхности в средах с естественной (кристаллической) [19,20,65], а также в средах с наведенной внешним воздействием анизотропией упругих свойств [62-64], в данной диссертации развита новая (обобщенная) модель "анизотропной пленки на подложке". Эта модель учитывает упругую анизотропию (естественную или наведенную) упругих модулей в изгибном уравнении для пленки. Модель строится для двух случаев. В случае квазисвободной в латеральном направлении пленки на подложке учитываются три условия на границе раздела пленки и подложки: условие непрерывности нормальных смещений и условия баланса касательного и нормального напряжений. В случае пленки, жестко соединенной с подложкой, аналогично [73] записываются четыре граничных условия: непрерывности нормального и тангенциального смещений, а также условий баланса касательного и нормального напряжений на границе раздела пленки и подложки.

Следует отметить, что в средах, подверженных внешним анизотропным деформациям, возможно возникновение анизотропии диффузии точечных дефектов вдоль поверхности [74]. Этот фактор, ранее не учитывавшийся в ДД механизме, впервые принят во внимание в настоящей работе. Показано, что он может существенно влиять на симметрию ансамблей макропор, образующихся при травлении Si [75], а также ансамблей наночастиц, образующихся при лазерно-контролируемом осаждении атомов Ga [43].

В пленочных моделях поверхностной ДД неустойчивости период ДД решеток пропорционален толщине дефектно обогащенного слоя h. Возможен случай, при котором дефекты могут оставаться на поверхности, не образуя дефектно-обогащенного слоя (7г=0). При низкотемпературном лазерно-контролируемом осаждении атомов Ga на торец световода [59] реализуется случай ДД неустойчивости с упорядочением адатомов на поверхности полубесконечной среды. В настоящей работе впервые рассматривается такая ДД модель образования структур адатомов [68] и на ее основе проводится интерпретация экспериментальных результатов [59]. В данной модели деформация полубесконечной среды описывается статической квазирэлеевской волной и учитывается нелокальность взаимодействия адатомов с атомами кристаллической решетки поверхности. Период структур адатомов в такой модели определяется скэйлинговым параметром который лежит в нанометровом диапазоне.

Цель диссертации. Целью данной диссертации является построение новых и дальнейшее развитие известных ДД моделей самоорганизации микро и нано ДД структур на поверхности твердых тел в сильно неравновесных условиях с целью предсказания новых эффектов и интерпретации существующих экспериментальных данных по образованию упорядоченных структур при лазерном облучении и электрохимическом травлении поверхности в том числе: по квазипериодическому поверхностному повреждению полупроводников лазерными импульсами, лазерно-индуцированной абляции растянутых полимерных пленок, макропористому травлению поверхностей полупроводников и лазерно-контролируемому осаждению атомов на стеклянный субстрат.

Научная новизна. В настоящей работе путем компьютерной обработки экспериментальных данных впервые обнаружено наличие скрытого квазигексагонального порядка в распределении структурных неоднородностей, получаемых в результате проведения трех различных процессов структурирования поверхности: 1) в распределении макропор, образующихся при электрохимическом травлении Si, 2) в распределении наночастиц Ga, образующихся при лазерно-контролируемом низкотемпературном осаждении атомов Ga на торец кварцевого световода и 3) в распределении кристаллических зерен Si, образующихся при лазерной перекристаллизации тонких аморфных пленок a-Si на стеклянных субстратах. В рамках универсального кооперативного ДД механизма построены теоретические модели, описывающие образование квазигексагонально упорядоченных ансамблей структурных неоднородностей при электрохимическом травлении и при лазерно-контролируемом осаждении атомов Ga на торец кварцевого световода.

При построении ДД теории самоорганизации в модели "анизотропной пленки на подложке" впервые учтены: естественная (кристаллическая) упругая анизотропия, наведенная внешней деформацией анизотропия упругих модулей, а также анизотропия диффузии дефектов. Показано, что эти три фактора определяют симметрию поверхностных структур, наблюдаемых в экспериментах.

Впервые на основе ДД механизма построена модель самоорганизации температурно-деформационных полей, возникающих благодаря деформационноиндуцированному дрейфу лазерно-индуцированных тепловых фононов. На основе этой модели проведено описание экспериментальных данных, полученных при изучении эффекта возникновения кристаллографически ориентированного квазипериодического крупномасштабного растрескивания поверхности Si (100) под действием импульсного лазерного излучения различной длительности.

На основе ДД механизма разработана теория пороговой нуклеации поверхностной нанометровой решетки адатомов с участием поверхностной статической квазирэлеевской волны, учитывающая нелокальность взаимодействия адатомов с атомами поверхности. С помощью этой теории проведена интерпретация экспериментальных данных по образованию квазимонодисперсного квазигексагонального ансамбля наночастиц Ga при низкотемпературном лазерно-контролируемом осаждении атомов Ga.

Научная и практическая ценность. Установление фактов образования аналогичного квазигексагонального порядка в распределениях поверхностных неоднородностей, получаемых при использовании трех различных технологий структурирования поверхности, указывает на единство физических процессов структурирования в этих технологиях, практически важных для лазерной физики и микроэлектроники. Это вызвало необходимость разработки новых (кооперативных) ДД механизмов нуклеации квазигексагональных ансамблей неоднородностей. В диссертации построены такие механизмы для двух физических процессов: травления ансамбля макропор в Si и лазерно-контролируемого осаждения атомов Ga с образованием ансамбля наночастиц.

Установление с помощью двумерного Фурье преобразования наличия влияния деформации на распределение поверхностных неоднородностей указали на принципиальную возможность управления геометрией ДД структур с помощью внешних упругих воздействий. ДД механизм был использован для интерпретации результатов направленных экспериментов по управлению симметрией ансамбля пор с помощью внешних напряжений разного знака образующегося при травлении пластины Si.

Достоверность и обоснованность полученных теоретических результатов подтверждается их согласием с экспериментальными данными, взятыми либо из работ, выполненных с участием автора, либо из других опубликованных работ.

В первой главе построена модель образования некогерентных ППС в сильно поглощающих твердых телах с естественной (кристаллической) анизотропией. Учтено, что при лазерном возбуждении энергия лазерного излучения помимо создания точечных дефектов (вакансий, междоузлий, электронно-дырочных пар) идет и на нагрев поверхности. При этом тепловое поле, созданное облучением, можно рассматривать как состоящее из "дефектов" идеальной решетки - тепловых фононов.

