Формирование лазерно-индуцированных графитизированных микроструктур в объеме алмаза тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.07, кандидат наук Ашиккалиева Куралай Хамитжановна

• Ашиккалиева Куралай Хамитжановна
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Ашиккалиева Куралай Хамитжановна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Алмаз как перспективный материал современной науки и техники

1.2. Метод лазерной обработки для создания графитизированных микроструктур в алмазе

1.2.1 Лазерно-индуцированная графитизация поверхности алмаза

1.2.2 Лазерное микроструктурирование объема алмаза

1.3 Лазерно-индуцированная волна графитизации в объеме

алмаза

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Материалы исследования

2.2 Описание экспериментальной лазерной установки и параметров эксперимента

2.3 Методика измерения удельного сопротивления лазерно-индуцированных нитей

2.4 Метод сканирующей микроскопии растекания сопротивления

2.5 Метод растровой электронной микроскопии

2.6 Метод спектроскопии комбинационного рассеяния

ГЛАВА 3. ОСОБЕННОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ВОЛНЫ

ГРАФИТИЗАЦИИ В ОБЪЕМЕ АЛМАЗА

3.1 Исследование распространения лазерно-индуцированной волны графитизации в условиях неподвижного лазерного фокуса

3.1.1 Описание эсперимента

3.1.2 Экспериментальные результаты

3.1.3 Модель трещино-обусловленного распространения лазерно-индуцированной волны графитизации в объеме алмаза

3.2 Особенности распространения лазерно-индуцированной волны графитизации в условиях подвижного лазерного фокуса

3.2.1 Аксиальное распределение плотности энергии на фронте растущей лазерно-индуцированной нити в зависимости

от параметров обработки

3.2.1.1 Описание эксперимента

3.2.1.2 Экспериментальные результаты

3.2.2 Экспериментальная проверка синхронизации скорости фронта растущей нити со скоростью лазерного фокуса

4

4

4

3.2.3 Исследование влияния условий облучения на фронте

растущей нити на ее поперечные размеры

ГЛАВА 4. ВНУТРЕННЯЯ СТРУКТУРА ЛАЗЕРНО -МОДИФИЦИРОВАННОГО МАТЕРИАЛА В ОБЪЕМЕ АЛМАЗА 70 4.1 Внутренняя структура графитизированной пластины в

объеме алмаза

Описание эксперимента

Экспериментальные результаты

Исследование сечения графитизированной пластины посредством оптической микроскопии и спектроскопии

комбинационного света

Исследование поверхности сечения графитизированной пластины посредством методов сканирующей микроскопии сопротивления растекания (ББЕМ) и растровой электронной микроскопии

(ББМ)

Исследование модификации поверхности сечения графитизированной пластины при термическом

отжиге

Обсуждение результатов

Внутренняя структура и проводящие свойства лазерно-

индуцированных нитей в объеме алмаза

Описание эксперимента

Экспериментальные результаты

Описание внутренней структуры лазерно-

индуцированных нитей

Взаимосвязь между внутренней структурой лазерно-индуцированных нитей и их удельным

сопротивлением

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

4

4

4

4

4

4

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Формирование лазерно-индуцированных графитизированных микроструктур в объеме алмаза»

Введение

Актуальность темы Лазерно-индуцированная модификация в объеме прозрачных диэлектрических материалов изучается со времен открытия высокомощных импульсных лазеров. Несмотря на столь долгую историю, особенности взаимодействия высокоинтенсивных лазерных импульсов с диэлектрическими материалами остаются не до конца изученными [1-19]. Согласно имеющимся на сегодня сведениям, локальная лазерная модификация прозрачных материалов может обусловливаться разными механизмами поглощения лазерного излучения. К ним можно отнести механизмы многофотонной и ударной ионизации, обусловленные свойствами самого материала и реализующиеся в области коротких импульсов, а также механизмы, связанные с поглощающими дефектами, которые характерны для длинных импульсов [1-6, 9, 12, 14, 20].

В последние годы интенсивно изучаются процессы лазерного микроструктурирования объема прозрачных материалов с использованием ультракоротких импульсов, позволяющих проводить прецизионную обработку в силу минимального повреждения окружающей матрицы [3, 4, 6, 8 ,9 ,11 ,14 ,15]. Лазерный способ структурирования прозрачных материалов имеет широкое практическое значение, в частности, для создания различных устройств фотоники, такие как дифракционные решетки [21, 22, 23], оптические запоминающие устроства [7, 10, 24], оптические волноводы [25, 26] и т.д. Одним из видов прозрачных диэлектриков является алмаз, обладающий целым рядом уникальных свойства, таких как высокая твердость и теплопроводность, большой коэффициент оптического преломления и химическая инертность и т.д. [27 -29 ].

Алмаз - одна из аллотропных форм углерода, которая в отличие от графита является метастабильной в нормальных условиях и проявляет стабильность лишь в области высоких температур и давлений [27]. В связи с этим, в зависимости от внешних условий (температуры, давления) возможна перестройка Бр -гибридизированной решетки алмаза в Бр2-гибридизированную решетку графита и

наоборот. Так, алмаз полностью превращается в графит при температуре 700°С на воздухе и около 2000К в вакууме [27, 29]. Еще одним способом создания графитизированных слоев на поверхности и на небольшой глубине от поверхности алмазного кристалла является ионная имплантация алмаза с последующим термическим отжигом при умеренных температурах [30 -45]. На начальном этапе проникновения в решетку алмаза высокоэнергетичные ионы преимущественно взаимодействуют только с электронами алмазной решетки, вследствие чего повреждение кристаллической решетки в приповерхностном слое алмаза невелико [30 -33]. Взаимодействуя с электронной подсистемой, ионы углубляются в алмаз и постепенно теряют свою энергию. Значительные энергетические потери испытывают ионы при взаимодействии с ядрами углеродных атомов, что ограничивает длину их пробега и сопровождается значительным повреждением кристаллической решетки алмаза. Это обусловливает то, что на некоторой глубине от поверхности алмаза формируется тонкий дефектный слой, последующий отжиг которого приводит к формированию тонкого высокопроводящего слоя аморфного графита [30 -33]. Недостатком данного метода является ограниченность глубины залегания графитизированных слоев, что связано с ограниченной длиной пробега ионов в решетке алмаза.

Лазерная обработка - еще один способ, позволяющий локально

трансформировать алмаз в графит [29]. С одной стороны, метод лазерного

облучения позволяет получать на поверхности алмазного кристалла тонкие слои

нанокристаллического графита [46 -54]. С другой стороны, лазерная обработка

успешно используется для создания заглубленных проводящих микроструктур в

объеме алмаза. Лазерное излучение, сфокусированное внутрь алмазного

кристалла, вызывает локальный фазовый переход алмаза в графит вблизи

перетяжки лазерного луча, с небольшим спонтанным ростом модифицированной

области навстречу лазерному излучению [55]. Путем трансляции фокуса

лазерного излучения сквозь толщу алмаза возможно создание заглубленных

графитизированных структур разнообразной формы [56 -58], на основе которых в

5

настоящее время разрабатываются детекторы ионизирующих излучений [59-70], фотонные кристаллы [71], солнечные батареи [72] и волноводы [73]. Наибольший научно-исследовательский интерес привлекают проводящие микроструктуры в форме нитей, что связано с перспективой их использования в качестве проводящих электродов при разработке высокочувствительных трехмерных алмазных детекторов ионизирующего излучения [59-70].

