Фотолюминесценция и генерация второй гармоники в кремнии в наносистемах типа металл-полупроводник тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Ларин Артем Олегович

• Ларин Артем Олегович
• кандидат наук
• 2023

Оглавление диссертации кандидат наук Ларин Артем Олегович

Оглавление

Реферат

Synopsis

Введение

Глава 1. Источники излучения на основе кремния:

литературный обзор

1.1 Кремниевая нанофотоника

1.2 Фотолюминесценция редкоземельного иона эрбия

1.3 Фотолюминесценция горячих электронов

1.4 Генерация второй гармоники

Выводы по главе

Глава 2. Методы изготовления наносистем типа

металл-полупроводник и исследования их свойств

2.1 Методы изготовления гибридных наноструктур

2.1.1 Методы создания тонких пленок

2.1.2 Фемтосекундная лазерная абляция

2.1.3 Литография и лазерная модификация

2.2 Изучение морфологии нанообъектов

2.3 Методы оптической спектроскопии

2.4 Численное решение системы уравнений Максвелла

2.5 Модель диффузионно-дрейфового транспорта носителей заряда . 103 Выводы по главе

Глава 3. Локальное лазерное легирование тонкой пленки гидрогенизированного кремния редкоземельными ионами эрбия

3.1 Сравнение лазерного и термического нагрева при встраивании ионов эрбия в матрицу кремния

3.2 Управление ближним окружением ионов эрбия в процессе лазерного воздействия

3.3 Оптимизация процесса лазерного нагрева трехслойной пленки Si-Er-Si

3.4 Применение локального лазерного легирования для создания меток для защиты от подделок на основе системы Si:Er3+

Выводы по главе

Глава 4. Резонансный поглотитель на основе гибридной метаповерхности как платформа для

фотолюминесценции горячих электронов кремния

4.1 Исследование резонансных свойств резонансного поглотителя на основе гибридной метаповерхности

4.2 Генерация фотолюминесценции горячих электронов кремния в гибридной метаповерхности

4.2.1 Изготовление резонансного поглотителя

4.2.2 Особенность многофотонно-индуцированной фотолюминесценции в гибридной метаповерхности

4.2.3 Спектрально-разрешенное измерение кинетики затухания фотолюминесценции горячих электронов в гибридной метаповерхности

Выводы по главе

Глава 5. Гибридная наночастица с пористой морфологией плазмонной части для широкополосного усиления фотолюминесценции

5.1 Особенности внутренней структуры плазмонных наночастиц с вкраплением множества нанокристаллов кремния

5.2 Эволюция внутренней структуры гибридных наночастиц при термическом нагреве

5.3 Исследование резонансных свойств гибридных наночастиц методами численного решения системы уравнений Максвелла

5.4 Изменение спектральной ширины фотолюминесценции гибридной наночастицы при ее нагреве

Выводы по главе

Глава 6. Индуцированный статическим электрическим полем генерация второй гармоники в одиночной гибридной наноантенне

6.1 Теория генерации второй гармоники индуцированной электрическим полем

6.2 Разработка одиночной гибридной наноантенны

6.3 Генерация второй гармоники в гибридной наноантенне

6.4 Роль барьера Шоттки в формировании эффекта индуцированного электрическим полем генерация второй гармоники

Выводы по главе

Заключение

Список сокращений и условных обозначений

Список литературы

Список иллюстративного материала

Благодарности

Приложение А. Влияние плотной электрон-дырочной плазмы

на диэлектрическую проницаемость полупроводника

Приложение Б. Размер изменяемой области и определение

соответствующего порогового значения

Приложение В. Расчет оценочного числа нанозерен кремния в

гибридных наноструктурах

Приложение Г. Основные публикации автора по теме

диссертации

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Фотолюминесценция и генерация второй гармоники в кремнии в наносистемах типа металл-полупроводник»

Реферат

Общая характеристика диссертации

Актуальность темы. Технологический прогресс современных устройств стремится к миниатюризации используемых систем и переходу от операций электрическими сигналами к оптическим [1; 2], поскольку электронные устройства обработки информации достигли свои фундаментальные пределы [3]. Это привело к созданию концепции интегрально-оптических чипов, представляющих собой многокомпонентное фотонное устройство на единой подложке [4]. Путь от электронного чипа к оптическому заключается в поэтапной замене электрических компонент на оптические аналоги для достижения новых рекордов скорости обработки и передачи информации. Все успехи и знания, собранных при разработки передового устройства будущего, образовали такое научное направление, как нанофотоника, которая исследует процессы взаимодействия фотонов с материалами, обладающих характерными размерами 1-100 нанометров [5; 6].

Для плавного перехода от электроники к фотонике необходимо использовать устройства из материала, который совместим с комплементарными структурами металл-оксид-полупроводник (КМОП). Кремний (81) является КМОП совместимым полупроводником, который давно себя зарекомендовал как многофункциональный материал для электроники [7] и последнее десятилетие захватывает области нанофотоники из-за высокого показателя преломления 3.5) и низких пот ерь 10-2) в оптическом диапазоне длин волн [8—11]. На данный момент эти оптические свойства кремния позволили успешно создать элементную базу нанофотоники из пассивных компонент для манипуляции оптическими потоками (волноводы, разветвители, каплеры/декаплеры, фильтры) [4]. Кроме пассивных компонент оптического чипа необходима реализация активных компонент модуляторы, детекторы и источники излучения. Имеется много исследований и устройств, где кремний рассматривается как материал для модуляции и детектирования сигнала [4]. Однако, использование этого полупроводника в качестве источника излучения ограничено, так как эффективность люминесценции очень мала из-за непрямой запрещенной зоны [12]. В качестве нелинейного преобразователя оптической частоты четных гармоник

кремний также не эффективен из-за наличия центра инверсии кристаллической решетки [8; 13]. Тем не менее это не останавливает научное сообщество находить новые пути для получения источников излучения на основе одного из самого популярного материала, что также закладывает основу для фундаментальных и практических исследований в науке [14 17].