В этой главе рассматривается диффузионный механизм лазерно-индуцированной термо-деформационной (ТД) неустойчивости, которая возникает в системе тепловых фононов при их высокой плотности. В Приложении 1 показано, что благодаря кубическому энгармонизму упругого континуума тепловые фононы относятся к тем дефектам решетки, для которых возможна ДД-неустойчивость, и выведено уравнение для температуры, описывающее диффузионный и деформационный дрейф тепловых фононов, на основе которого рассматривается ТД неустойчивость.

Принципиальной новизной при решении данной проблемы стало рассмотрение ТД неустойчивости в рамках модели "анизотропной пленки на подложке" [76], в которой нагретый лазерным импульсом приповерхностный слой рассматривается как упруго-анизотропная "пленка", соединенная с низлежащей частью образца ("подложкой"). Рассмотрены два типа граничных условий: 1) когда на границе с подложкой пленка считается квазисвободной в латеральном направлении, и 2) когда пленка жестко соединена с подложкой (см. Приложение 2). Показано, что упругая анизотропия поверхности кристалла приводит к тому, что при образовании периодических ТД структур их геометрия определяется кристаллографической симметрией поверхности. Получено выражение для критической температуры (аналог критической концентрации точечных дефектов [60,61]), при превышении которой возникает ТД неустойчивость.

Модель [76] предсказывает возникновение связанных кристаллографически ориентированных решеток температуры и деформации, и растрескивание облучаемой поверхности по линиям максимальной температуры. В рамках построенной модели получено выражение для периода ТД структур в зависимости от длительности лазерного импульса и температуры среды. Проведено сравнение с экспериментальными результатами по образованию квазипериодической картины повреждения (растрескивания) поверхности Si при воздействии лазерных импульсов различной длительности [19,20,65] в диапазоне от 100 не до 100 мс. Получено согласие теоретических и экспериментальных результатов.

Во второй главе диссертации построена модель образования некогерентных ППС при УФ импульсной лазерной абляции растянутых полимерных пленок [77]. Рассмотрение этой главы стимулировалось экспериментальными работами, в которых наблюдалось образование некогерентных ППС с периодом d ~ 2 - 4 мкм при УФ импульсной лазерной (Л=248нм) абляции одномерно и двумерно растянутых тонких (толщиной 50 мкм) полимерных пленок [62-64,78-81]. Наведенные в этих экспериментах структуры имели вид либо одномерных, либо двумерных микронных решеток абляции (чередующихся областей сильной и слабой абляции, см. Рис.2.1) в зависимости от симметрии приложенного напряжения щ. При отсутствии напряжения образования структур не наблюдалось (Рис.2.1 г). В наносекундном и субпикосекундном режимах облучения образовывались схожие ППС с приблизительно одинаковыми периодами и идентичной ориентацией, определяемой геометрией о\\.

Теоретическое рассмотрение проводилось в рамках ДД механизма, согласно которому в процессе лазерного облучения полимерной пленки в приповерхностном слое происходит генерация дефектов (тепловых фононов и электронных возбуждений), далее в результате ДД неустойчивости дефектно-обогащенный слой переходит в пространственно-периодическое состояние, т.е. возникают спаренные решетки изгибной деформации и тепловых фононов или электронных возбуждений (ДД решетки). Решетка тепловых фононов (или электронных возбуждений) индуцирует появление в дефектно-обогащенном слое пространственно синхронизованной решетки разорванных связей, которая и обуславливает образование решетки абляции.

Самоорганизация с участием тепловых фононов, описанная в данной главе, принципиальным образом отличается от диффузионной ТД неустойчивости, рассматриваемой в Главе 1. Отличие состоит в том, что рассматриваемая в Главе 2 неустойчивость связана с деформационно-индуцированной модуляцией локальной скорости генерации тепловых фононов, а ТД неустойчивость Главы 1 связана с деформационно-индуцированным дрейфом тепловых фононов.

Рассмотрение ДД неустойчивости в Главе 2 проводилось в рамках обобщенной модели "анизотропной пленки на подложке" [77]. Было учтено, что внешнее напряжение вызывает анизотропию упругих модулей в приповерхностном дефектно обогащенном слое, который рассматривается как "упруго анизотропная пленка", соединенная с низлежащей частью образца ("подложкой"), так что на границе с подложкой пленка является квазисвободной в латеральном направлении.

В результате этого рассмотрения была получена экстремальная анизотропная зависимость инкремента нарастания /l(q) ДД решетки от ее волнового вектора q, в которую входит фактор наведенной внешним напряжением анизотропии упругих модулей [77]. По экстремальной зависимости инкремента нарастания A(q) от модуля волнового вектора было установлено, что период наблюдаемых структур пропорционален толщине дефектно обогащенного слоя h, которая равна длине оптического поглощения, что и объясняет тот факт, что в двух различных режимах абляции (наносекундном и субпикосекундном) получаются решетки абляции с приблизительно одинаковыми периодами.

На основе анализа анизотропной зависимости инкремента нарастания A(q) от направления волнового вектора было определено, что в процессе самоорганизации происходит угловая селекция ДД решеток по направлениям вдоль приложенных внешних напряжений. Суперпозиция этих ДД решеток определяет результирующую геометрию структур. Таким образом, построенная в Главе 1 теоретическая модель, объясняет экспериментальный факт управления геометрией структур абляции с помощью одноосных и двухосных внешних упругих воздействий.

Третья глава диссертации посвящена проблеме спонтанного образования ансамблей макропор в полупроводниках и металлах с использованием электрохимического травления. Проблема получения ансамблей нано и макро пор с заданными характеристиками (периодичностью и симметрией) стала в последнее время весьма актуальной для лазерной физики. Это объясняется, прежде всего, практически важными применениями пористого Si для генерации оптических гармоник [45-48], получения люминесценции в видимом диапазоне [49,50], а также использованием в такой новой лазерной технологии как фотонные кристаллы [51-54].

Между тем физический механизм спонтанного образования ансамблей макропор до сих пор не выяснен окончательно. Действительно, образование аналогичных систем макропор наблюдается как в полупроводниках, так и в металлах (например, в А1 [82]), в то время как имеющиеся дырочные модели их образования, справедливы только для полупроводников [83,84]. Кроме того, дырочный механизм образования ансамбля глубоких макропор в полупроводниках [84] предполагает изначальное существование ансамбля затравочных пор на его поверхности, из которых в процессе травления и образуются глубокие макропоры. Распределение макропор в существующих механизмах считается случайным. Однако недавно нами с помощью двумерного Фурье-преобразования SEM снимков поверхности после травления был обнаружен квазигексагональный порядок в распределении макропор на поверхности p-Si травимого в стандартных условиях [42].