Известно, что процесс лазерно-индуцированного фазового перехода в объеме алмаза, существенно отличается от такого на поверхности алмаза в силу значительно меньшей плотности графита (1,8-2,25 г/см ) по сравнению с алмазом (3,5 г/см ) [55]. Так,

при облучении поверхности алмаза структурирование происходит на границе раздела «воздух-алмаз» и потому образовавшийся в результате фазового перехода графит имеет возможность свободно расширяться, что приводит полному превращению алмаза в нанокристаллический графит в тонком поверхностном слое [47, 57]. Однако при фокусировании лазерного излучения в объем алмаза фазовый переход происходит в условиях окружающей алмазной матрицы, которая противодействует расширению модифицированного материала, индуцируя радиальные напряжения сжатия.

Согласно некоторым оценкам [57, 63], полная трансформация алмаза в области облучения в графит должна приводить к росту внутреннего давления намного выше критического уровня (2-10 ГПа), что соответствует попаданию на термодинамической диаграмме углерода в зону, где графит оказывается метастабилен в отличие от алмаза [74]. Это заставляет предположить, что процесс трансформации алмаза в графит должен останавливаться до наступления указанного момента, т.е. полное превращение облучаемого алмаза в графит невозможно. Однако каким образом реализуется на практике "частичная графитизация" остается неизвестным. Отметим также, что расширение модифицированного материала вызывает и возникновение значительных тангенциальных растягивающих механических напряжений, которые стремятся релаксировать через растрескивание алмаза в зоне обработки. С гипотезой о

"частичной графитизации" согласуются и полученные в эксперименте высокие

6

значения удельного сопротивления лазерно-индуцированных нитей в объеме алмаза (3.6 Ом см [56]; 0,06-0,9 Ом см [63], > 0,02 Ом см [62]) по сравнению с лазерно-графитизироваными структурами, создаваемыми на поверхности алмаза (~10" Ом см) [52]. Низкая проводимость лазерно-индуцированных нитей является основным фактором, сдерживающим их широкое практическое применение, несмотря на то, что уже создаются и тестируются прототипы трехмерных алмазных детекторов.

Единственным методом, широко использовавшимся до недавнего времени для исследования внутренней структуры лазерно-модифицированного алмаза, являлся метод спектроскопии комбинационного рассеяния (КР-спектроскопия). КР-спектроскопия позволяет регистрировать наличие графитовой фазы и других аллотропных модификаций углерода в зоне обработки, подтверждая тем самым факт фазового перехода [60-62, 64-70, 75-91]. Экспериментальные исследования показывают, что КР-спектры, снятые из заглубленной графитизированной области, всегда содержат как графитовый сигнал, так и интенсивный сигнал от структуры алмаза [57-59]. При этом интенсивности алмазного (~1332 см-1) и графитового (~1580 см-1) пиков сильно флуктуируют в пределах графитизированной области [63], указывая на пространственную неоднородность образовавшейся графитированной микроструктуры.

Однако делать на основании этих данных вывод о наличии внутри

модифицированного материала алмазных включений было бы преждевременно.

Сигнал от алмазной фазы может исходить из областей, окружающих

модифицированную область, через которые проходит возбуждающий лазерный

луч. Использование КР-спектромеров с конфокальной оптической схемой

позволяет заметно уменьшить размер области, из которой собирается КР

излучение, однако не дает гарантии полного отсутствия сигнала от исходного

алмаза, прилегающего к модифицированной области. Необходимо учитывать

также, что поперечное пространственное разрешение КР-спектроскопии

определяется размером перетяжки сфокусированного лазерного пучка и, как

правило, превышает 1мкм. Таким образом, КР-спектроскопия не позволяет

7

надежно судить даже о том, является ли лазерно-модифицированная область в объеме алмаза гомофазной или гетерофазной, и если верно второе, то получить какую-либо информацию о соотношении алмазной и графитовых фаз, а также об их пространственном распределении.

Отсутствие эффективных методов и подходов к исследованию внутренней структуры лазерно-модифицированного материала, обусловливает то, что она остается практически не изученной. Потому остаются не до конца изученными вопросы о том, каким образом параметры обработки (длительность импульса, частота следования импульсов, ориентация кристалла и др.) влияют на внутреннюю структуру лазерно- модифицированного материала, и какова связь между его внутренней структурой и проводящими свойствами. Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что варьирование параметров лазерной обработки приводит к значительным изменениям интегральной проводимости лазерно-индуцированных нитей [59, 63]. Так, с увеличением длительности импульса от фемтосекунд до наносекунд возрастает степень дефектности алмаза, окружающего лазерно-модифицированную область, что проявляется в формировании большого количества трещин [60, 61, 63]. При этом улучшаются проводящие свойства лазерно-модифицированного материала по сравнению с ультракороткими импульсами. Кроме того, известно о влиянии энергии в импульсе и скорости транслирования лазерного фокуса на морфологию и проводящие свойства лазерно-индуцированных нитей [56, 59].

Процесс лазерно-индуцированной модификации алмаза имеет целый ряд

особенностей и отличий от других прозрачных материалов. К ним относится,

например, явление спонтанного роста модифицированой области навстречу

лазерному излучению, даже если положение лазерного фокуса фиксировано [55].

Оптический пробой, индуцированный в объеме алмаза лазерными импульсами

при некоторой пороговой плотности энергии (Рор0 вследствие нелинейного

поглощения света и ионизации материала, сопровождается локальным фазовым

переходом алмаза в графит. В результате, в объеме алмаза формируется

микроскопический графитовый зародыш. Благодаря его высокому оптическому

8

поглощению, последующие лазерные импульсы инициируют фазовый переход в прилегающем алмазном слое даже при плотностях лазерной энергии ниже порога оптичесого пробоя алмаза. Последующее облучение вызывает сначала изотропный рост графитового микровключения, пока его размер не становится сопоставимым с диаметром перетяжки лазерного пучка, после чего рост модифицированной области продолжается навстречу лазерному излучению и ведет к формированию непрерывный нитевидной микроструктуры. В условиях неподвижного фокуса графитизированная область растет до тех пор, пока плотность энергии на ее фронте не достигнет определенного предела (Г^), который значительно меньше порога оптического пробоя алмаза. Такой спонтанный рост графитизированной области, продолжающийся до тех пор пока плотность энергии на его фронте удовлетворяет условию < Г < Гор1, получил название лазерно-индуцированной волны графитизации.

До постановки задачи настоящей работы в литературе отсутствовали какие -либо сведения о том, каким образом происходит продвижение фронта волны графитизации в алмазе, т.е. специфика протекания процесса фазового перехода на границе раздела «графитизированная область - алмаз». Было лишь известно, что по мере удаления от фокальной плоскости скорость фронта волны графитизации и плотность энергии на ее фронте уменьшаются [55]. Однако каков реальный вид зависимости скорости волны графитизации от плотности энергии на ее фронте оставалось невыясненным. Открытыми были также вопросы о том, каким образом параметры обработки, такие как длительность импульса и ориентация кристалла влияют на скорость волны графитизации.

Если лазерный фокус равномерно транслируется сквозь алмазный кристалл, меняется характер распространения волны графитизации, поскольку в этом случае ее скорость зависит от двух параметров - скорости транслирования лазерного фокуса и энергии в импульсе (и лазерный фокус, и фронт волны движутся по направлению к лазеру). Это дает возможность создавать внутри алмаза нитевидные графитизированные области неограниченной длины,

представляющие интерес для практических приложений. Подбором скорости

9

транслирования лазерного фокуса и энергии в импульсе на практике добиваются улучшения морфологических и проводящих свойств лазерно-индуцированных нитей. Так, экспериментально установлено, что как при малых скоростях лазерного фокуса, так и при высоких значениях энергии в импульсе наблюдается расщепление лазерно-индуцированной нити на несколько более тонких нитей, что сопровождается значительным ухудшением проводящих свойств нити [56, 59]. С другой стороны, было обнаружено, что когда скорость транслирования лазерного фокуса превышает некое пороговое значение, наблюдается формирование прерывистых нитей, что указывает на невозможность непрерывного распространения волны графитизации в данных условиях [59]. Физический механизм вышеописанных экспериментальных явлений оставался неизученным. Кроме того, отсутствовали данные о важнейших параметрах процесса распространения волны графитизации в условиях подвижного лазерного фокуса, к которым относится, например, плотность энергии на фронте волны графитизации, влияющая как на скорость волны графитизации, так и на специфику структурных превращений на ее фронте.