В настоящее время разработаны подходы к созданию светоизлу чающих наноструктур на основе кремния, где выходная эффективность была повышена за счет собственных резонансов. Так, например, в работе [18] представлены результаты усиления генерации второй гармоники в кремниевых наносферах за счет Ми резонансов и связи нелинейного отклика с внутренней структурой полупроводника; в работе [19] были разработаны светоизлу чающие кремниевые наноструктуры в виде цепочки нанодисков с германиевыми квантовыми точками, у которых излучение было усилено за счет высокодобротнох мод одномерной периодической наноструктуры; в работе [20] представлено усиление фотолюминесценции эрбия за счет кремниевых наноструктур, где редкоземельный ион располагался в щели между двумя наноцилиндрами. В качестве подходящей платформы для разработки оптических устройств и увеличения эффективности излучающих материалов может стать гибридная нанофотони-ка [21]. Суть данного направления заключается в объединении преимуществ металлов и материалов с высоким показателем преломления в одной единой структуре. Это дает большую степень свободы при настройке спектров излучения наноструктуры в широком диапазоне длин волн, а также получения новых эффектов. Для дальнейшего развития методов создания кремниевых источников излучения необходимо решить научные проблемы, связанные с (1) излучением кремния на длинах волн третьего окна прозрачности при комнатных условиях для задач телекоммуникации, (2) управлением спектром фотолюминесценции кремния за счет изменения внутренней морфологии нано-объектов, (3) повышением эффективности поглощения света с малой энергией фотона (равен или меньше энергии запрещенной зоны) при генерации электронов, и (4) контроля нелинейно-оптического отклика наноструктуры (например, квадратичной нелинейности) за счет света и другое.

Поэтому для решения установленных задач в представленной диссертационной работе продемонстрированы результаты экспериментальных и теоретических исследований наносистем типа металл-полупроводник для разработки излучающих наноструктур на основе кремния, демонстрирующих излучение в

широком спектральном диапазоне при многофотонном поглощении и на длинах волн третьего окна прозрачности. В первой части работы исследованы особенности встраивания редкоземельного иона эрбия в матрицу гидрогенизированного кремния в процессе локального лазерного легирования. Во второй части представлено исследование формирования фотолюминесценции горячих электронов кремния, который расположен в нанозазоре резонансного поглотителя на основе гибридной метаповерхности. В третьей части представлена взаимосвязь внутренней структуры гибридных наночастиц на спектральную ширину фотолюминесценции горячих электронов и методы ее контроля. В завершающей части для гибридной наноантенны продемонстрирована возможность наводить статическое электрическое поле при ее облучении на контакте металл-полупроводник, и показана роль этого поля на формирование сигнала генерации второй гармоники.

Целью диссертационной работы является исследование и создание металл-полупроводниковых (гибридных) наносистем на основе кремния для управления процессами фотолюминесценции и генерации второй гармоники кремния в них.

В ходе работы были решены следующие задачи:

1. Экспериментально исследовать оптический отклик ионов эрбия, встраиваемых в матрицу кремния при воздействии фемтосекундным лазерным излучением.

2. Теоретически и экспериментально исследовать оптические свойства резонансных металл-полупроводниковых наноструктур для управления фотолюминесценцией кремния при рекомбинации горячих электронов.

3. Теоретически и экспериментально исследовать оптически индуцированное статического электрического поля, возникающего на границе металл-полупроводник, при генерации второй гармоники в гибридных наноантеннах.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Воздействие на поверхность трехслойной тонкой пленки — Ег — 31 фемтосекундными лазерными импульсами приводит к встраиванию эрбия в матрицу кремния и формированию одного из двух типов окружения иона эрбия (с — или а — БгО^) в зависимости от выбранной плотности энергии лазерного излучения.

и

2. При резонансном возбуждении фундаментальной моды гибридной метаповерхности с кремнием в нанозазоре между золотыми минидисками и тонкой пленкой золота фемтосекундным лазерным излучением ближнего инфракрасного диапазона наблюдается генерация широкополосной фотолюминесценции в оптическом диапазоне длин волн 450-900 им с эффективностью порядка 10-3, обусловленной многофотонным поглощением. На длинах волн мод высшего порядка метаповерхности (второго и третьего) время затухания фотолюминесценции уменьшается более чем на 50% по сравнению с временем затухания вне резонансов.

3. Внутренняя структура гибридной наночастицы, состоящей из золотой наносферы с интегрированными нанокристаллами кремния, определяет ширину спектра усиления электрического поля в объеме кремниевых нанокристаллов. Изменение внутренней структуры такой наночастицы при нагреве приводит к уменьшению спектральной ширины многофотонной фотолюминесценции кремния, возникающей при облучении наночастицы фемтосекундными лазерными импульсами.

4. Воздействие фемтосекундного лазерного излучения на длине волны ближнего инфракрасного диапазона на гибридную наноантенну, состоящую из золотой наносферы, расположенной на усеченном кремниевом наноконусе, приводит к формированию оптически-индуцированного статического электрического поля на контакте металл-полупроводник, вследствие чего при превышении пороговой мощности возбуждающего фемтосекундного лазерного излучения зависимость интенсивности второй гармоники от мощности накачки имеет неквадратичный характер.

Научная новизна.