В Главе 3 развит универсальный ДД механизм спонтанного образования затравочного квазигексагонального ансамбля макропор на поверхности полупроводников и металлов [42,75,85]. Он основан на недавно установленном экспериментальном факте, что образование макропор происходит в два этапа: этапа пространственно-однородного травления и этапа пространственно-неоднородного травления.

На первом этапе - этапе пространственно однородного травления на поверхности травимого кристалла происходит генерация точечных дефектов (междоузлий и вакансий), с их последующей самоорганизацией за счет ДД взаимодействия (В.1). При превышении определенного критического значения концентрации междоузлий, на поверхности развивается ДД неустойчивость с образованием междоузельной решетки и решетки рельефа поверхности. При этом поверхностные вакансии скапливаются в областях сжатия (во впадинах рельефа), образуя ансамбль затравочных псевдопор. На втором этапе - этапе пространственно-неоднородного травления глубокие поры травятся по областям затравочных псевдопор.

В рамках развитого механизма получена система связанных многомодовых кинетических уравнений для амплитуд фурье-гармоник поля концентрации междоузлий с учетом межмодовых взаимодействий. Эти кинетические уравнения описывают эффективные тройные и четверные взаимодействия решеток междоузлий. Показано, что, вследствие нелинейных тройных взаимодействий решеток междоузлий друг с другом, доминирующей структурой является гексагональная структура, образованная суперпозицией трех ДД решеток с волновыми векторами, образующими равносторонний треугольник на поверхности. Как показал нелинейный компьютерный анализ [86] аналогичной пленочной ДД модели [61], на изотропной поверхности в результате ДД неустойчивости действительно должна образовываться стационарная гексагональная периодическая ДД структура.

Теоретические результаты ДД механизма, полученные в Главе 3, проверялись в экспериментах по электрохимическому травлению ансамбля макропор в p-Si (100) [42,75,85]. Анализ и обработка экспериментальных результатов подтверждает основные предсказания и зависимости, даваемые ДД механизмом. Так, в рамках ДД механизма удалось адекватно описать экспериментальную зависимость поверхностной плотности числа пор от уровня легирования p-Si [42,85]. С помощью двумерного Фурье-преобразования последовательности SEM снимков поверхности образцов макропористого Si, полученных при различных длительностях травления, установлено наличия скрытого квазигексагонального порядка в расположении макропор на начальной стадии травления и на стадии травления глубоких пор [42,75,85]. На основе сравнительного анализа этой последовательности снимков и соответствующих Фурье-спектров изучена динамика образования ансамбля пор и оценен инкремент нарастания ДД неустойчивости, а также показана возможность управления расположением пор с помощью внешнего упругого воздействия.

В разделе 3.8 в рамках ДД механизма интерпретируется недавно экспериментально обнаруженный эффект постепенного перехода от квазигексагонального к квазиодномерному порядку в распределении протравленных макропор на поверхности (100) пластины Si, подвергнутой неоднородной одноосной деформации изгиба [75].

Для демонстрации универсальности эффекта образования квазигексагональных ансамблей неоднородностей при внешних воздействиях в разделе 3.10 представлены полученные впервые результаты, свидетельствующие о наличии скрытого дальнего квазигексагонального порядка в расположении кристаллических зерен при лазерной перекристаллизации тонких (10-100 нм) аморфных пленок a-Si на стекле [44]. Для описания эффектов квазигексагонального наноструктурирования при лазерной перекристаллизации нами в работе [44] был развит соответствующий кооперативный ДД механизм образования квазигексагональных ансамблей кристаллических зерен, но он не включен в настоящую диссертацию.

Четвертая глава диссертации посвящена развитию теории квазигексагональной кооперативной спонтанной нуклеации ансамбля наночастиц при низкотемпературном лазерно-контролируемом осаждении атомов галлия на стеклянный субстрат. Построение этой теории было стимулировано экспериментальными результатами, полученными недавно в лаборатории Н.И. Желудева (Университет г.Саутгемптон, Англия) в работе, проведенной совместно с Московским государственным университетом [59]. В ней был открыт эффект образования практически плотной упаковки наночастиц

Ga с узким распределением по размерам на освещенной части торца аморфного кварцевого световода (в его сердцевине) при низкотемпературной (100 К) молекулярно-лучевой эпитаксии атомов Ga. В области где свет отсутствовал, образовывались частицы с широким распределением по размерам (вплоть до микронных).

В настоящий момент построены две дополняющие друг друга теории, описывающие разные аспекты этого явления. В данной диссертации рассматривается начальная стадия процесса образования ансамбля -кооперативная ДД нуклеация ансамбля наночастиц адатомов в присутствии лазерного излучения [43,68]. Теория лазерно-контролируемого роста ансамбля наночастиц [87] предполагает ансамбль наночастиц уже существующим. В ней рассматривается процесс монохроматизации размеров наночастиц в процессе их роста в присутствии лазерного излучения за счет эффектов локального поля, зависящих от формы и размеров частиц.

Наличие квазигексагонального порядка в пространственном распределении наночастиц, обнаруженное в настоящей диссертации с помощью двумерного Фурье-преобразования AFM снимка [43], требует развития кооперативного механизма процесса нуклеации ансамбля наночастиц.

В Главе 4 развита ДД теория образования периодических структур адатомов с участием поверхностной квазирэлеевской акустической волны [68]. Она рассматривает адатомы как поверхностные дефекты, для которых возможно развитие ДД неустойчивости, обусловленной взаимодействием адатомов с самосогласованной акустической квазирэлеевской волной. Теория строится в моделе полубесконечной среды и учитывает нелокальность взаимодействия адатомов с атомами кристаллической решетки на поверхности. Характерная длина этой нелокальности ld, которая лежит в нанометровом диапазоне, является скэйлинговым параметром теории. Получено выражение для периода структур как функции поверхностной концентрации адатомов и температуры.

На основе ДД теории развит ДД механизм кооперативной пространственно-периодической нуклеации наночастиц, контролируемой лазерным излучением, описывающий начальную стадию образования ансамбля наночастиц [43].

ДД механизм основан на предположении, что после осаждения на поверхность торца световода адатомы Ga образуют димеры аналогично тому, как это имеет место в кристаллах галлия [88]. Для димеров, которые возбуждаются лазерным излучением, возможна фотостимулированная низкотемпературная диффузия. Благодаря этому ДД неустойчивость развивается только на освещенной области поверхности торца световода. Теория предсказывает наличие определенной критической температуры, при превышении которой наночастицы образовываться не могут. Эти выводы согласуются с экспериментальными данными [59].