Упомянутые проблемы диктуют необходимость детального изучения процесса лазерного структурирования алмаза в условиях подвижного и неподвижного фокусов, исследования внутренней структуры лазерно-модифицированного материала и поиска ее взаимосвязи с проводящими свойствами формируемых микроструктур; влияния параметров обработки на внутреннюю структуру лазерно-модифицированного материала и его проводящие свойства.

Цель и задачи диссертационной работы

Целью настоящей работы являлось исследование процесса и результата формирования графитизированных микроструктур в объеме алмаза под действием интенсивных пико- и фемтосекундных лазерных импульсов.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Исследование процесса распространения лазерно-индуцированной волны графитизации в условиях неподвижного лазерного фокуса;

2. Исследование процесса распространения лазерно-индуцированной волны графитизации в условиях транслирования лазерного фокуса сквозь алмазный кристалл;

3. Исследование внутренней структуры лазерно-модифицированного материала в объеме алмаза в зависимости от геометрии модифицированной области.

4. Исследование проводящих свойств лазерно-индуцированных нитей в объеме алмаза в зависимости от параметров лазерной обработки.

Научная новизна

В результате проведенных исследований впервые изучены особенности процесса распространения волны графитизации в объеме алмаза в условиях фиксированного лазерного фокуса и в случае, когда лазерный фокус равномерно движется сквозь алмазный кристалл. Впервые с нанометровым разрешением изучена внутренняя структура лазерно-модифицированного материала в объеме алмаза. Основные результаты диссертационного исследования, отраженные в результатах и выводах, носят приоритетный характер и представляют научную новизну диссертационной работы.

Научная и практическая значимость Выявленная зависимость интегральной проводимости лазерно-индуцированных нитей от параметров обработки (скорости транслирования и энергии в импульсе) дает возможность подобрать оптимальные условия для формирования лазерно-индуцированный нитей в объеме алмаза, которые могут быть использованы в качестве проводящих электродов при разработке трехмерных алмазных датчиков, солнечных элементов, фотонных кристаллов и метаматериалов на основе алмаза.

Апробация работы Изложенные в диссертационной работе научные результаты докладывались и обсуждались на следующих международных и всероссийских конференциях: 23th Annual International Conference on Advanced Laser Technologies ALT'15 (Faro, Portugal, 2015), V Международная научная конференция по фотонике и информационной оптике (Москва, Россия, 2016); RACIRI Summer School (Repino, Russia, 2016), 28th International Conference on Diamond and Carbon Materias (Gothenberg, Sweden, 2017), IX Всероссийская научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых "Нанодиагностика-2017 (Рязань, Россия, 2017).

Положения, выносимые на защиту

1. Скорость лазерно-индуцированной волны графитизации, распространяющейся в объеме алмаза навстречу источнику излучения, определяется только локальной плотностью энергии на ее фронте, не зависит от длительности импульса в диапазоне 120 фс - 5пс и ориентации кристалла в интервале плотностей энергии 0,4 - 0,8 Дж/см2.

2. Физическим критерием непрерывного распространения волны графитизации является превышение или равенство скорости волны графитизации скорости транслирования лазерного фокуса сквозь кристалл. При слишком высокой скорости транслирования лазерного фокуса выполнение данного критерия оказывается невозможно, т.к. это требует увеличения плотности энергии на фронте волны графитизации выше порога оптического пробоя алмаза. Данный сценарий неизбежно ведет к пробою перед фронтом волны графитизации и последовательному образованию множественных разрывов в лазерно-модифицированной структуре.

3. При равномерном транслировании лазерного фокуса сквозь алмазный

кристалл со скоростью, обеспечивающей непрерывное распространение волны

графитизации, скорость фронта волны графитизации вскоре после начала

движения самопроизвольно синхронизируется со скоростью лазерного фокуса. В

результате этого лазерный фокус и фронт волны графитизации начинают

12

двигаться с одинаковой скоростью на определенном эффективном расстоянии друг от друга, что обеспечивает стабилизацию плотности энергии на фронте волны графитизации.

4. Эффективное расстояние зависит как от энергии в импульсе, так и от скорости транслирования лазерного фокуса. При этом плотность энергии на фронте волны графитизации зависит от скорости транслирования лазерного фокуса, но практически не зависит от энергии в импульсе.

5. В общем случае лазерно-модифицированный материал в объеме алмаза представляет собой наноструктурированный композитив алмазной и графитовой

3 2

фаз (sp и sp ). Графитовая фаза образуется на месте множественных трещин, как правило, вытянутых вдоль кристаллографических плоскостей алмаза (111). Графитовые нанопластины, разделенные алмазными промежутками, пересекаются между собой, образуя единую проводящую сеть.

6. Внутренняя структура лазерно-индуцированных нитей состоит из графитовых нанопластин, сгруппированных в сегменты длиной несколько микрон, которые квазипериодически распределены вдоль нити. Скорость транслирования лазерного фокуса и энергия импульса оказывают влияние на толщину нанопластин и период микросегментов. Интегральная проводимость лазерно-индуцированных нитей возрастает при уменьшении периода микросегментов.

Личный вклад автора

Автор принимал участие в планировании и проведении большинства

экспериментов по лазерному микрструктурированию объема алмаза. Автор

самостоятельно проводил подготовку образцов для термической обработки,

механической полировки, электрофизических измерений, микроскопических

исследований на растровом электронном микроскопе (Scanning Electron

Microscopy - SEM) и атомно-силовом микроскопе в режиме сканирующей

микроскоскопии сопротивления растекания (Scanning Spreading Resistance

Microscope - SSRM). Эксперимент по термической обработке алмазных образцов

проведен автором самостоятельно. Автор лично проводил измерения вольт-

13

амперных характеристик лазерно-индуцированных нитей, а также расчеты интегрального удельного сопротивления нитей. Автор принимал участие в процессе получения изображений лазерно-модифицированного материала посредством SEM и SSRM. Автором самостоятельно проводился количественный анализ внутренней структуры лазерно-модифицированной областей на основе SSRM- и SEM-изображений. Автор принимал участие в анализе спектров комбинационного рассеяния.

Публикации

По теме диссертационной работы опубликовано 7 работ, в том числе 3 статьи в зарубежных научных журналах, входящих в базы данных Web of Science и Scopus, а именно:

1. Graphitization wave in diamond bulk induced by ultrashort laser pulses / Т. V. Kononenko, E. V. Zavedeev, V. V. Kononenko, K. K. Ashikkalieva, V.I. Konov// Applied Physics A. -2015. - Vol.119, №2. - P. 405-414.

2. Direct observation of graphenic nanostructures inside femtosecond-laser modified diamond / K. K. Ashikkalieva, T. V. Kononenko, E. A. Obraztsova, E. V. Zavedeev, A. A. Khomich, E. E. Ashkinazi, V. I. Konov / Carbon. - 2016. - Vol. 102. - P. 383-389.

3. Ashikkalieva, K. K. Graphitization wave in diamond induced by uniformly moving laser focus / K. K. Ashikkalieva, T. V. Kononenko, V. I Konov // Optics and Laser Technology. - 2018. - Vol. 107. - P. 204-209.

