Исследование формирования микро- и наноструктур на поверхности твердых тел при облучении лазерными импульсами наносекундной длительности тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.05, кандидат наук Миколуцкий, Сергей Иванович

• Миколуцкий, Сергей Иванович
• кандидат наук
• 2017

Оглавление диссертации кандидат наук Миколуцкий, Сергей Иванович

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОСТРУКТУР НА ПОВЕРХНОСТИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

1.1. Получение наноструктур с помощью лазерной литографии

1.1.1 Оптическая проекционная литография

1.1.2 Лазерная сканирующая ближнепольная литография

1.2. Наноструктурирование с использованием массива нано- и микросфер

1.2.1 Наносферная литография

1.2.2 Литография массива микролинз

1.3. Наноструктурирование при наложении двух и более лазерных пучков (лазерная интерференционная литография)

1.4. Прямое лазерное наноструктурирование фемтосекундным лазерным излучением

1.5. Прямое лазерное наноструктурирование наносекундным лазерным излучением

ГЛАВА 2. ОБРАЗОВАНИЕ НАНОСТРУКТУР НА ПОВЕРХНОСТИ ТВЕРДОГО ТЕЛА, ОПЛАВЛЕННОГО НАНОСЕКУНДНЫМ ЛАЗЕРНЫМ ИМПУЛЬСОМ

2.1. Выбор модели образования наноструктур при воздействии лазерного излучения на поверхность твердого тела

2.2. Оплавление поверхности твердого тела наносекундным лазерным излучением

2.3. Кристаллизация оплавленного слоя поверхности твердого тела

2.4. Расчет характерных параметров наноструктур на поверхности исследуемых материалов

2.4.1. Титан

2.4.2. Германий

2.4.3. Нержавеющая сталь

ГЛАВА 3. ОБРАЗОВАНИЕ МИКРОННЫХ И СУБМИКРОННЫХ СТРУКТУР ПРИ РЕЛАКСАЦИИ ТЕМПЕРАТУРНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ

3.1. Образование микронных и субмикронных структур на поверхности твердых тел при релаксации температурных напряжений, созданных лазерным нагревом

3.1.1 Процесс деформирования твердого тела и релаксация температурных напряжений в условиях воздействия лазерного излучения

3.1.2 Поведение деформируемого твердого тела в условиях релаксации температурных напряжений

3.1.3 Пространственный период поверхностных структур

3.2. Расчет характерных параметров микронных и субмикронных структур на поверхности исследуемого материала (диоксида циркония)

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТИ МАТЕРИАЛОВ, ОБЛУЧЕННЫХ НАНОСЕКУНДНЫМИ ИМПУЛЬСАМИ АКР-ЛАЗЕРА

4.1. Метод прямого лазерного наноструктурирования

4.2. Описание экспериментальной установки

4.3. Облучение поверхности материалов лазерными импульсами наносекундной длительности

4.3.1 Облучение титана наносекундным АгР-лазером

4.3.2 Облучение германия наносекундным АгР-лазером

4.3.3 Облучение нержавеющей стали наносекундным АгР-лазером

4.3.4 Облучение диоксида циркония наносекундным АгР-лазером

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРА

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование формирования микро- и наноструктур на поверхности твердых тел при облучении лазерными импульсами наносекундной длительности»

ВВЕДЕНИЕ

С момента своего изобретения и по настоящее время лазеры или оптические квантовые генераторы находят широкое применение в различных областях науки и техники. Это обусловило бурное развитие как самих лазерных источников [1], так и элементов силовой оптики, используемых для транспортировки и усиления мощного лазерного излучения [2, 3]. Чтобы удовлетворить растущий спрос в наноматериалах и соответствовать тенденции сокращения размеров устройств и их компонентов, лазеры стали успешно применяться для наноструктурирования [4, 5].

Формирующиеся при лазерном облучении на поверхности различных материалов микро- и наноструктуры в значительной мере определяют их физические свойства и представляют большой интерес для физики твердого тела, физико-химической механики и металловедения.