В развитом ДД механизме предполагается, что, благодаря нелинейным тройным взаимодействиям ДД решеток друг с другом, доминирующей структурой является суперпозиция трех ДД решеток с волновыми векторами, образующими на поверхности правильный треугольник, т.е. гексагональная ДД наноструктура (аналогичная [86,89]). Абсолютные экстремумы деформации на поверхности в этой ДД структуре образуют гексагональную ячеистую ДД решетку, экстремумы которой могут служить центрами нуклеации кластеров Ga.

В результате образуется ячеистая структура наночастиц Ga.

Двумерное Фурье-преобразование AFM снимка поверхности торца световода после осаждения атомов Ga показывает наличие скрытого квазигексагонального порядка в расположении наночастиц и выявляет их квазигексагональную форму, в соответствии с предсказаниями ДД модели.

В рамках ДД механизма показана также возможность управления характеристиками осаждаемого ансамбля наночастиц с помощью анизотропной деформации, нарушающей симметрию диффузии адатомов вдоль поверхности в процессе ДД самоорганизации ансамбля наночастиц.

Таким образом, в результате теоретического исследования, проведенного в диссертации, были получены следующие новые результаты:

1. Развита модель самоорганизации поверхностных пространственно периодических температурно-деформационных полей при импульсном лазерном облучении поверхностей кристаллов, приводящая к квазипериодическому растрескиванию поверхности.

На основе модели описана кристаллографическая ориентация фрагментов растрескивания поверхности (100) Si, а также экспериментально наблюдаемая зависимость размера фрагмента от длительности возбуждающего лазерного импульса и температуры.

2. На основе модели "упруго анизотропной пленки на подложке" построен механизм лазерно-индуцированного образования некогерентных поверхностных периодических структур при абляции растянутых полимерных пленок наносекундными и субпикосекундными лазерными импульсами.

- Установлена ключевая роль внешних упругих напряжений, создающих анизотропию упругих модулей, благодаря которой происходит угловая селекция дефектно-деформационных решеток, определяющая геометрию образующихся структур.

- Показано что за формирование структур в режиме облучения наносекундными лазерными импульсами ответственны тепловые фононы, а за формирование струюур в режиме облучения субпикосекундными лазерными импульсами ответственны электронные возбуждения.

- Получены выражения для периода и времени образования структур как функций интенсивности лазерного излучения, температуры и величины внешнего напряжения.

- Показано, что предсказываемые теорией симметрия, периоды и времена образования структур находятся в соответствии экспериментальным данным по абляции растянутых полимерных пленок наносекундными и субпикосекундными лазерными импульсами.

3. С помощью двумерного Фурье-преобразования SEM, AFM и ТЕМ снимков обнаружен аналогичный скрытый квазигексагональный порядок в пространственном распределении поверхностных неоднородностей, возникающих в результате проведения трех различных процессов структурирования поверхности при внешних воздействиях: травления поверхности полупроводников, лазерно-контролируемого осаждения атомов на стеклянный субстрат и УФ импульсной лазерно-индуцированной перекристаллизации аморфных полупроводниковых пленок на стеклянных субстратах.

4. Развит универсальный для полупроводников и металлов дефектно-деформационный механизм образования ансамбля затравочных пор при травлении полупроводников и металлов, в рамках которого объясняется наличие квазигексагонального порядка в распределении пор и описывается экспериментальная зависимость поверхностной плотности числа пор от уровня легирования полупроводника.

5. С помощью двумерного Фурье-преобразования SEM снимков поверхности травимого полупроводника установлено влияние деформации на образующийся ансамбль макропор и показано, что такое влияние объясняется в рамках дефектно-деформационного механизма.

6. Разработана теория пороговой нуклеации нанометровых периодических структур адатомов с участием поверхностной статической квазирэлеевской волны.

- Показано, что скэйлинговым параметром, определяющим периодичность структуры адатомов, является длина взаимодействия адатома с атомами кристаллической решетки поверхности.

- Получены выражения для периода структур как функции поверхностной концентрации адатомов и температуры.

- Определена пороговая температура, при превышении которой образование структур невозможно.

7. На основе общей дефектно-деформационной теории нуклеации нанометровых периодических структур адатомов разработан кооперативный механизм лазерно-контролируемой нуклеации квазигексагонального ансамбля наночастиц при низкотемпературном осаждении атомов галлия на поверхность торца световода.

В рамках этого механизма описаны следующие экспериментальные факты: образование ансамбля наночастиц только в области, где присутствует лазерное излучение; квазимонодисперсносность этого ансамбля наночастиц; квазигексагональный порядок в расположении наночастиц; влияние деформации на характеристики осаждаемого ансамбля наночастиц; наличие пороговой температуры, при превышении которой образования ансамбля наночастиц не происходит.

Защищаемые положения;

1. В пространственном распределении поверхностных неоднородностей, возникающих в результате проведения трех различных процессов микро и наноструктурирования поверхности: травления поверхности полупроводников, лазерно-контролируемого осаждения атомов на диэлектрический стеклянный субстрат и лазерно-индуцированной перекристаллизации аморфных полупроводниковых пленок на стекле имеется скрытый квазигексагональный порядок, выявляемый двумерным Фурье-преобразованием SEM, AFM и ТЕМ снимков поверхности.

2. Кооперативный дефектно-деформационный механизм объясняет квазигексагональную симметрию ансамбля макропор спонтанно образующегося при электрохимическом травлении полупроводников и влияние на него внешней деформации.

3. Квазигексагональная симметрия и квазимонодисперсность ансамбля наночастиц Ga, получаемого при низкотемпературном лазерно-контролируемом осаждении атомов Ga на торец световода, наличие критической температуры образования ансамбля наночастиц, а также влияние на ансамбль внешней деформации описываются теорией пороговой нуклеации нанометровой периодической структуры адатомов с участием поверхностной статической квазирэлеевской волны.

4. Механизм дефектно-деформационной самоорганизации в модели "упруго анизотропной пленки на подложке" определяет симметрию и периодичность одномерных и двумерных решеток рельефа поверхности, получаемых в результате лазерно-индуцированной абляции одномерно и двумерно растянутых полимерных пленок наносекундными и субпикосекундными импульсами.

5. Квазипериодичность фрагментов, получаемых при лазерно-индуцированном растрескивании поверхности (100) Si, а также их кристаллографическая ориентация и экспериментальная зависимость размера фрагмента от длительности лазерного импульса, описываются в рамках модели самоорганизации поверхностных пространственно периодических температурно-деформационных полей.