Структура и объем дисертации

Диссертация состоит из введения, литературного обзора; четырех глав, включающих описание материалов и методов исследования, а также содержащих анализ оригинальных экспериментальных результатов; заключения, списка публикаций автора и перечня цитируемой литературы. Работа изложена на 126 страницах и содержит 36 рисунков, 127 источников литературы.

ГЛАВА 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Алмаз как перспективный материал современной науки и

техники

Алмаз - это материал, обладающий рядом уникальных оптических, механических, теплофизических и химических свойств, открывающих перспективу для разработки на его основе устройств оптической и полупроводниковой электроники с рекордными характеристиками [27]. Уникальные свойства алмаза, являющегося одной из аллотропных модификаций углерода, обусловлены строением его кристаллической решетки. В алмазной решетке атомы углерода образуют тетраэдрическую координацию, формируя сильные sp гибридизированные связи с соседними атомами, при этом атомы занимают положения в узлах двух вставленных друг в друга кубических гранецентрированных решеток (a=0,357 нм) (Рисунок 1 а) [27]. Семейство плоскостей {111} обладают наибольшей ретикулярной плотностью в решетке алмаза и потому являются наиболее "слабыми", т.е. представляют собой плоскости спайности [92]. Формирование сильных ковалентных связей в решетке алмаза лежит в основе основных свойств алмаза. Так, сильные межатомные связи обусловливают высокую твердость алмазного кристалла (по шкале Маосса - 10), высокую

3

плотность

(р=3,515 г/см), низкий коэффициент теплового расширения (1x10" 6 К-1), рекордно высокий коэффициент теплопроводности (20 Вт/см К), широкую запрещенную зону (5,45 эВ), высокий показатель преломления (2,4) и т.д. [27 -29, 78, 93].

Природный алмаз имеет высокую стоимость, а его свойства сильно

варьируются от кристалла к кристаллу, что существенно ограничивает его

применение в технике. Однако ситуация кардинально изменилась после

открытия и последующего усовершенствования технологий создания

синтетических алмазов: сначала т.н. "High Pressure, High Temperature" метод

15

(HPHT), а затем и технология химического осаждения из газовой фазы (Chemical Vapor Deposition - CVD) [93, 94]. Суть CVD-технологии выращивания алмазных кристаллов состоит в последовательном осаждении на подложку (кремний, алмаз) тонких слоев алмаза из газовой фазы, содержащей в основном углеводород, водород и инертный газ. CVD-технология позволяет выращивать как поликристаллические, так и монокристаллические синтетические алмазы, алмазные пленки [27 -29, 93, 94]. В настоящее время разрабатываются и создаются различные устройства на основе синтетического алмаза, такие как транзисторы, диоды, детекторы ионизирующего и ренгеновского излучений, фотодетокторы и т.д. [27 -29, 93, 94].

Алмаз - одна из аллотропных модификаций углерода, которая метастабильна в нормальных условиях, проявляет стабильность лишь в области высоких давлений и температур. Стабильной модификацией углерода в нормальных условиях является графит, который в свою очередь метастабилен при высоких температурах и давлениях. В связи с этим, в зависимости от внешних условий (температуры, давления) возможна

3 2

перестройка sp -гибридизированной решетки алмаза в sp -гибридизированную решетку графита и наоборот [27, 95, 96]. Тем не менее, алмаз может существовать в нормальных условиях длительное время [27]. Это связано с тем, что при нормальных условиях разница между свободной энергией алмаза и графита составляет всего лишь 2,9 кДж/моль, тогда как высота энергетического барьера между данными углеродными модификациями составляет 337 кДж/моль [27]. Для разрушения одной межатомной связи в sp3- гибридизованной кристаллической решетке, энергия атома углерода вследствие тепловых флуктуаций должна превысить некоторый энергетический барьер, созданный соседними атомами [49]. Данный энергетический барьер может быть преодолен при сообщении атому углерода энергии активации sa (рисунок 1.1) [49]. Известно, что разные

ориентации алмазного кристалла имеют разные энергии активации [49, 97].

16

Рисунок 1.1 Перемещение атомов в приповерхностном потенциальном рельефе [49].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Ашиккалиева Куралай Хамитжановна, 2018 год

Список литературы

1. Маненков, А. А. Лазерное разрушение прозрачных твердых тел / А. А. Маненков, А. М. Прохоров // Успехи физических наук. - 1986. - Т. 148, № 1. -С. 179-211.

2. Recent progress on laser- induced modifications and intrinsic bulk damage of wide-gap optical materials / S. C. Jones, P. Braunlich, R. T. Casper, X. Shen, P. Kelly // Optical Engineering. - 1989. - Vol. 28, № 10. - P. 1039-1068.

3. Laser-Induced Damage in Dielectrics with Nanosecond to Subpicosecond Pulses / B. C. Stuart, M. D. Feit, A. M. Rubenchik, B. W. Shore, M. D. Perry // Physical Review Letters. - 1995. - Vol. 74, № 12. - P. 2248-2251.

4. Nanosecond-to-femtosecond laser-induced breakdown in dielectrics / B. C. Stuart, M. D. Feit, S. Herman, A. M. Rubenchik, B. W. Shore, M. D. Perry // Physical Review Letters. - 1996. - Vol. 53, № 4. - P. 1749-1761.

5. Chmel, A. E. Fatigue laser-induced damage in transparent materials / A. E. Chmel // Materials Science and Engineering. - 1997. - Vol. 49, № 3 (24 october). -P. 175-190.

6. Laser processing of sapphire with picosecond and sub-picosecond pulses / D. Ashkenasi, A. Rosenfeld, H. Varel, M. Wahmer, E. E. B. Campbell // Applied Surface Science. - 1997. - № 120. - P. 65-80.

7. Qiu, J. Three-dimensional optical memory using glasses as a recording medium through a multi-photon absorption process / J. Qiu, K. Miura, K. Hirao // Japanese Journal of Applied Physics. - 1998. - Part 1, Vol. 37. - № 4B. - P. 2263-2266.

8. Schaffer, C. B. Laser-induced breakdown and damage in bulk transparent materials induced by tightly focused femtosecond laser pulses / C. B. Schaffer, A. Brodeur, E. Mazur // Measurement science and technology. - 2001. - № 12. - P. 1784-1794.

9. Маненков, А. А. Проблемы физики взаимодействия мощного лазерного излучения с прозрачными твердыми телами в области сверхкоротких

импульсов / А. А. Маненков // Квантовая электроника. - 2003, Т. 33. - № 7. - С. 639-644.

10. Gamaly, E. G. Laser-matter interaction in the bulk of a transparent solid: Confined microexplosion and void formation / E. G. Gamaly // Physical Review B. -2006. - Vol. 73, № 12. - P. 1-15.

11. Krol, D. M. Femtosecond laser modification of glass / D. M. Krol // Journal of Non-Crystalline Solids. - 2008. - № 354. - 416-424.

12. Григорянц, А. Г. [Электронный ресурс] Особенности взаимодействия лазерного излучения с прозрачными диэлектриками / А. Г. Григорянц, М. А. Богданова // Наука и образование. - Электрон. дан. - Москва : МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2012. - № 3. - Режим доступа: (http : //engineering-science.ru/doc/325485.html). - Загл. с экр. - 31.05.2018.

13. Formation dyna mics of ultra-short laser induced micro-dots in the bulk of transparent materials / A. Mermillod-Blondina, D. Ashkenasib, A. Lemkeb , M. Schwagmeierb, A. Rosenfelda // Physics Procedia. - 2013. - № 41. - P. 776 - 780.

14. Watanabe, W. Ultrafast laser micro-processing of transparent material / W. Watanabe, Y. Li, K. Itoh // Optics and Laser Technology. - 2016. - № 78. - 52-61.