Нанопокрытия в оптике, нанофотонике, электронике, электротехнике, спектроскопии, солнечной энергетике применяются для улучшения излучательных, электрических, тепловых, электронно-эмиссионных и поглощающих свойств материалов [6-8].

В автомобильной, аэрокосмической, оборонной и атомной промышленности поверхностные микро- и наноструктуры используются для повышения износостойкости керамических и металлических материалов и устройств, работающих в суровых коррозионных условиях, а также улучшения рабочих показателей дизельных и реактивных двигателей при формировании специальных нанопокрытий на их стенках и уменьшения трения между соприкасающимися поверхностями деталей [9, 10].

В стоматологии и ортопедии нанорельефы применяются для повышения биологической совместимости поверхностей протезов и имплантантов с тканями живых организмов [11].

В химической промышленности наноструктуры позволяют индуцировать каталитические свойства материалов, а также изменять смачиваемость поверхности различных материалов [12, 13].

В водородной энергетике возможно повышение мощности топливных элементов за счет наноструктурирования поверхности используемых в них электродов [14].

В связи с этим актуальной на сегодняшний день задачей является разработка физических основ новых методов наноструктурирования, позволяющих создавать рельефы с периодами менее 1 мкм на поверхности различных промышленных материалов с использованием относительно простых и доступных электрофизических установок. Современное состояние исследований по данной тематике помимо накопления практического опыта по изучению механизмов и процессов формирования поверхностных наноструктур, требует появления новых теорий, позволяющих объяснить действие этих механизмов.

К основным методам получения микро- и наноструктур на поверхности твердых тел с использованием лазерного излучения относятся: оптическая проекционная литография, наносферная литография, интерференция нескольких лазерных пучков на поверхности или в объеме материала, комбинирование лазерного излучения с наконечником сканирующего зондового микроскопа (СЗМ) или сканирующего ближнепольного оптического микроскопа (СБОМ), прямое лазерное наноструктурирование с помощью пико- и фемтосекундных лазеров.

Недостатками существующих методов являются их многостадийность (оптическая и наносферная литография), низкая производительность (комбинация лазерного луча с наконечником СЗМ и СБОМ), использование сложного и дорогостоящего оборудования (наноструктурирование с помощью фемто- и пикосекундных лазеров).

Для прямого лазерного наноструктурирования поверхности представляет интерес использование более доступных и простых в эксплуатации наносекундных лазерных источников, в частности, Л^-лазера, имеющего сравнительно короткую длину волны, позволяющую обрабатывать достаточно большое количество материалов с различными свойствами.

Целью настоящей работы является теоретическое и экспериментальное исследование процессов формирования микро- и наноструктур на поверхности твердых тел: металлов и их сплавов, полупроводников и керамик, при облучении лазерными импульсами наносекундной длительности.

В соответствие с поставленной целью сформулированы следующие задачи работы:

- разработать теоретическую модель образования микро- и наноструктур на поверхности твердых тел при облучении лазерными импульсами наносекундной длительности в случае оплавления поверхности материалов в отсутствие интенсивного испарения и в случае релаксации температурных напряжений при температурах лазерного нагрева материала ниже точки плавления;

- провести расчет основных параметров получаемых поверхностных структур для титана, германия, нержавеющей стали и диоксида циркония с помощью соответствующей модели;

- методом прямого лазерного наноструктурирования провести облучение образцов, исследовать их поверхности с помощью атомно-силовой микроскопии и сканирующей электронной микроскопии, определить характерные размеры и особенности полученных структур, выполнить сравнение экспериментальных данных с расчетными.

В диссертационной работе впервые была предложена теоретическая модель образования наноструктур при оплавлении поверхности твердого тела лазерными импульсами наносекундной длительности. С помощью предложенной модели для титана, германия и нержавеющей стали были рассчитаны основные параметры образующихся наноструктур: толщина оплавленного слоя на поверхности материала, время кристаллизации расплава, радиус кристаллического зародыша - в зависимости от плотности падающей энергии и длительности импульсов лазерного излучения.