1. Продемонстрирован метод фемтосекундного локального лазерного легирования тонких пленок гидрогенизированного кремния редкоземельными ионами эрбия.

2. Разработан резонансный поглотитель на основе гибридной метаповерхности с кремнием в качестве излучающего материала в нанозазоре между золотыми наноцилиндрами и золотой пленкой, а также продемонстрированы преимущества использования мод резонансной структуры при формировании ап-конверсионной фотолюминесценции кремния.

3. Продемонстрирован подход к созданию гибридных наночастиц с пористой морфологией плазмонной части, где полупроводник полностью заполняет объем пор. Установлена взаимосвязь спектральной ширины ап-конверсионной фотолюминесценции от особенности внутренней структуры в гибридной наночастице через отношение поверхности к объему пористого металла.

4. Показан эффект индуцированного электрическим полем генерации второй гармоники в одиночной гибридной наноантенне с прямым контактом металл-полупроводник при высокой концентрации электрон-дырочной плазмы в полупроводнике.

Фундаментальная и практическая значимость работы заключается в том, что автором были продемонстрированы металл-полупроводниковые наноструктуры для создания источников излучения на основе объемного кремни. Продемонстрировано, что тип окружения редкоземельных ионов эрбия в матрице кремния, интегрированных при облучении поверхности трех-слойной пленки БьЕг-Б! фемтосекундными лазерными импульсами, определяется плотностью энергии лазерного воздействия. Наблюдаемые результаты были применимы для создания меток для защиты от подделок на основе системы 8!:Е13+. На основе полученных данных был продемонстрирован подход создания защитных меток высоко степени защиты, а также результаты имеют перспективы для создания источников ближнего ПК излучения на длинах волн третьего окна прозрачности для телекоммуникационных систем и сетей. Продемонстрирован эффект фотолюминесценции горячих электронов в объемном кремнии благодаря собственным модам резонансного поглотителя на основе гибридной метаповерхности за счет увеличения эффективности локализации поля накачки в объеме кремния и высокого коэффициента Парселла на длинах волн излучения. Особенности резонансного поглотителя позволили создать ап-конверсионный источник излучения на основе объемного кремния самого малого размера для задач активных компонент интегрально-оптических чипов, а также перспективно для экспериментальном исследований задач динамики носителей зарядов при очень больших концентрациях. Продемонстрированы перспективы применения метода лазерной абляции двухслойных пленок кремний-золото для создания массива одиночных гибридных наночастиц, где плазмонная часть имеет пористую морфологию, а объем пор заполнен кристаллически-

ми нанозернами кремния. Показано, что благодаря резонансным особенностям плазменной части открывается возможность усиления фотолюминесценции кремния одновременно в широком диапазоне длин волн и иметь наноразмер-ный источник "белого излучения", что перспективно для био-визуализации и создания оптически-активных зондов ближнего поля для сканирующих оптических ближнепольных микроскопов. Также разработана гибридная наноантенна и для нее показана возможность наведения оптически-индуцированного статического электрического поля на контакте металл-полупроводник, которое было использовано для управляемого изменения нелинейной восприимчивости второго порядка кремния и контроля выходного сигнала генерации второй гармоники. Наблюдаемый результат имеет перспективы использования при создании оптических нанотранзисторов для реализации оптических логических элементов для сверхбыстрой обработки оптических сигналов.

Достоверность полученных результатов была обеспечена использованием высокотехнологичного оборудования на всех этапах исследований, а также проведением измерений на тестовых образцах. Экспериментальные результаты подкреплены теоретическими моделями и находятся в хорошем согласовании с результатами численного моделирования, а также не имеют противоречий с ранее опубликованными работами. Также результаты работы многократно обсуждались на конференциях различного уровня, на которых подтверждено, что они не противоречат известным экспериментальным и теоретическим представлениям.

Апробация работы. Основные результаты работы были представлены на 6 на всероссийских и международных конференциях:

1. METANANO 2019 IV International Conference on Metamaterials and Nanophotonics. Investigation of the nonlinear optical response from hybrid nanosponge structure. Saint-Petersburg, Russia, July 15-19, 2019.

2. METANANO 2020 V International Conference on Metamaterials and Nanophotonics. Laser annealing process for the tuning of the hybrid-sponge nanostructure photoluminescence. online, September 14 - 18, 2020.

3. Metamaterials 2020 14th International Congress on Artificial Materials for Novel Wave Phenomena. Enhanced White-light Photoluminescence in

Hybrid Metal-dielectric Nanosponge. online, September 28 - October 3, 2020.

4. METANANO 2021 VI International Conference on Metamaterials and Nanophotonics. Up-conversion photoluminescence specificity of a hybrid sponge nanostructures. Saint-Petersburg, Russia, September 13-17, 2021.

5. SLALOM 2022 5th School on Advanced Light-Emitting and Optical Materials. Perfect metasurface absorber for the silicon up-conversion luminescence. Saint-Petersburg, Russia, November 30 - December 2, 2022

6. Молодежная конференция по физике полупроводников «Зимняя школа 2023». Исследование возможности управления сигналом генерации второй гармоники в наноантенне за счет встроенного электрического поля. Зеленогорск, Россия, Март 2-6, 2023.

Личный вклад автора заключается в формировании и решении исследовательских задач, самостоятельной подготовке образцов, выполнении основных экспериментов, обработка и анализ полученных результатов, объяснении физики процессов. Также автор провел численные расчеты, участвовал в подготовке и публикации статей.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения и 4 приложений. Полный объём диссертации составляет 271 страницу, включая 52 рисунка и 2 таблицы. Список литературы содержит 137 наименований.