Апробация работы и публикации:

Вошедшие в диссертацию результаты докладывались и обсуждались на Международном симпозиуме «SPIE Conference on High-Power Laser Ablation» (27-30 апреля 1998, Санта Фэ, США); XVI международной конференции по когерентной и нелинейной оптике - «ICONO'98» (29 июня-3 июля 1998, Москва, Россия); I международной конференции молодых ученых и специалистов «Оптика лазеров 2000» (26 - 30 июня 2000, Санкт-Петербург, Россия); XVII международной конференция по когерентной и нелинейной оптике

Заключение диссертации по теме «Лазерная физика», Еремин, Константин Иванович

Основные результаты и выводы диссертационной работы могут быть сформулированы следующим образом:

1. Развита модель самоорганизации поверхностных пространственно периодических температурно-деформационных полей при импульсном лазерном облучении поверхностей кристаллов, приводящая к квазипериодическому растрескиванию поверхности.

На основе модели описана кристаллографическая ориентация фрагментов растрескивания поверхности (100) Si, а также экспериментально наблюдаемая зависимость размера фрагмента от длительности возбуждающего лазерного импульса и температуры.

2. На основе модели "упруго анизотропной пленки на подложке" построен механизм лазерно-индуцированного образования некогерентных поверхностных периодических структур при абляции растянутых полимерных пленок наносекундными и субпикосекундными лазерными импульсами.

- Установлена ключевая роль внешних упругих напряжений, создающих анизотропию упругих модулей, благодаря которой происходит угловая селекция дефектно-деформационных решеток, определяющая геометрию образующихся структур.

- Показано что за формирование структур в режиме облучения наносекундными лазерными импульсами ответственны тепловые фононы, а за формирование структур в режиме облучения субпикосекундными лазерными импульсами ответственны электронные возбуждения.

- Получены выражения для периода и времени образования структур как функций интенсивности лазерного излучения, температуры и величины внешнего напряжения.

- Показано, что предсказываемые теорией симметрия, периоды и времена образования структур находятся в соответствии экспериментальным данным по абляции растянутых полимерных пленок наносекундными и субпикосекундными лазерными импульсами.

3. С помощью двумерного Фурье-преобразования SEM, AFM и ТЕМ снимков обнаружен аналогичный скрытый квазигексагональный порядок в пространственном распределении поверхностных неоднородностей, возникающих в результате проведения трех различных процессов структурирования поверхности при внешних воздействиях: травления поверхности полупроводников, лазерно-контролируемого осаждения атомов на стеклянный субстрат и УФ импульсной лазерно-индуцированной перекристаллизации аморфных полупроводниковых пленок на стеклянных субстратах.

4. Развит универсальный для полупроводников и металлов дефектно-деформационный механизм образования ансамбля затравочных пор при травлении полупроводников и металлов, в рамках которого объясняется наличие квазигексагонального порядка в распределении пор и описывается экспериментальная зависимость поверхностной плотности числа пор от уровня легирования полупроводника.

5. С помощью двумерного Фурье-преобразования SEM снимков поверхности травимого полупроводника установлено влияние деформации на образующийся ансамбль макропор и показано, что такое влияние объясняется в рамках дефектно-деформационного механизма.

6. Разработана теория пороговой нуклеации нанометровых периодических структур адатомов с участием поверхностной статической квазирэлеевской волны.

- Показано, что скэйлинговым параметром, определяющим периодичность структуры адатомов, является длина взаимодействия адатома с атомами кристаллической решетки поверхности.

- Получены выражения для периода структур как функции поверхностной концентрации адатомов и температуры.

- Определена пороговая температура, при превышении которой образование структур невозможно.

7. На основе общей дефектно-деформационной теории нуклеации нанометровых периодических структур адатомов разработан кооперативный механизм лазерно-контролируемой нуклеации квазигексагонального ансамбля наночастиц при низкотемпературном осаждении атомов галлия на поверхность торца световода.

В рамках этого механизма описаны следующие экспериментальные факты: образование ансамбля наночастиц только в области, где присутствует лазерное излучение; квазимонодисперсносность этого ансамбля наночастиц; квазигексагональный порядок в расположении наночастиц; влияние деформации на характеристики осаждаемого ансамбля наночастиц; наличие пороговой температуры, при превышении которой образования ансамбля наночастиц не происходит.

Заключение

Таким образом, в настоящей диссертации на основе единого дефектно-деформационного подхода рассмотрено четыре проблемы микро и наноструктурирования поверхностей твердых тел под действием лазерного излучения и электрохимического травления, актуальных для лазерной физики. Это спонтанное образование двумерных кристаллографически ориентированных крупномасштабных решеток растрескивания поверхности при облучении полупроводников импульсным лазерным излучением, одномерных и двумерных решеток рельефа поверхности при УФ импульсной лазерной абляции растянутых полимерных пленок, а также спонтанное образование квазигексагонально упорядоченных ансамблей неоднородностей в результате проведения двух различных процессов структурирования поверхности: электрохимического травления полупроводников и лазерно-контролируемого осаждения атомов на стеклянный субстрат. Для демонстрации универсальности эффекта спонтанного образования квазигексагональных ансамблей неоднородностей на изотропных поверхностях при внешних воздействиях также представлены полученные впервые результаты, свидетельствующие о наличии скрытого дальнего квазигексагонального порядка в расположении кристаллических зерен при УФ импульсной лазерной перекристаллизации аморфных пленок «-Si на стекле.

Для описания этих эффектов были разработаны ДД модели, которые учитывают влияние различных свойств материалов, в том числе влияние естественной (кристаллической) и наведенной упругой анизотропии, а также анизотропии диффузии дефектов вдоль поверхности на процессы упорядочения дефектов, индуцированные действием импульсного лазерного излучения различной длительности или электрохимического травления. Разработанные ДД механизмы описывают (квази)периодичность и симметрию решеток рельефа поверхности и ансамблей нанометровых и микронных неоднородностей различной природы.

На основе обработки экспериментальных данных в диссертации показана и физически обоснована возможность управления симметрией образующихся решеток рельефа поверхности и ансамблей неоднородностей с помощью анизотропной деформации. Проведенный в диссертации теоретический анализ объяснил переход от квазигексагональных ансамблей к квазиодномерным рядам пор на травимой поверхности Si при приложении внешней одноосной деформации.

Диссертация поставила ряд вопросов, которые представляют интерес для дальнейшего развития дефектно-деформационного подхода к проблемам микро и наноструктурирования поверхности. Так, анализ SEM, ТЕМ и AFM снимков обработанных поверхностей и соответствующих двумерных Фурье-спектров показал, что гексагональный порядок в расположении неоднородностей сильно искажен. Это объясняется тем, что при ДД неустойчивости нарастает широкий континуум ДД решеток со случайно распределенными фазами. Большой практический интерес представляет рассмотрение возможностей сужения спектра нарастающих ДД решеток и синхронизации их фаз (см.[61]), реализация которых позволила бы получать когерентные (строго периодичные) гексагональные ансамбли, одномерные ряды неоднородностей или решетки рельефа, в спонтанном режиме их образования (безмасочная технология).