Впервые рассчитана величина температуры (-1590 К), при которой начинается растрескивание приповерхностного слоя диоксида циркония, и показано, что ее значение почти в два раза ниже точки плавления (2998 К) и близко к температуре фазового перехода (1443 К) в твердой фазе от моноклинной к тетрагональной кристаллической структуре. Показано, что субмикронная толщина отслаивающегося в результате облучения приповерхностного слоя соответствует толщине эффективной зоны тепловыделения в материале за время длительности лазерного импульса.

Впервые на примере германия предложена классификация поверхностных рельефов, получаемых при облучении лазерными импульсами наносекундной длительности, которая включает в себя пять основных типов рельефов, характеризующихся формой и размерами образующихся структур, их периодичностью и физическим механизмом образования структур в зоне пятна облучения.

Предложенная теоретическая модель образования наноструктур при оплавлении поверхности твердого тела лазерными импульсами наносекундной длительности позволяет оценить основные параметры получаемых наноструктур: толщину оплавленного слоя, время кристаллизации расплава и радиус кристаллического зародыша - в зависимости от плотности падающей энергии и длительности импульсов лазерного излучения для различных материалов.

Предлагаемый в работе простой и эффективный метод прямого лазерного наноструктурирования имеет одну стадию обработки - облучение поверхности лазерными импульсами - и не является многостадийным, как ряд предлагавшихся ранее методов наноструктурирования. В методе используется один сфокусированный оптической системой лазерный пучок без дополнительных масок или устройств в виде иглы атомно-силового микроскопа. Использование наносекундного Л^-лазера с длиной волны излучения 193 нм в составе экспериментальной установки позволяет электромагнитному излучению взаимодействовать с достаточно большим

набором материалов с различными физическими свойствами (титан, германий, нержавеющая сталь, диоксид циркония), а также позволяет проводить наноструктурирование достаточно протяженных площадей при сканировании пучком лазерного излучения по обрабатываемой поверхности.

На основании результатов обработки диоксида циркония наносекундными лазерными импульсами подана заявка и оформлен патент «Способ получения микро- и наноструктур на поверхности материалов».

Результаты диссертационной работы использованы при разработке научно-методического материала в виде курса лекций «Введение в теоретические основы прямого лазерного наноструктурирования поверхности материалов» и лабораторного практикума «Прямое лазерное наноструктурирование поверхности материалов» для студентов старших курсов и аспирантов. Данные материалы были включены в учебные программы высшего профессионального образования и НОЦ.

Результаты диссертационной работы были использованы в ФГБУН Институте электрофизики и электроэнергетики, Институте общей физики им. А.М. Прохорова РАН, Физическом институте им. П.Н. Лебедева, а также в АО «Российские космические системы», АО «Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники им. Н.А. Доллежаля».

На защиту выносятся следующие положения:

1. Теоретическая модель образования наноструктур при оплавлении поверхности твердого тела лазерными импульсами наносекундной длительности. Значения диаметра кристаллического зародыша (~ 40 нм) для титана, рассчитанные с помощью предложенной теоретической модели, соответствуют размерам экспериментально полученных наноструктур в виде выпуклостей круглой формы диаметром 40-60 нм при облучении поверхности титана наносекундными импульсами АгР-лазера.

2. Значение периода формируемых структур (около 3 мкм) на поверхности диоксида циркония, рассчитанное с помощью предложенной теоретической модели на основе механизма релаксации температурных

напряжений, находится в хорошем соответствии с экспериментальными данными (1^5 мкм), полученными при облучении диоксида циркония импульсами Л^-лазера длительностью 20 нс.

3. Расчетное значение температуры (-1590 К), при которой начинается растрескивание облученного Л^-лазером приповерхностного слоя диоксида циркония, почти в два раза ниже точки плавления (2998 К) и близко к температуре фазового перехода (1443 К) в твердой фазе от моноклинной к тетрагональной кристаллической структуре. Расчетная толщина эффективной зоны тепловыделения (330 нм) в диоксиде циркония за время длительности лазерного импульса соответствует толщине отслаивающегося в результате облучения приповерхностного слоя материала (300^500 нм).