Заключение диссертации по теме «Другие cпециальности», Ларин Артем Олегович

Заключение

В ходе выполнения диссертационной работы были исследованы процессы фотолюминесценции и генерации второй гармоники в наносистемах типа металл-полупроводник, где источником излучения выступает кремний.

Краткое изложение основных результатов диссертации:

— Методами оптической спектроскопии исследован процесс встраивания редкоземельных ионов эрбия в матрицу тонкой пленки гилротонизированного кремния за счет неравновесных термодинамических процессов методом локального фемтосекундного лазерного легирования, а тип окружения иона эрбия (кристаллический или аморфный) определяется плотностью энегрии воздействующего излучения.

— Продемонстрировано увеличение эффективности фотолюминесценции горячих электронов кремния за счет увеличения эффективности возбуждения электронов при резонансном возбуждении на длине волны фундаментальной моды резонансного поглотителя на основе гибридной метаповерхности и уменьшения кинетики затухания фотолюминесценции на длинах волн моды второго и третьего порядков за счет эффекта Парселла.

— Изучены гибридные наночастицы с пористой морфологией плазмонной части для увеличения спектральной ширины фотолюминесцецнии горячих электронов и показано, что увеличение отношения поверхности плазмонной части к ее объему приводит к практически линейному увеличению спектральной ширины усиления.

— Показаны процессы формирования статического электрического поля в одиночной гибридной наноантенне вблизи области контакта металл-полупроводник за счет пространственного разделения оптически сгенерированных зарядов и их роль при формировании генерации второй гармоники в полупроводнике с центром инверсии.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Ларин Артем Олегович, 2023 год

Список литературы

1. Girtan M. Is photonics the new electronics? // Materials Today. — 2014. — T 17? jspo 3 _ c. 100—101.

2. Cheng J., Zhou H., Dong J. Photonic matrix computing: from fundamentals to applications // Nanomaterials. — 2021. — T. 11, № 7. — C. 1683.

3. Shalf J. The future of computing beyond Moore's Law // Philosophical Transactions of the Royal Society A. - 2020. - T. 378, № 2166. -C. 20190061.

4. On-chip nanophotonics and future challenges / A. Karabchevsky [h ,np.] // Nanophotonics. - 2020. - T. 9, № 12. - C. 3733 3753.

5. Prasad P. N. Nanophotonics. — John Wiley & Sons, 2004.

6. All-dielectric materials and related nanophotonic applications / J. Yan [h /i,p.] // Materials Science and Engineering: R: Reports. — 2020. — T. 141. — C. 100563.

7. Silicon photonic network-on-chip and enabling components / T. Hu [h ,np.] // Science China Technological Sciences. — 2013. — T. 56. — C. 543 553.

8. Pavesi L. Thirty years in silicon photonics: a personal view // Frontiers in Physics. - 2021. - T. 9. - C. 786028.

9. Review of silicon photonics technology and platform development / S. Y. Siew [h /i,p.] // Journal of Lightwave Technology. — 2021. T. 39. A'0 13. 0. 4374 4389.

10. Hsu C.-Y., Yiu G.-Z., Chang Y.-C. Free-space applications of silicon photonics: A review // Micromachines. - 2022. - T. 13, № 7. - C. 990.

11. Tan D. T. Topological silicon photonics // Advanced Photonics Research. — 2021. - T. 2, № 9. - C. 2100010.

12. Highly efficient nonlinear optical emission from a subwavelength crystalline silicon cuboid mediated by supercavity mode / M. Panmai [h ,np.] // Nature Communications. - 2022. - T. 13, № 1. - C. 1-9.

13. Cazzanelli M.. Schilling J. Second order optical nonlinearity in silicon by symmetry breaking // Applied Physics Reviews. — 2016. — T. 3, № 1. — C. 011104.

14. Shainline J. M.. Xu J. Silicon as an emissive optical medium // Laser & Photonics Reviews. - 2007. - T. 1, № 4. - C. 334 348.

15. Towards integrated tunable all-silicon free-electron light sources / C. Roques-Carmes [h ,np.] // Nature communications. — 2019. — T. 10, № 1. — C. 3176.

16. Wang B., Zhou P., Wang X. Recent Progress in On-Chip Erbium-Based Light Sources // Applied Sciences. - 2022. - T. 12, № 22. - C. 11712.

17. Ran G., Li H., Wang C. On-chip silicon light source: from photonics to plasmonics // Frontiers of Optoelectronics. — 2012. — T. 5. — C. 3—6.

18. Resonant silicon nanoparticles with controllable crystalline states and nonlinear optical responses / S. Makarov [h ,np.] // Nanoscale. — 2018. — T. 10, № 24. - C. 11403-11409.

19. Coupling of germanium quantum dots with collective sub-radiant modes of silicon nanopillar arrays / V. Rutckaia [h ,np.] // Acs Photonics. — 2020. — T. 8, № 1. - C. 209-217.

20. All-Dielectric Silicon Nanoslots for Er 3+ Photoluminescence Enhancement /

B. Kalinic [h AP-] // Physical Review Applied. - 2020. - T. 14, № 1. -

C. 014086.

21. Applications of Hybrid Metal-Dielectric Nanostructures: State of the Art / A. Barreda |n ;ip.| // Advanced Photonics Research. — 2022. — T. 3, № 4. — C. 2100286.

22. Polman A., Coffa S. Properties of rare-earth doped crystalline silicon // Properties of silicon. R. Hull ed. INSPEC. IEE. London. - 1999. - C. 583.

23. Matsuno Y., Sakurai A. Perfect infrared absorber and emitter based on a large-area metasurface // Optical Materials Express. — 2017. — T. 7, № 2. — C. 618-626.