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Еремин, Константин Иванович, 2003 год

1. Cesari С., Nihoul G.,Marfaing J. et al., Amorphous-crystalline interfaces after laser induced explosive crystallisation in amorphous germqnium. И Surface Science, v.162, p.724 (1985).

2. Демчук A.B., Пристрем A.M., Данилович Н.И., Лабунов B.A., Локальное плавление кремния лазерным излучением миллисекундой длительности. II Поверхность, т. 12, с.89 (1987).

3. Кияк С.Г., Бончик А.Ю., Анизотропное плавление полупроводников под действием импульсного лазерного излучения. //ДАН УССР сер. А, 5, 61 (1987).

4. Ya.Fattakhov, Khaibullin J.B., Vasill'yeva T.N., // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, v.B59/60, p.1072 (1991).

5. Celler G.K., Laser crystallisation of thin Si films on amorphous insulating substrates. /I J.Cryst.Growth, 63, 3, p.429-472 (1983).

6. Bauerle D., Laser Processing and Chemistry. И Berlin: Springer Verlag (1996).

7. Givargisov E.I., Limanov A.B., // Microelectronic Engeneering, v.8, p.273 (1988).

8. Bagratashvili V.N., Banishev A.F., Emel'yanov V.I. et al., Formation of periodic ring structures of defect and voids under laser vapour deposition of metallic films. // Appl.Phys. A, v.52, p.438 (1991).

9. Капаев B.B., Копаев Ю.В., Молотков C.H., // Микроэлектроника, 12, 499 (1983); Микроэлектроника, 14, 222, (1985).

10. Ахманов С.А., Емельянов В.И., Коротеев Н.И., Семиногов В.Н., Воздействие мощного лазерного излучения на поверхность полупроводников и металлов: нелинейно-оптические эффекты и нелинейно-оптическая диагностика. // УФН, т. 147, с.675 (1985).

11. Емельянов В.И., Семиногов В.Н., Лазерно-индуцированные неустойчивости рельефа поверхности и изменение отражательной и поглощателъной способности. II ВИНиТИ, т.1, с.118 (1988); т.З, с.57 (1989).

12. Прохоров A.M., Конов В.И., Урсу И., Михэйлеску И.Н., Взаимодействие лазерного излучения с металлами. II М.:Наука (1988).

13. Gorodetsky G., Kanicki J., Kazyaka Т., Melcher R., Far UVpulsed laser melting of silicon. II Appl.Phys.Lett., v.46, p.547-755 (1985).

14. Young J.F., Sipe J.E., van Driel H.M., Laser-induced periodic surface structure. Fluence regime, the role of feedback, and details of the induced topography in germanium. II Phys.Rev.B, v.30, p.2002 (1984).

15. Banishev A.F., Emel'yanov V.I. and Novikov M.M., Defect Oredering and Changes in Silicon Surface Morphology under Linearly Polarized Millisecond Pulsed Laser Irradiation. II Laser Physics, 2, p.178-189 (1992).

16. Емельянов В.И., Лазерно-индуцированная генерация метастабшъных диффузионно-деформационных структур на поверхности твердых тел. II Известия Акад. наук сер. Физ., т.56, вып.4, с.76 (1992).

17. Емельянов В.И., Уварова И.Ф., Электронно-деформационно-тепловая неустойчивость и фазовый переход полупроводник-металл под действием лазерного излучения с образованием сверхструктур. //ЖЭТФ, т.94, вып.8, с.255 (1988).

18. Банишев А.Ф., Емельянов В.И., Володин Б.Л., Мерзляков К.С., Образование периодических структур дислокаций при лазерном воздействии на поверхность полупроводников. II Физ. Тверд. Тела, т.32, с.2529 (1990).

19. Вейко В.П., Дорофеев И.А., Либенсон М.Н. и др., Образование периодических структур на поверхности кремния под действием импульса неодимового лазера миллисекундной длительности. II Письма в ЖТФ, т. 10, вып.1, с. 15 (1984).

20. Вейко В.П., Либенсон М.Н., Яковлев Е.Б., Формирование регулярных структур на поверхности кремния под действием миллисекундного импульса неодимового лазера. II Известия Акад. наук сер. Физ., т.49, вып.6, с. 1236 (1985).

21. Емельянов В.И., Макин B.C., Уварова И.Ф., Образование упорядоченных вакансионно-деформационных структур на поверхности металла при лазерном облучении. II Физ.Хим.Обр.Материалов, 2, с.12-19 (1990).

22. Бугаев А.А., Колосков А.В., Образование радиальных структур на поверхности V03 при лазерном облучении. IIФТТ, т.26, с.2100 (1984).

23. Моин М.Д., Кинетика образования дефектов и испарения твердого тела под действием лазерного излучения. II ФТТ, т.26, 9, с.2742 (1984).

24. Emel'yanov V.I., Kashkarov Р.К., Laser Induced Defect Formation in Semiconductors. II Appl.Phys. A, v.55, p. 161-167 (1992).

25. S.C.Jones, P.Braunlich, R.T.Casper, P.Kelly, F-center accumulation as a mechanism of multiple-pulse, laser-induced bulk damage in KBr and KI at 532 nm. II Nucl. Instrum. Meth.Phys. Res., Beam Interact. Mat., В 46, 231-234 (1990).

26. В.И.Емельянов, П.К.Кашкаров, Дефектообразование в приповерхностном слое полупроводников при лазерном воздействии. II Поверхность, 2, 77-85 (1990).

27. Кашкаров П.К., Тимошенко В.Ю., Дефектообразование в полупроводниках под действием импульсного лазерного облучения. II Поверхность. Физика, химия, механика, №5, с.5-34 (1995).

28. Kaijagin S.N., Kashkarov Р.К., Kiselev V.F. and Petrov A.V., Jahn-Teller effect on silicon surface under laser irradiation. II Surf.Sci., 146,1582-1586 (1984).

29. Кашкаров П.К., Петров A.B., О локализации и термической устойчивости дефектов, обусловленных лазерным облучением германия. ФТП, 19, 2, 234-236 (1985).

30. Chechenin N.G., Burdel К.К., Kashkarov Р.К., Zenkov Yu.V. et al, Channaling study of laser-induced damage in GaP. II Nucl. Instrum. Methods Phys.Res., Sec.B, 13, 503 (1986).