15. Femtosecond laser induced phenomena in transparent solid materials: Fundamentals and applications / D. Tan, K. N. Sharafudeen, Y. Yue, J. Qiu // Progress in Materials Science. - 2016. - № 76. - P. 154-228.

16. Rehman, Z. U. Optical breakdown-driven mesostructure in bulk of soda-lime glass / Z. U. Rehman, H. Suk, K. A. Janulewicz // Journal of Non-Crystalline Solids. - 2016. - № 448. - P. 68-73.

17. Transparent glass-ceramics functionalized by dispersed crystals / X. Liu, J. Zhou, S. Zhou, Y. Yue, J. Qiu // Progress in Materials Science. - 2018. - № 97. - P. 38-96.

18. Laser surface and subsurface modification of sapphire using femtosecond pulses / G. Eberlea, M. Schmidt, F. Pudec, K. Wegener // Applied Surface Science. - 2016. -№ 378. - P. 504-512.

19. Writing waveguides in glass with a femtosecond laser / K. M. Davis, K. Miura,

N. Sugimoto, K. Hirao // Opt. Lett. - 1996. - Vol. 21, № 21. - P. 17-29.

114

20. Менушенков, А.П. Физические основы лазерной технологии. / А.М. Менушенков, В.Н. Неволин, В. Н. Петровский. - Учебное пособие. М.: НИЯУ МИФИ, 2010. - 212 с.

21. Миколуцкий, С.И. Исследование процессов формирования наноструктур на поверхности материалов под действием излучения ArF-лазера/ С.И. Миколуцкий, В.Н. Токарев, В.Ю. Хомич, В.А. Шмаков, В.А. Ямщиков // Успехи прикладной физики. - 2013. - Т. 1 - №5. - С. 548-553.

22. Direct writing of fibre Bragg gratings by femtosecond laser / A. Martinez, M. Dubov, I. Khrushchev, I. Bennion // Electron. Lett. - 2004. - Vol. 40, № 19. - P. 1920.

23. Fabrication of long-period fiber gratings by focused irradiation of infrared femtosecond laser pulses / Y. Kondo, K. Nouchi, T. Mitsuyu, M. Watanabe, P. G. Kazansky, K. Hirao // Optical Letters. - 1999. - Vol. 24, № 10. - P. 646-648.

24. Лазерно-индуцированная структурно-фазовая модификация стеклообразных материалов / В. П. Вейко, Э. И. Агеев, А. В. Колобов, Дж. Томинага // Известия ВУЗОВ. Приборостроение. - 2014. - Т. 57, № 6. - C. 7-31.

25. Writing waveguides in glass with a femtosecond laser / K. M. Davis, K. Miura, N. Sugimoto, K. Hirao // Optical Letters. - 1996. -Vol. 21, № 21. - P. 17-29.

26. Управление локализацией света и эффективностью нелинейно-оптических взаимодействий коротких лазерных импульсов в дырчатых волноводах / А. Б. Федотов, А. М. Желтиков, А. П. Тарасевич, М. В. Алфимов, А. А. Иванов, Л. А. Головань // Квантовая электроника. - 2001. - Т.31, №5. - 387-390.

27. Хмельницкий, Р. А. Синтетический алмаз для электроники и оптики / Р. А. Хмельницкий, Н. Х. Талипов, Г. В. Чучева. - Москва : ИКАР, 2017. - 228 с.

28. Tapper, R. J. Diamond detectors in particle physics / R. J. Tapper // Reports on Progress in Physics. - 2000. - Vol. 63. - P. 1273-1316.

29. Konov, V. I. Laser in micro and nanoprocessing of diamond materials / V. I. Konov // Laser Photonics. - 2012. - № 6. - P. 739-766.

30. Single-crystal diamond plate lift-off achieved by ion implantation and

subsequent annealing / N. R. Parikh, J. D. Hunn, E. McGucken, M. L. Swanson, C.

115

W. White, R. A. Rudder // Applied Physics Letters. - 1992. - Vol. 61, № 26. - P. 3124-3126.

31. Damage accumulation in diamond during ion implantation / R.A. Khmelnitsky, V.A. Dravin, A. A. Tal, E.V. Zavedeev // J. Mater. Res. - 2015.- Vol. 30. - No. 9 -P.1583-1582.

32. Prawer, S. Ion implantation of diamond and diamond films / S. Prawer // Diamond and Related Materials. - 1995. - № 4. - P. 862-872.

33. Formation and characterization of graphitized layers in ion-implanted diamond./ A.A. Gippius, R.A. Khmelnitskiy, V.A. Dravin, S.D. Tkachenko // Diamond and Related Materials. - 1999. - Vol.8. - P. 1631-1634.

34. Prawer, S. Ion-beam-induced transformation of diamond / S. Prawer // Physical Review B. - 1995. - Vol. 53, №. 22. - P. 15711-15722.

35. Focused ion beam fabrication and IBIC characterization of a diamond detector with buried electrodes / P. Olivero, J. Forneris, M. Jaksic', z. Pastuovic', F. Picollo, N. Skukan, E. Vittone // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. -2011. - Vol. 269, № 20. - P. 2340-2344.

36. Fabrication and electrical characterization of three-dimensional graphitic microchannels in single crystal diamond / F. Picollo, D. G. Monticone, P. Olivero, B. A. Fairchild, S. Rubanov, S. Prawer, E Vittone // New Journal of Physics. - 2012. -Vol. 14, № 5. - P. 053011.

37. Direct fabrication of three-dimensional buried conductive channels in single crystal diamond with ion microbeam induced graphitization / P. Olivero, G. Amato, F. Bellotti, S. Borini, O. Budnyk, E. Colombo, M. Jaksic, A. Lo Giudice, C. Manfredotti, Z. Pastuovic, F. Picollo, N. Skukan, M. Vannoni, E. Vittone // Diamond and Related Materials. - 2009. - Vol. 18, № 5-8. - P. 870-876.

38. Formation of buried p-type conducting layers in diamond / R. Walker, S. Prawer, D. N. Jamieson, K. W. Nugent, R. Kalish // Applied Physics Letters. - 1997. - Vol. 71, № 11. - P. 1492-1494.

39. Sellin, P. J. Performance of a diamond x-ray sensor fabricated with metal-less graphitic contacts / P. J. Sellin, A. Galbiati // Applied Physics Letters. - 2005. - Vol. 87. - P. 1-3.

40. Characterization of three-dimensional microstructures in single-crystal diamond / P. Olivero, S. Rubanov, P. Reichart, B. C. Gibson, S. T. Huntington, J. R. Rabeau, A. D. Greentree, J. Salzman, D. Moore, D. N. Jamieson, S. Prawer // Diamond & Related Materials. - 2006. - № 15 - P. 1614-1621.

41. Micro-beam and pulsed laser beam techniques for the micro-fabrication of diamond surface and bulk structures / S. Sciortino, M. Bellini, F. Bosia, S. Calusi, C. Corsi, C. Czelusniak, N. Gelli, L. Giuntini, F. Gorelli, S. Lagomarsino, P. A. Mando, M. Massi, P. Olivero, G. Parrini, M. Santoro, A. Sordini, A. Sytchkova, F. Taccetti, M. Vannoni // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. - 2015. -Vol. 348. - P. 191-198.

42. An analytical model for the mechanical deformation of locally graphitized diamond / M. Piccardo, F. Bosia, P. Olivero, N. Pugno // Diamond & Related Materials. 2014. - № 48. - P. 73-81.