24. Long L., Taylor S., Wang L. Enhanced infrared emission by thermally switching the excitation of magnetic polariton with scalable microstructured V02 metasurfaces // ACS Photonics. - 2020. - T. 7, № 8. - C. 2219-2227.

25. Visible upconversion luminescence of doped bulk silicon for a multimodal wafer metrology / B. I. Afinogenov [m /j,p.] // Optics Letters. 2021. T. 46, № 13. C. 3071 3074.

26. Silicon coupled with plasmon nanocavities generates bright visible hot luminescence / C.-H. Cho [m /j,p.] // Nature photonics. 2013. T. 7, № 4. C. 285 289.

27. Nanoscale generation of white light for ultrabroadband nanospectroscopy / S. Makarov [m /7 Nano letters. 2018. T. 18, № 1. C. 535 539.

28. Crystalline silicon white light sources driven by optical resonances / J. Xiang [m aP.] // Nano Letters. 2021. T. 21, № 6. C. 2397 2405.

29. Lighting up silicon nanoparticles with Mie resonances / C. Zhang [m /j,p.] // Nature Communications. 2018. Hiojib. T. 9, № 1. URL: https : //doi.org/10.1038/s41467-018-05394-z.

30. Si/Au Hybrid Nanoparticles with Highly Efficient Nonlinear Optical Emission: Implication for Nanoscale White Light Sources / X. He [m /j,p.] // ACS Applied Nano Materials. 2022. T. 5, № 8. C. 10676 10685.

31. Fabrication and characterization of eutectic gold silicon (Au Si) nanowires / J.-S. Lina [m /i,p.] // Journal of Materials Processing Technology. 2008. T. 206. C. 425 430.

32. Laser fabrication of crystalline silicon nanoresonators from an amorphous film for low-loss all-dielectric nanophotonics / P. Dmitriev [m /j,p.] // Nanoscale. 2016. T. 8, № 9. C. 5043 5048.

33. Kuznetsov A., Koch J., Chichkov B. Laser-induced backward transfer of gold nanodroplets // Optics express. 2009. T. 17, № 21. C. 18820 18825.

34. Kabalnov A. Ostwald ripening and related phenomena // Journal of Dispersion Science and Technology. 2001. T. 22, № 1. C. 1 12.

35. Formation of epitaxial gold nanoislands on (100) silicon / E. Piscopiello [m AP-] /7 Physical Review B. 2008. T. 78, № 3. C. 035305.

36. Wang D.. Schaaf P. Plasmonic nanosponges // Advances in Physics: X. 2018. T. 3, № 1. C. 1456361.

37. Efficient second-harmonic generation in nanocrystalline silicon nanoparticles / S.V. Makarov [mp.] //Nano letters. 2017. T. 17, № 5. C. 3047 3053.

38. Plasmonic nanosponges filled with silicon for enhanced white light emission / A. Larin |n ;ip.| // Nanoscale. - 2020. - T. 12, № 2. - C. 1013-1021.

39. Laser printing of silicon nanoparticles with resonant optical electric and magnetic responses / U. Zywietz [h ßp.] // Nature communications. — 2014. — T. 5, № 1. - C. 1-7.

40. Time-dependent second-harmonic generation from the Si-SiO 2 interface induced by charge transfer / J. Mihaychuk [h ßp.] // Optics letters. — 1995. — T. 20, № 20. - C. 2063-2065.

41. Yeganeh M. S., Qi J., Yodh A. G. Interfacial electronic trap lifetimes studied by the photomodulation of second-harmonic generation processes // J. Opt. Soc. Am. B. - 1993. - T. 10, № 11. - C. 2093-2099.

42. Lide D. R. CRC handbook of chemistry and physics. T. 85. — CRC press, 2004.

43. Magnetic light / A. I. Kuznetsov [h ßp.] // Scientific reports. — 2012. — T. 2, ..V" 1. - C. 492.

44. All-dielectric thermonanophotonics / G. P. Zograf [h ßp.] // Advances in Optics and Photonics. - 2021. - T. 13, № 3. - C. 643-702.

45. Radial bound states in the continuum for polarization-invariant nanophotonics / L. Kühner [h ßp.] // Nature communications. — 2022. — T. 13, № 1. - C. 4992.

46. Metal-dielectric nanocavity for real-time tracing molecular events with temperature feedback / V. A. Milichko [h ßp.] // Laser & Photonics Reviews. - 2018. - T. 12, № 1. - C. 1700227.

47. Kang Z., Liu F., Lee S.-T. Small-sized silicon nanoparticles: new nanolights and nanocatalysts // Nanoscale. — 2011. — T. 3, № 3. — C. 777 791.

48. All-optical nanoscale heating and thermometry with resonant dielectric nanoparticles for controllable drug release in living cells / G. P. Zograf [h Äp.] // Laser k Photonics Reviews. - 2020. - T. 14, № 3. - C. 1900082.

49. Lighting up silicon nanoparticles with Mie resonances / C. Zhang [h ßp.] // Nature Communications. — 2018. — T. 9.

50. Mie-Resonant Silicon Nanoparticles for Physically Unclonable Anti-Counterfeiting Labels / P. Kustov [h ,np.] // ACS Applied Nano Materials. — 2022. - T. 5, № 8. - C. 10548-10559.

51. All-dielectric nanophotonics: the quest for better materials and fabrication techniques / D. G. Baranov |n ;ip.| // Optica. — 2017. — T. 4, № 7. — C. 814-825.

52. Fano resonances in photonics / M. F. Limonov [h ,np.] // Nature Photonics. — 2017. - T. 11, № 9. - C. 543-554.

53. High-harmonic generation from resonant dielectric metasurfaces empowered by bound states in the continuum / G. Zograf [h ,np.] // ACS Photonics. — 2022. - T. 9, № 2. - C. 567-574.