31. Кашкаров П.К., Киселев В.Ф., Нетермические процессы в полупроводниках при лазерном облучении. II Изв. акад. наук сер. физ., 50, 3, 435-439 (1986).

32. Байдуллаева А., Буллах Б.М., Далемуратов Б.К., Джумаев Б.Р., Корсунская Н.Е., Мозоль П.Е., Гарагдыев Г., Влияние дислокаций, образованных лазерным облучением, на электрофизические и люминесцентные свойства p-CdTe. II ФТП, т.26, №5, стр. 801-805 (1990).

33. А.А.Маненков, B.C. Нечитайло, Физика многоимпульсного лазерного разрушения прозрачных твердых тел. // Известия Академии Наук СССР, серия физ., 154, 12, 2356-2362(1990).

34. P.M.Fauchet, Gradual surface transitions on semiconductors induced by multiple picosecond laser pulses. И Phys. Lett., 93 A, 3, 155-162 (1983).

35. Jones S.C., Braunlich P et al., Laser Induced Material Modifications. II Opt. Eng., 28, 1039(1989).

36. Singh B.N., Leffers Т. and Horsewell A., Dislocation and void segregation in copper during neutron irradiation. II Philos. Mag. A, 53,2,233-274 (1986).

37. Fried M., Pogany L., Manuaba A. and Hajdu C., Experimental verification of the stress model for the wrinkling of ion-implanted layers. II Phys. Rev. B, 41, 3923 (1990).

38. Wilson I.H., The effect of self-ion bombarment (30-500 KeV) on the surface topography of single-crystal germanium. II J.Appl.Phys., v.53, 3, 1698-2402 (1982).

39. Holland O.W., Appleton B.R. and Narajan J., Ion implantation damage and annealing in germanium. II Appl. Phys., v.54, no.5, 2295-2296 (1983).

40. O. Bisi, Stefano Ossicini, L. Pavesi, Porous silicon: a quantum sponge structure for silicon based optoelectronics. II Surface Science Reports, 38, p.1-126 (2000).

41. G.C.John, V.A.Singh, Porous Silicon: Theoretical Study. II Physics Reports, v.263, p.93-151 (1995).

42. В.И.Емельянов, К.И.Еремин, В.В.Старков, Дефектно-деформационный механизм спонтанной нуклеации ансамбля пор в твердых телах и его экспериментальная проверка. II Квантовая электроника 32, №6, с.473 (2002).

43. В.И.Емельянов, К.И.Еремин, Н.И.Желудев, Квазигексагональная кооперативная нуклеация ансамбля наночастиц при лазерно-контролируемом осаждении атомов галлия. II Письма в ЖЭТФ, 76, вып.2,123 (2002).

44. В.И.Емельянов, К.И.Еремин, А.А.Сумбатов, Дефектно-деформационная нанометровая самоорганизация при лазерной перекристаллизации тонких аморфных пленок на субстратах. // Квантовая Электроника 32, №9, с.753 (2002).

45. L.A.Golovan, V.Yu.Timoshenko, A.B.Fedotov, L.P.Kuznetsova, D.A.Sidorov-Biryukov, P.K.Kashkarov, A.M.Zheltikov, J.Diener, G.Polisski, F.Koch, // Appl.Phys.B 73, 31-34(2001).

46. T.V. Dolgova, A.I. Maidykovsky, M.G. Martemyanov, A.A. Fedyanin, and O.A. Aktsipetrov, Giant Third-Harmonic in Porous Silicon Photonic Crystals and Microcavities. II Письма в ЖЭТФ, 75, с. 17 (2002) JETP Lett. 75, p. 15 ( 2002).

47. A.G.Cullis, L.T.Canham, P.D.J.Calcott, // J.Appl.Phys. 82, 909 (1997).

48. D.Kovalev, H.Hackler, G.Polisski, F.Koch, // Phys.Stat.Sol B, 215, p.817 (1999).

49. A.Chelnokov, K.Wang, S.Rowson et al, // Appl.Phys.Lett., 77, 2943, (2000).

50. F.Miller, A.Bimer., U.Cosele et al, // J. Porous. Mater., 7, 201 (2000).

51. Л.А.Головань, А.Б.Федотов, П.К.Кашкаров, Н.И.Коротеев, М.Г.Лисаченко, А.Н.Наумов, Д.А.Сидоров-Бирюков, В.Ю.Тимошенко, А.М.Желтиков, // Письма в ЖЭТФ 69, с.274 (1999).

52. V.V.Aristov, S.A.Magnitskii, V.V.Starkov, A.V.Tarasishin, A.M.Zheltikov, // Laser Physics, v.9, N.6, (1999); ibid v.10, N.4, (2000).

53. C.Levi-Clement and S.Bastide, // Z. Physicalische Chemie-Int. J. Res. Phys. Chem. 212, 123 (1999).

54. R.Angelucci, A.Poggi, L.Dori et al, // Sens. Actuators 74, 1 (1999).

55. C.M.A.Ashruf, P.J.French, P.M.Sarro et al, // J. Micromech. Microeng. 10, 505, (2000).

56. Mizishima, T.Sato, S.Taniguchi et al, // Appl.Phys.Lett. 77,3290, (2000).

57. K.F.MacDonald, W.S.Brocklesby, V.I.Emel'yanov, V.A.Fedotov, S.Pochon, K.J.Ross, G.Stevens and N.I.Zheludev, Optical control of gallium nanoparticle growth. II Appl.Phys.Lett., v.80, p. 1643 (2002).

58. V.I.Emel'yanov, Generation-Diffusion-Deformational Instabilities and Formation of Ordered Defect Structures on Surfaces of Solids under the Action of Strong Laser Beams. II Laser Physics v.2, p.389 (1992).

59. В.И.Емельянов, Самоорганизация упорядоченных дефектно-деформационных микро и наноструктур на поверхности твердых тел под действием лазерного излучения. // Квантовая электроника 28, №1, с.2-18 (1999).

60. Arenholz, Е., Svorcik, V., Kefer, Т., Heitz, J., and Bauerle, D. // Appl.Phys.A 53, 330(1991).

61. Arenholz, Е., Wagner, М., Heitz, J., and Bauerle, D. // Appl.PhysA 55, 119 (1992).

62. Heitz, J., Arenholz, E., Bauerle, D., Sauerbrey, R., Phillips H.M. // Appl.Phys.A 59,289(1994).

63. Стрелов H.H., Романов Б.П., Смирнов C.B., Микрофрагментация в хрупких материалах при импульсном нагревании. II Неорганические Материалы, 27, 2459, (1991).