43. Characterization of the recovery of mechanical properties of ion-implanted diamond after thermal annealing / M. Mohr, F. Picollo, A. Battiato, E. Bernardi, J. Forneris, A. Tengattini, E. Enrico, L. Boarino, F. Bosia, H.J. Fecht, P. Olivero // Diamond and Related Materials. - 2016. - № 63. - P. 75-79.

44. Formation of buried conductive micro-channels in single crystal diamond with MeV C and He implantation / F. Picollo, P. Olivero, F. Bellotti, Z. Pastuovic, N. Skukan, A. L. Giudice, G. Amato, M. Jaksic, E. Vittone // Diamond and Related Materials. - 2010. - № 19, № 5-6. - P. 466-469.

45. Low energy ion implantation and electrochemical separation of diamond films / M. Marehywka, P. E. Pehrsson, D. J. Vestyck, D. Moses // Applied Physics Letters. -1993. - Vol. 63, № 25. - P. 3521.

46. Jeschke, H. O. Microscopic analysis of the laser-induced femtosecond

graphitization of diamond / H. O. Jeschke, M. E. Garcia, K. H. Bennemann //

Physical Review B. - 1999. - Vol. 60, № 6. - P. 3701-3704.

117

47. Сравнительное исследование абляции материалов фемтосекундными и пико/наносекундными лазерными импульсами / Т. В. Кононенко, В. И. Конов, С. В. Гарнов, Р. Даниелиус, А. Пискарскас, Г. Тамошаускас, Ф. Даусингер // Квантовая электроника. - 1999. - Т. 28, № 2. - С. 167-172.

48. Laser-Induced Graphitization on a Diamond (111) / C. Z. Wang, K. M. Ho, M. D. Shirk, P. A. Molian // Surface Physical Review Letters. - 2000. - Vol. 85, № 19. -P. 4092-4095.

49. Early stages of laser graphitization of diamond / V. N. Strekalov, V. I. Konov, V. V. Kononenko, S. M. Pimenov // Applied Physics A. - 2003. - № 76. - P. 603-607.

50. Khmelnitsky, R.A. Transformation of diamond to graphite under heat treatment at low pressure / R.A. Khmelnitsky, A. A. Gippius // Phase Transitions. - 2014. -Vol. 87. -№. 2, - P. 175-192.

51. Effects of high-power laser irradiation on sub-superficial graphitic layers in single-crystal diamond / F. Picollo, S. Rubanov, C. Tomba, A. Battiato, E. Enrico, A. Perrat-Mabilon, C. Peaucelle, T. N. Tran Thi, L. Boarino, E. Gheeraert, P. Olivero // Acta Materialia. - 2016. - № 103. - P. 665-671.

52. Characterization of surface graphitic electrodes made by excimer laser on CVD diamond / M. De Feudis, A. P. Caricato, G. Chiodini, M. Martino, E. Alemanno, G. Maruccio, A. G. Monteduro, P. M. Ossi, R. Perrino, S. Spagnolo // Diamond & Related Materials. - 2016. - № 65. - P. 137-143.

53. Investigation of the microstructure change due to phase transition in nanosecond pulsed laser processing of diamond / G. B. J. Cadot, K. Thomas, J. P. Best, A. A. Taylor, J. Michler, D. A. Axinte, J. Billingham // Carbon. - 2018. - № 127. - P. 349365.

54. Effect of the pulse duration on graphitisation of diamond during laser ablation / V. V. Kononenko, T. V. Kononenko, S. M. Pimenov, M. N. Sinyavskii, V. I. Konov, F. Dausinger // Quantum Electronics. - 2005. - Vol. 35, № 3. - P. 252-256.

55. Microstructuring of diamond bulk by IR femtosecond laser pulses / T. V.

Kononenko, M. Meier, M. S. Komlenok, S. M. Pimenov, V. Romano, V. P. Pashinin

// Applied Physics A. - 2008. - № 90. - P. 645-651.

118

56. Three-dimensional laser writing in diamond bulk / T. V. Kononenko, V. I. Konov, S. M. Pimenov, N. M. Rossukanyi, A. I. Rukovishnikov, V. Romano // Diamond and Related Materials. - 2011. - № 20. - P. 264-268.

57. Kononenko, T. V. Peculiarities of laser-induced material transformation inside diamond bulk / T. V. Kononenko, A. A. Khomich, V. I. Konov // Diamond and related materials. - 2013. - № 37. - P. 50-54.

58. Sun, B. High conductivity micro-wires in diamond following arbitrary paths [Электронный ресурс] / B. Sun, P. S. Salter, M. J. Booth // Applied Physics Letters.

- Электрон. дан. - 2014. - Vol. 105. - P. 231105. - Режим доступа: http://www.eng.ox.ac.uk/dop/publications/MicrowiresDiamond Sun APL 2014.pdf.

- Загл. с экрана. - 01.06.2018.

59. Periodic metallo-dielectric structure in diamond / M. Shimizu, Y. Shimotsuma, M. Sakakura, T. Yuasa, H. Homma, Y. Minowa // Optics Express. - 2009. - № 17(1). - P. 46-54.

60. Three-dimensional diamond detectors: Charge collection efficiency of graphitic electrodes [Электронный ресурс] / S. Lagomarsino, M. Bellini, C. Corsi, F. Gorelli, G. Parrini, M. Santoro // Applied Physics Letters. - Электрон. дан. - 2013. - № 103.

- P. 233507. - Режим доступа: https://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.4839555. -Загл. с экрана. - 01.06.2018.

61. Caylar, B. Laser-processed three dimensional graphitic electrodes for diamond radiation detectors [Электронный ресурс] / B. Caylar, M. Pomorski, P. Bergonzo // Applied Physics Letters. - Электрон. дан. - 2013. - Vol. 103. - P. 043504. - Режим доступа: https://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.4816328. - Загл. с экрана. -01.06.2018.

62. All-carbon detector with buried graphite pillars in CVD diamond T. Kononenko, V. Ralchenko, A. Bolshakov, V. Konov, P. Allegrini, M. Pacilli // Applied Physics A.

- 2014. - № 114. - P. 297-300.

63. Electrical and Raman-imaging characterization of laser-made electrodes for 3D

diamond detectors / S. Lagomarsino, M. Bellini, C. Corsi, S. Fanetti, F. Gorelli, I.

Liontos // Diamond and related materials. - 2014. - № 43. - P. 23-28.

119

64. Polycrystalline diamond detectors with three-dimensional electrodes / S. Lagomarsino, M. Bellini, M. Brianzi, R. Carzino, V. Cindro, C. Corsi, A. Morozzi, D. Passeri, S. Sciortino, L. Servoli // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A. - 2015. - 796. - P. 42-46.

65. A novel detector with graphitic electrodes in CVD diamond / A. Oh, B. Caylar, M. Pomorski, T. Wengler // Diamond and related materials. - 2013. - 38. - P. 9-13.

66. Three-dimensional graphite electrodes in CVD single crystal diamond detectors: Charge collection dependence on impinging p-particles geometry / G. Conte, P. Allegrini, M. Pacilli, S. Salvatori, T. Kononenko, A. Bolshakov, V. Ralchenko, V. Konov // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A. - 2015. - № 799.

- P. 10-16.

67. Trischuk, W. Diamond Particle Detectors for High Energy Physics / W. Trischuk // Nuclear and Particle Physics Proceedings. - 2016. - Vol. 273-275. - P. 10231028.

68. Laser processing in 3D diamond detectors / S. A. Murphy, M. Booth, L. Li, A. Oh, P. Salter, B. Sun, D. Whitehead, A. Zadoroshnyj // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A. - 2017. - № 845. - P. 136-138.

69. A 3D diamond detector for particle tracking / M. Artuso, F.Bachmair, L.Bani, M.Bartosik et al // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A. - 2016.

- № 824. - P. 402-405.