54. Roadmap on all-optical processing / P. Minzioni [h ,np.] // Journal of Optics. - 2019. - T. 21, № 6. - C. 063001.

55. Sasikala V., Chitra K. All optical switching and associated technologies: a review // Journal of Optics. - 2018. - T. 47, № 3. - C. 307-317.

56. Erbium dopants in nanophotonic silicon waveguides / L. Weiss [h ,np.] // Optica. - 2021. - T. 8, № 1. - C. 40-41.

57. 1.54-^m luminescence of erbium-implanted III-V semiconductors and silicon / H. Ennen |n ;ip.| // Applied Physics Letters. - 1983. - T. 43, № 10. - C. 943945.

58. 1.54-^m electroluminescence of erbium-doped silicon grown by molecular beam epitaxy / H. Ennen [h ,np.] // Applied Physics Letters. — 1985. — T. 46, № 4. - C. 381-383.

59. Polman A. Erbium implanted thin film photonic materials //J. Appl. Phys. — 1997. - T. 82, № 1. - C. 1-39.

60. Energy backtransfer and infrared photoresponse in erbium-doped silicon p-n diodes / N. Hamelin [h ,np.] // Journal of Applied Physics. — 2000. — T. 88, ..V" 9. - C. 5381-5387.

61. Optically active erbium centers in silicon / H. Przybylinska [h ,np.] // Physical Review B. - 1996. - T. 54, № 4. - C. 2532.

62. Polman A. Erbium as a probe of everything? // Physica B: Condensed Matter. - 2001. - T. 300, № 1-4. - C. 78-90.

63. On the generation of optically active Er centers in Si light emitting diodes / W. Jantsch [и др.] // Physica В: Condensed Matter. 1999. T. 273. C. 330 333.

64. Оптическая спектроскопия кристаллического и аморфного состояний мо-либдата европия / С. Шмурак [и др.] // Физика твердого тела. 2006.

Т. 48, № 1. С. 48 54.

65. Erbium-doped silicon films grown by plasma-enhanced chemical-vapor deposition / J. Rogers [и др.] // Journal of applied physics. 1995.

T. 78, № 10. C. 6241 6248.

66. Matsuoka M., Tohno S.-i. 1.54 цш photoluminescence of in situ erbium-oxygen co-doped silicon films grown by ion-beam epitaxy // Journal of applied physics. 1995. T. 78, № 4. C. 2751 2757.

67. Optical centers related to laser-doped erbium in silicon / K. Nakashima [и др.] // Materials research society symposium proceedings. T. 422. 1996. C. 75 80.

68. Landsberg G. Optica. Mir, 1985. URL: https ://books . google . ru/ books?id=VMphwAEACAAJ.

69. Li A. Interaction of nanoparticles with radiation // arXiv preprint astro-ph/0311066. 2003.

70. Спектр и поляризация фотолюминесценции горячих электронов в полупроводниках / Б. П. Захарченя [и др.] // Успехи физических наук. 1982. Т. 136, № 3. С. 459 499.

71. Two-and three-photon absorption and frequency upconverted emission of silicon quantum dots / G. S. He [и др.] // Nano letters. 2008. T. 8, № 9. C. 2688 2692.

72. Red spectral shift and enhanced quantum efficiency in phonon-free photoluminescence from silicon nanocrystals / W. De Boer [и др.] // Nature Nanotechnology. 2010. T. 5, № 12. C. 878 884.

73. Lighting up Si nanoparticle arrays by exploiting the bound states in the continuum formed in a Si/Au hybrid nanostructure / L. Zhou [и др.] // ACS Photonics. 2022. T. 9, № 9. C. 2991 2999.

74. An antenna model for the Pureell effect / A. E. Krasnok [m /j,p.] // Scientific Reports. 2015. Abf. T. 5, № 1. URL: https ://doi . org/10.1038/ srepl2956.

75. Modifying Mie resonances and carrier dynamics of silicon nanoparticles by dense electron-hole plasmas / J. Xiang [m /j,p.] // Physical Review Applied. 2020. T. 13, № 1. C. 014003.

76. Studies of hot photoluminescence in plasmonically coupled silicon via variable energy excitation and temperature-dependent spectroscopy / C. O. Aspetti [m aP.] // Nano letters. 2014. T. 14, № 9. C. 5413 5422.

77. Tunable, broadband and high-efficiency Si/Ge hot luminescence with plasmonic nanocavity array / G. Qi [m /j,p.] // Journal of Applied Physics. 2016. T. 119, № 22. C. 223101.

78. Hybrid Au@Si microspheres produced via laser irradiation in liquid for nonlinear photonics / S. O. Gurbatov [m /j,p.] // Optics & Laser Technology. 2022. T. 147. C. 107666. URL: https : //www. sciencedirect. com/ science/article/pii/S0030399221007544.

79. Multigram-Scale Production of Hybrid Au-Si Nanomaterial by Laser Ablation in Liquid (LAL) for Temperature-Feedback Optical Nanosensing, Light-to-Heat Conversion, and Anticounterfeit Labeling / S. O. Gurbatov [m /j,p.] // ACS Applied Materials & Interfaces. 2023.

80. Boyd R. W. Nonlinear optics. Academic press, 2020.

81. Strained silicon as a new electro-optic material / R. S. Jacobsen [m /j,p.] // Nature. 2006. T. 441, № 7090. C. 199 202.

82. Enhancement of second-harmonic generation from silicon stripes under external cylindrical strain / J.-H. Zhao [m /j,p.] // Optics letters. 2009.