64. A.Vyatkin, V. Starkov , V. Tzeitlin, Н. Presting , J. Konle , and U. Konig, Random and Ordered Macropore Formation in p-Type Silicon. II J. Electrochem. Soc. 149(1), G70-G76 (2002).

65. Д.Н. Горячев, JI.B. Беляков, O.M. Сресели, О механизме образования пористого кремния. II Физика и техника полупроводников, т.34, вып.9, с.1130 (2000).

66. В.И.Емельянов, К.И.Еремин, Пороговая нуклеация нанометровой периодической структуры адатомов с участием поверхностной статической акустической волны. II Письма в ЖЭТФ, 75, вып.2,109 (2002)

67. Дж.Эшелби, Континулъная теория дислокаций. //М. Мир, 13, (1963).

68. В.И.Емельянов, // Труды IV Межд. симп. по избранным проблемам статистической механики, Дубна изд. ИЯИ, Д17-88-95,119 (1988).

69. В.И.Емельянов, И.М.Панин, Оразование наноматровых упорядоченных дефектно-деформационных структур в твердых телах при воздействии на них потоков энергии. IIФТТ 39, 2029, (1997).

70. В.И.Емельянов, И.М.Панин, Нелинейная многомодовая динамика образования дефектно-деформационных мезоструктур в кристаллахх под действием внешних потоков энергии. II ФТТ 42,1026, (2000).

71. И.АВикторов, Звуковые поверхностные волны в твердых телах. II Москва: Изд. Наука (1982).

72. М.J.Aziz, // Defect and Diffusion Forum, 153, 1 (1998).

73. В.И.Емельянов, К.И.Еремин, В.В.Старков, Е.Ю.Гаврилин, Квазиодномерное распределение макропор при анодном травлении одноосно напряженной пластины кремния. II Письма в ЖТФ т.29, вып.6, с. 19 (2003).

74. В.И.Емельянов, К.И.Еремин, Самоорганизация связанных температурно-деформационных полей на поверхности твердых тел, облучаемых лазером. И Квантовая электроника, Т.31, № 2, с.154 (2001).

75. V.I.Emel'yanov, K.I.Eriomin, The formation of periodic structures under pulsed UV-laser ablation of stretched polymers. // Proc. SPIE, v.3343, p. 1056-1067, (1998).

76. E.Arenholz, Modifikationen auf Polymeroberflachen nach der Bestrahlung mit UV-Excimer-Laserlicht //Dissertation-Linz: Johannes-Kepler-Universitat, 70 (1994).

77. Arenholz, E., Heitz, J., Svorcik, V., and Bauerle, D., L.D.Laude (ed.), // Excimer Lasers, 237 (1994).

78. Kuper, S., Stuke, M. // Appl.Phys.B, 44, 199 (1987).

79. Kuper, S., Stuke, M. // Appl.Phys.Lett., 54, 4 (1989).

80. A.P.Li, F.Muller, A.Birner et al, // Adv. Mater. 11, 483 (1999).

81. A. Valance, Theoretical model for early stages of porous silicon formation from n-andp-type silicon substrates. II Phys. Rev. В 52, 8323 (1995); bid. 55, 9706 (1997).

82. V.Lehmann and S.Ronnebeck, 11 J. Electrochem. Soc. 146,2968 (1999).

83. V.I.Emel'yanov, K.I.Eremin, V.V.Starkov, Defect-deformational mechanism of nucleation of ensemble of pores in semiconductors and metals. II Laser Physics, v.12, no.6, p. 1432 (2002).

84. Walgraef, D., Ghoniem, N.M. and Lauzeral, J., Deformation patterns in thin films under uniform laser irradiation. II Phys. Rev. B, vol.56, (no.23):15361-77 (1997).

85. V.A.Fedotov, K.F.MacDonald, N.I.Zheludev, V.I.Emel'yanov, The light-controlled growth of gallium nanoparticles. II J.Appl.Phys., v.93, no.6, p.3540 (2003).

86. X.G.Gong, G.L.Chiarrotti, M.Parinello, E.Tosatti, // Phys. Rev. В 43, 14277 (1991).

87. Г.Хакен, Синергетика. II Москва:Мир, (1980).

88. Emel'yanov V.I., Babak D.V., Defect capture under rapid solidification of the melt induced by the action of femtosecondlaser pulses andformation of periodic surface structures on a semiconductor surface. II Appl.Phys.A, 74, 797-805 (2002).

89. Annual Symposium on Optical Damage, // Boulder, USA, p.895 (1992).

90. Duley W. W., Laser processing and analysis of materials. II Plenum press (1982).

91. Огибалов, П.М., Изгиб, устойчивость и колебания пластин.II М.:Изд.МГУ, 152(1958).

92. Л.Д.Ландау, Е.М.Лифшиц, Теория Упругости (Курс теоретической физики, том 7). II Москва: Наука, (1987).

93. Guillet, J Polymer Photophysics and Photochemistry. II Cambridge univ. press., p.34 (1985).

94. Rabek, J.F., Mechanisms of Photophysical Processes and Photophysical Reactions in Polimers, Theory and Applications. II New York: John Wiley and Sons, (1987).

95. В.И.Емельянов, Экранировка поля деформации в твердом теле точечными дефектами. II ФТТ 43, 637, (2001).

96. I.M.Tiginyanu, I.V.Kravetsky, J.Monecke, W.Cordts, G.Marowsky, H. L. Hartnagel, Semiconductor sieves as nonlinear optical materials. II Appl.Phys.Lett., v.77, no. 15, p.2415 (2000).

97. V.Starkov, // Phys.Stat.Sol. (2003) (submited).

98. С.А.Амбарцумян, Теория анизотропных пластин. // М.: Наука, (1967).

99. V.A.Shchukin, D.Bimberg, // Rev. Mod. Phys. 71,1125 (1999).

100. Емельянов В.И., Деформационно-тепловой солитон, возбуждаемый в твердом теле лазерным импульсом. // Препринт Физического факультета МГУ, №17 (1999).

101. V.I.Emeryanov, K.I.Eriomin, The formation of periodic structures under pulsed UV-laser ablation of stretched polymers. II Technical Digest of SPIE Conference on High-Power Laser Ablation, p. 110, Santa Fe, USA, (1998).

102. V.I.Emeryanov, K.I.Eriomin, Laser-induced selforganization of surface periodic temperature fields in solids. II Technical Digest of I International Conference on Laser Optics for Young Scientists (LO-YS 2000), p.73, StPetersburg, June (2000).