70. Ivestigation with p-particles and protons of buried graphite pillars in single-crystal CVD diamond / M. Girolamia, G. Conte, D. M. Trucchi, A. Bellucci, P. Oliva, T. Kononenko, A. Khomich, A. Bolshakov, V. Ralchenko, V. Konov, N. Skukan, M. Jaksic, I. Sudic, W. Kada, S. Salvatori // Diamond and Related Materials. - 2018. -Vol. 84. - P. 1-10.

71. Kononenko, T. V. Diamond photonic crystals for the IR spectral range / T. V. Kononenko, P. N. Dyachenko, V. I. Konov // Optics Letters. - 2014. - № 39 (24). -P. 6962-6965.

72. Graphite distributed electrodes for diamond-based photon-enhanced thermionic

emission solar cells / M. Girolami, L. Criante, F. Di Fonzo, S. Lo Turco, A. Mezzetti,

120

A. Notargiacomo, M. Pea, A. Bellucci, P. Calvani, V. Valentini, D. M. Trucchi // Carbon. - 2017. - № 111. - P. 48-53.

73. Courvoisier, A. Inscription of 3D waveguides in diamond using an ultrafast laser [Электронный ресурс] / A. Courvoisier, M. J. Booth, P. S. Salter // Applied Physics Letters. - Электрон. дан. - 2016. - № 109. - P. 031109. - Режим доступа: https://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.4959267. - Загл. с экрана. - 01.06.2018.

74. Diamond-Graphite Equilibrium Line from Growth and Graphitization of Diamond / F. P. Bundy, H. P. Bovenkerk, H. M. Strong, R. H. Wentore // The Journal of the chemical physics. - 1961. - Vol. 35, № 2. - P. 383 - 391.

75. Ferrari, A. C. Robertson J. Interpretation of Raman spectra of disordered and amorphous carbon / A. C. Ferrari, J. Robertson // Physical Review B. - 2000. - № 61(20). - P. 14095-14107.

76. General equation for the determination of the crystallite size La of nanographite by Raman spectroscopy [Электронный ресурс] / L. G. Canfado, K. Takai, T. Enoki, M. Endo, Y.A. Kim, H. Mizusaki, et al.. // Applied Physics Letters. - Электрон. дан. - 2006. - № 88. - P. 163106. - Режим доступа: https://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.2196057. - Загл. с экрана. - 01.06.2018.

77. Shroder, R. E. Analysis of the composite structures in diamond thin films by Raman spectroscopy / R. E. Shroder, R. J. Nemanich // Physical Review B. - Vol. 41, № 6. - 1990. - P. 3738-3745.

78. Observation of sp bonding in tetrahedral amorphous carbon using visible Raman spectroscopy / Z. Y. Chen, J. P. Zhao, T. Yano, T. Ooie, M. Yoneda, J. Sakakibara // Journal of Applied Physics. - 2000. - Vol. 88, № 5. - P. 2305-2308.

79. Laser treatment of diamond films / P. Ascarelli, E. Cappelli, S. Orlando, F. Pinzari // Applied Surface Science. - 1998. - № 127-129. - P. 837-842.

80. Gilkes, K. W. R. Direct quantitative detection of the sp3 bonding in diamond-like carbon films using ultraviolet and visible Raman spectroscopу / K. W. R. Gilkes // Journal of applied physics. - 2000. - Vol. 87, № 10. - P. 7283-7289.

81. Origin of dispersive effects of the Raman D band in carbon materials / M. J Matthews, M. A. Pimenta, G. Dresselhaus, M. S. Dresselhaus, M. Endo // Physical Review B. - 1999. - Vol. 59, № 10. - P. 6585.

82. Raman investigation of femtosecond laser-induced graphitic columns in single-crystal diamond / M. Girolami, A. Bellucci, P. Calvani, V. Valentini, D. M. Trucchi, S. Orlando // Applied Physics A. - 2014. - Vol. 117, № 1. - P. 143-147.

83. Metastable carbon allotropes in picosecond-laser-modified diamond / S. M. Pimenov, A. A. Khomich, I. I. Vlasov, E. V. Zavedeev, A. V. Khomich, B. Neuenschwander, B. Jaggi, V. Romano // Applied Physics A. - 2014. - Vol. 116, № 2. - P. 545-554.

84. Analysis of intrinsic stress distribution in grains of high quality CVD diamond film by micro-Raman spectroscopy / V. G. Vlasov, E. D. Ralchenko, A. A. Obraztsova, A. A. Smolin,V. I. Konov // Thin Solid Films. - 1997. - Vol. 308-309. -P. 168-172.

85. Akahama, Y. High-pressure Raman spectroscopy of diamond anvils to 250 GPa : Method for pressure determination in the multimegabar pressure range / Y. Akahama,

H. Kawamura // Journal of Applied Physics. - 2004. - Vol. 96. - P. 3748-3751.

86. Davies, G. Graphitization of diamond at zero pressure and at a high pressure / G. Davies, T. Evans // Proceedings of the Royal Society of London A. - 1972. - Vol. 328, № 1574. - P. 413-427.

87. Joel ,W. Quantitative measurement of residual biaxial stress by Raman spectroscopy in diamond grown on a Ti alloy by chemical vapor deposition / W. Joel,

I.I.I. Ager, M. D. Drory // Physical Rewiew B. - Vol. 48, № 4. - P. 2601-2607.

88. Strain and microstructure variation in grains of CVD diamond film / N. C. Burton, J. W. Steeds, G. M. Meaden, Y. G. Shreter, J. E. Butler // Diamond and Related Materials. - 1995. - Vol. 4. - P. 1222-1234.

89. Nanocrystalline diamond : Effect of confinement, pressure, and heating on phonon modes / M. J. Lipp, V. G. Baonza, W. J. Evans, H. .E. Lorenzana // Physical Review B. - 1997. - Vol. 56, № 10. - P. 5978-5984.

90. Grimsditch, M. H. Effect of uniaxial stress on the one-center optical phonon of diamond / M. H. Grimsditch, E. Anastassakis, M. Cardona // Physical Review B. -1978. - Vol. 18, № 2. - P. 901-904.

91. Sherman, W. F. The diamond Raman band as a high-pressure calibrant / W. F. Sherman // Journal of Physics C : Solid State Phys. - 1985. - Vol. 18, № 30. - L973-L978.

92. Theoretical strength and cleavage of diamond / R. H. Telling, C. J. Pickard, M. C. Payne, J. E. Field // Physical Review Letters. - 2000. - Vol. 84, № 22. - P. 51605163.

93. Углеродная фотоника / отв. ред. В. И. Конов. - Москва : Наука, 2017. - 327 с. -I SBN 978-5-02-039997-6.

94. Mainwood, A. . Recent developments of diamond detectors for particles and UV radiation/ A. Mainwood // Semiconductor Science and Technology. - 2000. - Vol. 15, № 9. - P. 55-63.

95. Howes, V. R. The Graphitization of diamond / V. R. Howes // Proceedings of the Physical Society. - 1962. - Vol. 80. - P. 648-662.

96. Андреев, В. Д. Спонтанная графитизация и термодеструкция алмаза при T > 2000K / В. Д. Андреев // . Физика твердого тела. - 1999. - Том 41, Вып. 4. - С. 695-701.

97. Seal, M. The Effect of surface orientation on the graphitization of diamond / M. Seal. - Physica Status Solidi (b). - 1963. - Vol. 8. - P. 658-664.

98. Вейко, В. П. Лазерная обработка / В. П. Вейко, М. Н. Либенсон. -Ленинград : Лениздат, 1973. - 190 с.