T. 34, № 21. C. 3340 3342.

83. Second-harmonic generation in silicon waveguides strained by silicon nitride / M. Cazzanelli [m aP.] // Nature materials. 2012. T. 11, № 2. C. 148 154.

84. Electrical control of second-harmonic generation in a WSe 2 monolayer transistor / K. L. Seyler [m /j,p.] // Nature nanotechnology. 2015. T. 10, № 5. C. 407 411.

85. Giant second-harmonic generation in ferroelectric NbOI2 / I. Abdelwahab [h ;ip.| // Nature Photonics. - 2022. - T. 16, № 9. - C. 644 650.

86. Electric field-induced second-order nonlinear optical effects in silicon waveguides / E. Timurdogan [h ,np.] // Nature Photonics. — 2017. — T.

H? jsfo 3 _ C 200^206.

87. Gigantic electric-field-induced second harmonic generation from an organic conjugated polymer enhanced by a band-edge effect / S. Chen [h ,np.] // Light: Science k Applications. - 2019. - T. 8, № 1. - C. 1-6.

88. 100 GHz silicon-organic hybrid modulator / L. Alloatti [h ,np.] // Light: Science & Applications. - 2014. - T. 3, № 5. - el73 el73.

89. Strong modulation of second-harmonic generation with very large contrast in semiconducting CdS via high-field domain / M.-L. Ren [h ,np.] // Nature communications. - 2018. T. 9. ..V" 1. 0. 186.

90. Giant all-optical modulation of second-harmonic generation mediated by Dark excitons / Y. Wang |n ;ip.| //ACS photonics. - 2021. - T. 8, № 8. - C. 2320 2328.

91. Ultrafast, all optically reconfigurable, nonlinear nanoantenna / E. A. A. Pogna |n ;ip.| // ACS nano. - 2021. - T. 15, № 7. - C. 11150 11157.

92. Subwavelength dielectric resonators for nonlinear nanophotonics / K. Koshelev |n ;ip.| // Science. - 2020. - T. 367, ..V" 6475. - C. 288 292.

93. Efficient third harmonic generation from metal-dielectric hybrid nanoantennas / T. Shibanuma [h ,np.] // Nano letters. — 2017. — T. 17, ..V" 4. - C. 2647 2651.

94. Reshaping the Second-Order Polar Response of Hybrid Metal-Dielectric Nanodimers / C. Renaut |n ;ip.| // Nano letters. — 2019. — T. 19, № 2. — C. 877 884.

95. Enhanced Second-Harmonic Generation from Sequential Capillarity-Assisted Particle Assembly of Hybrid Nanodimers / F. Timpu [h ,np.] // Nano Lett. — 2017. - T. 17, № 9. - C. 5381 5388.

96. Johnson P. B., Christy R.-W. Optical constants of the noble metals // Physical review B. - 1972. - T. 6, № 12. - C. 4370.

97. Uncertainty analysis for the coefficient of band-to-band absorption of crystalline silicon / C. Schinke [h ,np.] // AIP Advances. — 2015. — T. 5, № 067168.

98. Levinshtein M.. Rumyantsev S., Shur M. Handbook of Semiconductor Material Parameters // Si, Ge, C (diamond), GaAs, GaP, GaSb, In As, InP, InSb. - 1996. - T. 1.

99. Lide D. R. CRC Handbook of Chemistry and Physics CRC // Boca Raton. — 2008.

100. Van Roosbroeck W. Theory of flow of electrons and holes in germanium and other semiconductors, Bell Systems Tech // J. — 1950. — T. 29. — C. 560^ 607.

101. Bristow A. D., Rotenberg N., Van Dried H. M. Two-photon absorption and Kerr coefficients of silicon for 850-2200 nm // Applied Physics Letters. — 2007. - T. 90, № 19. - C. 191104.

102. Erbium in crystal silicon: optical activation, excitation, and concentration limits / A. Polman [h ,np.] // Journal of applied physics. — 1995. — T. 77, ..V" 3. - C. 1256—1262.

103. Zanatta A., Nunes L., Tessler L. R. Erbium luminescence from hydrogenated amorphous silicon-erbium prepared by cosputtering // Applied physics letters. - 1997. - T. 70, № 4. - C. 511 513.

104. Raman characterization of the structural evolution in amorphous and partially nanocrystalline hydrogenated silicon thin films prepared by PECVD / Z. Li |n ;ip.| // Journal of Raman spectroscopy. — 2011. — T. 42, № 3. — C. 415 421.

105. Veprek S., Sarott F.-A., Iqbal Z. Effect of grain boundaries on the Raman spectra, optical absorption, and elastic light scattering in nanometer-sized crystalline silicon // Physical Review B. - 1987. - T. 36, № 6. - C. 3344.

106. Determining the material structure of microcrystalline silicon from Raman spectra / C. Smit [h ,np.] // Journal of applied physics. — 2003. — T. 94, № 5. - C. 3582.

107. Richter H., Wang Z., Ley L. The one phonon Raman spectrum in microcrystalline silicon // Solid State Communication. — 1981. — T. 39, № 6. - C. 625^629.

108. Balkanski M., Wallis II. F.. Haw E. Anharmonic effects in light scattering due to optical phonons in silicon // Physical Review B. 1983. T. 28, № 4. C. 1928.

109. Erbium-doped GaN bulk crystals as a gain medium for eye-safe high energy lasers / Z. Sun [m /j,p.] // Optical Components and Materials XV. T. 10528. 2018. 105280E.

110. High temperature luminescence due to Er in porous Si / M. Stepikhova [m AP-] /7 Materials Science Forum. 1997. T. 258 263, № 4. C. 1533.