99. Spatially resolved nanostructural transformation in graphite under femtosecond laser irradiation / A. Marcu, L. Avotina, C. Porosnicu, A. Marinc, C. E. A. Grigorescu, D. Ursescua, M. Lungue, N. Demitrif, C. P. Lungu // Applied Surface Science. - 2015. - Vol. 355. - P. 477-483.

100. Dynamics of Deep Short Pulse Laser Drilling: Ablative Stages and Light

Propagation / T. V. Kononenko, V. I. Konov, S. V. Garnov, S. M. Klimentov, F.

Dausinger // Laser Physics. - 2001. - Vol. 11, № 3. - P. 343-351.

123

101. High rate deep channel ablative formation by picosecond-nanosecond combined laser pulses / S. M. Klimentov, S. V. Garnov, T. V. Kononenko, V. I. Konov, P. A. Pivovarov, F. Dausinger // Applied Physics A. - 1999. - Vol. 69. - P. S633-S636.

102. Photoinduced laser etching of a diamond surface / V. V. Kononenko, M. S. Komlenok, S. M. Pimenov, V. I. Konov // Quantum Electronics. - 2007. - Vol. 37, № 11. - P. 1043-1046.

103. Pulse-periodic laser etching of diamond-like carbon coatings / V. I. Konov, T. V. Kononenko, S. M. Pimenov, A. A. Smolin, N. I. Chapliev // Soviet Journal of Quantum Electronics. - 1991. - Vol. 21, № 10. - P. 1112-1115.

104. Laser Induced Nanoablation of Diamond Materials / M. S. Komlenok, V. V. Kononenko, V. G. Ralchenko, S. M. Pimenov, V. I. Konov // Physics Procedia. -2011. - Vol. 12, Part B. - P. 37-45.

105. Electrical, crystallographic, and optical properties of ArF laser modified diamond surfaces / M. W. Geis, M. Rothschild, R. R. Kunz, R. L Aggarwal, K. F. Wall, C. D. Parker, K. A. McIntosh, N. N. Efremow, J. J. Zayhowski, D. J. Ehrlich, J. E. Butler // Appied Physics. Letters. - 1989. - Vol. 55, № 22. - P. 2295-2297.

106. Diamond detectors with laser induced surface graphite electrodes / M. Komlenok, A. Bolshakov, V. Ralchenko, V. Konov, G. Conte, M. Girolami, P. Oliva, S. Salvatori // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A. - 2016. -Vol. 837. - P. 136-142.

107. Femtosecond laser microstructuring in the bulk of diamond / T. V. Kononenko, M. S. Komlenok, V. P. Pashinin, S. M. Pimenov, V. I. Konov, M. Neff, V. Romano, W. Luthy // Diamond & Related Materials. - 2009. - Vol. 18, № 2-3. - P. 196-199.

108. Microscopic investigation of single-crystal diamond following ultrafast laser irradiation / E. M. Hsu, N. A. Mailman, G. A. Botton, H. K. Haugen // Applied Physics A. - 2011. - Vol. 103, № 1. - P. 185-192.

109. Three dimensional laser microfabrication in diamond using a dual adaptive

optics system / R. D. Simmonds, P. S. Salter, A. Jesacher, M. J. Booth // Optics

Express. - 2011. - Vol. 19, № 24. - P. 24122-24128.

124

110. Femtosecond laser writing of buried graphitic structures in bulk diamond / M. Neff, T. V. Kononenko, S. M. Pimenov, V. Romano, W. Luthy, V. I . Konov // Applied Physics A. - 2009. - Vol. 97(3). - P. 543-547.

111. Couairon, A. Femtosecond filamentation in transparent media / A. Couairon A., A. Mysyrowicz // Physics Reports. - 2007. - Vol. 441. - P. 47-189.

112. Spreading of Intense Laser Beams Due to Filamentation / S. Wilks, P. E. Young, J. Hammer, M. Tabak, W. L. Kruer // Physical Review Letters. - 1994. - Vol. 73, № 22. - P. 2994-2996.

113. Kandidov, V. P. Filamentation of high-power femtosecond laser radiation / V. P. Kandidov, S. A. Shlenov, O. G. Kosareva // Quantum Electronics. - 2009. - Vol. 39, № 3. - P. 205-228.

114. Filamentation of ultrashort pulse laser beams resulting from their propagation over long distances in air / B. L. Fontaine, F. Vidal, Z. Jiang, C. Y. Chien, D. Comtois, A. Desparois, T. W. Johnston, J.-C. Kieffer, H. Pe'pin, H. P. Mercure // Physics of Plasmas. - 1999. - Vol. 6, № 5. - P. 1615-1621.

115. Polynkin P. Filamentation of Femtosecond Laser Airy Beams in Water / P. Polynkin, M. Kolesik, J. Moloney // Physical Review Letters. - 2009. - Vol. 103, № 12. - P. 123902-1-123902-4.

116. Picosecond-laser-induced structural modifications in the bulk of single-crystal diamond / S. M. Pimenov, I. I. Vlasov, A. A. Khomich, B Neuenschwander, M. Muralt, V. Romano // Applied Physics A. - 2011. - Vol. 105, № 3. - P. 673-677.

117. Effect of crystal orientation on picosecond-laser bulk microstructuring and Raman lasing in diamond / S. M. Pimenov, B. Neuenschwander, B. Jaggi, V. Romano // Applied Physics A. - 2014. - Vol. 114, № 4. - P. 1309-1319.

118. Бочаров, А. М. Исследование технологических процессов обработки монокристаллов алмаза : учеб. пособие для студентов втузов / А. М. Бочаров. -Смоленск : Кристалл, 1998. - 318 с.

119. Schuelke, T. Diamond polishing / T. Schuelke, T. A. Grotjohn // Diamond and Related materials. - 2013. - Vol .32. - P. 17-26.

120. Grillo, S. E. Diamond polishing : the dependency of friction and wear on load and crystal orientation / S. E. Grillo, J. E. Field, F. M. van Bouwelen // Journal of Physics D : Applied Physics. - 2000. - Vol. 33. - P. 985-990.

121. Chemical/ mechanical polishing of diamond films assisted by molten mixture of LiNO3 and K NO3 / C.Y. Wang, F.L. Zhang, T.C. Kuang, C.L. Chen // Thin solid films. - 2006.-Vol. 496. - P. 698-702.

122. Bloemberg N. Role of cracks, pores, and absorbing inclusions on laser induced damage threshold at surfaces of transparent dielectrics// Applied Optics. - 1973.-Vol. 12. - P. 661-664.

123. Мошников, В. А. Атомно-силовая микроскопия для нанотехнологии и диагностики : учеб. пособие / В. А. Мошников, Ю. М. Спивак. - Санкт-Петербург : Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2009. - 80 с.

124. Graphitization wave in diamond bulk induced by ultrashort laser pulses / T. V. Kononenko, E. V. Zavedeev, V. V. Kononenko, K. K. Ashikkalieva et al. // Applied Physics A - vol. 119 - 2015. - Р. 405-14.

125. Surface graphitization of diamond at high temperatures / D. V.Fedoseev, S. P. Vnukov, V. L. Bukhovets, B. A. Anikin // Surface and Coatings Technology. - 1986. - Vol. 28, № 2. - P. 207-214.

126. Kononenko, T.V. Deformation of a laser beam in the fabrication of graphite microstructures inside a volume of diamond / Т. V Kononenko, E. V. Zavedeev // Quantum Electronics. - 2016. - Vol. 46, № 3. - P. 229-235.

127. High resolution structural characterisation of laser-induced defect clusters inside diamond / P. S. Salter, M. J. Booth, A. Courvoisier, D. A. J. Moran, D. A. MacLaren // Applied Physics Letters. - 2017. - Vol. 111. - P. 081103-1- 081103-5.