111. Phase transitions in a-Si: H films on a glass irradiated by high-power femtosecond pulses: Manifestation of nonlinear and nonthermal effects / V. Volodin [m aP.] // JETP Letters. 2007. T. 86, № 2. C. 119 122.

112. Fast Reversible Phase Change Silicon for Visible Active Photonics / L. Wang [m Ap.] // Advanced Functional Materials. 2020. T. 30, № 17. C. 1910784.

113. Control of Si-based all-dielectric printing color through oxidation / Y. Nagasaki [m /7 ACS Photonics. 2018. T. 5, № 4. C. 1460 1466.

114. Q. Wang N. K. Duttaa R. A. Spectroscopic properties of Er doped silica glasses // Journal of applied physics. 2004. T. 95, № 8. C. 4025 4028.

115. Luminescent erbium-doped silicon thin films for advanced anti-counterfeit labels / A. O. Larin [m ^p.] // Advanced Materials. 2021. T. 33, № 16. C. 2005886.

116. Formation of Luminescent Structures in Thin a-Si: H Er Films Irradiated by Femtosecond Laser Pulses / A. O. Larin [m /j,p.] // JETP Letters. 2021. T. 114, № 11. C. 681 686.

117. Lee B. J., Wang Ln Zhang Z. Coherent thermal emission by excitation of magnetic polaritons between periodic strips and a metallic film // Optics Express. 2008. T. 16, № 15. C. 11328 11336.

118. Light-emitting metasurfaces / A. Vaskin [m /j,p.] // Nanophotonics. 2019. Hiojib. T. 8, №7. C. 1151 1198. URL: https ://doi . org/10.1515/ nanoph-2019-0110.

119. Tuning of magnetic optical response in a dielectric nanoparticle by ultrafast photoexcitation of dense electron-hole plasma / S. Makarov [h ,np.] // Nano letters. - 2015. - T. 15, № 9. - C. 0187 0192.

120. Nonlinear transient dynamics of photoexcited resonant silicon nanostructures / D. G. Baranov |n ;ip.| // Acs Photonics. - 2010. - T. 3, № 9. - C. 1540 1551.

121. Synthesis of amorphous silicon colloids by trisilane thermolysis in high temperature supercritical solvents / L. E. Pell [h ,np.] // Langmuir. — 2004. — T. 20, № 10. - C. 0540 0548.

122. Femtosecond Laser-Assisted Formation of Hybrid Nanoparticles from Bi-Layer Gold-Silicon Films for Microscale White-Light Source / S. Koromyslov |n ;ip.| // Nanomaterials. - 2022. - T. 12, № 10. - C. 1750.

123. Larin A., Ageev E., Zuev D. Laser annealing process for the tuning of the hybrid-sponge nanostructure photoluminescence // AIP Conference Proceedings. T. 2300. - AIP Publishing LLC. 2020. - C. 020078.

124. Nonlinear optical properties of Sponge Si/Au nanoparticle / A. Larin [h /i,p.] // Journal of Physics: Conference Series. T. 1401. — IOP Publishing. 2020. - C. 012081.

125. Up-conversion photoluminescence specificity of a hybrid sponge nanostructures / A. Larin [h ,np.] // Journal of Physics: Conference Series. T. 2015. - IOP Publishing. 2021. - C. 012082.

120. Larin A., Zuev D. Enhanced White-light Photoluminescence in Hybrid Metal-dielectric Nanosponge // 2020 Fourteenth International Congress on Artificial Materials for Novel Wave Phenomena (Metamaterials). — IEEE. 2020. — C. 108^170.

127. Second-harmonic generation in arrays of spherical particles / W. L. Mochan [h pp.] // Physical Review B. - 2003. - T. 08, № 8. - C. 085318.

128. Coupled electron-hole dynamics at the Si/SiO 2 interface / W. Wang [h ,np.] // Physical review letters. - 1998. - T. 81, № 19. - C. 4224.

129. Fomenko V., Lami J.-F., Borguet E. Nonquadratic second-harmonic generation from semiconductor-oxide interfaces // Physical Review B. — 2001. - T. 03, № 12. - C. 121310.

130. Plasmonic hot carriers-controlled second harmonic generation in WSe2 bilayers / X. Wen |n ;ip.| // Nano letters. - 2018. - T. 18, № 3. - C. 16861692.

131. dc-electric-field-induced second-harmonic generation in Si (lll)-SiO 2-Cr metal-oxide-semiconductor structures / O. Aktsipetrov [h ^p.] // Physical Review B. - 1996. - T. 54, № 3. - C. 1825.

132. Köster U. Crystallization of amorphous silicon films // Physica status solidi (a). - 1978. - T. 48, № 2. - C. 313-321.

133. Approach for fine-tuning of hybrid dimer antennas via laser melting at the nanoscale / Y. Sun [h ^p.] // Annalen der Physik. — 2017. — T. 529, № 3. — C. 1600272.

134. Precise determination of the crystallographic orientations in single ZnS nanowires by second-harmonic generation microscopy / H. Hu [h ^p.] // Nano letters. - 2015. - T. 15, № 5. - C. 3351-3357.

135. Interfacial electronic trap lifetimes studied by the photomodulation of second-harmonic generation processes / M. Yeganeh [h ^p.] // JOSA B. — 1993. — T 1()5 ^ 11. - C. 2093-2099.

136. Levinshtein M. Handbook series on semiconductor parameters. T. 1. — World Scientific, 1997.

137. All-optical generation of static electric field in a single metal-semiconductor nanoantenna / Y. Sun [h ^p.] // Light: Science & Applications. — 2023. — T. 8. - C. 237.