4. Классификация поверхностных рельефов, получаемых при облучении лазерными импульсами наносекундной длительности, включающая пять основных типов рельефов, характеризующихся формой, размерами, периодичностью и физическим механизмом образования структур в зоне пятна облучения.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Диссертация содержит 132 страницы машинописного текста, 2 таблицы, 49 рисунков по тексту и список литературы, который состоит из 176 ссылок на публикации отечественных и зарубежных авторов.

В первой главе диссертации проведен обзор основных методов получения микро- и наноструктур на поверхности твердых тел с использованием лазерного излучения. Приводятся основные преимущества и недостатки существующих методов.

Во второй главе диссертации рассмотрен механизм образования наноструктур на поверхности твердого тела, оплавленной лазерным импульсом наносекундной длительности, и проведен расчет основных параметров формирующихся наноструктур для титана, германия и нержавеющей стали.

Предложенная теоретическая модель взаимодействия излучения с веществом разделена на две части. В первой части рассматривается процесс оплавления материала при лазерном воздействии и решается задача Стефана с соответствующими граничными условиями. Во второй - процесс охлаждения расплавленного слоя за счет теплоотвода вглубь твердой фазы совместно с теорией образования кристаллических зародышей. В результате получаются выражения для толщины оплавленного слоя материала, времени кристаллизации расплава и характерного размера наноструктур в зависимости от длительности и энергии импульса. С помощью полученных выражений произведен расчет указанных параметров для титана, германия и нержавеющей стали в зависимости от плотности падающей энергии в диапазоне от 0,5 до 6 Дж/см при различных длительностях импульсов лазерного излучения в диапазоне от 10-8 до 10-6 с.

В третьей главе рассмотрена модель образования микронных и субмикронных структур при релаксации температурных напряжений, вызванных лазерным нагревом, и произведен расчет периода поверхностных структур, формируемых на поверхности диоксида циркония при воздействии на нее импульсами АгР-лазера наносекундной длительности. Также на основе экспериментальных данных оценены толщина эффективной зоны тепловыделения и температура, при которой начинается растрескивание приповерхностного слоя диоксида циркония.

Четвертая глава посвящена экспериментальному исследованию формирования микро- и наноструктур на поверхности титана, германия, нержавеющей стали и диоксида циркония при облучении лазерными импульсами наносекундной длительности.

Описаны метод прямого лазерного наноструктурирования и экспериментальная установка на основе наносекундного АгР-лазера, реализующая данный метод. Приведены полученные с помощью атомно-силового и сканирующего электронного микроскопов результаты экспериментов по облучению поверхности титана, германия, нержавеющей

стали и диоксида циркония наносекундными лазерными импульсами. Показана возможность получения наноструктур на поверхностях используемых материалов. Проведено сравнение экспериментальных данных с расчетными данными предложенных теоретических моделей.

На основе полученных экспериментальных результатов предложена классификация поверхностных рельефов, получаемых при облучении лазерными импульсами наносекундной длительности, которая включает в себя пять основных типов рельефов, характеризующихся формой и размерами образующихся структур, их периодичностью и физическим механизмом образования структур в зоне пятна облучения.

По материалам диссертации опубликовано 20 научных работ, в том числе 9 статей (4 статьи в журналах из перечня ВАК, 4 статьи в журналах, входящих в базу данных Scopus), 10 публикаций в трудах конференций.

Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на научных семинарах Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института электрофизики и электроэнергетики РАН, а также докладывались на следующих всероссийских и международных симпозиумах и конференциях: 29th International Congress on Applications of Lasers and Electrooptics (Anaheim, USA, September 26-30, 2010); 8th International conference on Nanosciences & Nanotechnologies (Thessaloniki, Greece, 12-15 July, 2011); 9th International nanotechnology symposium -NANOFAIR (Dresden, Germany, 12-13 June, 2012); 2nd International Conference Nanomaterials: Application and Properties (Alushta, The Crimea, Ukraine, 17-22 September, 2012); 20th International Conference on Advanced Laser Technologies ALT'12 (Thun, Switzerland, 2-6 September, 2012); Международная научная конференция «Лазеры. Измерения. Информация» (Санкт-Петербург, Россия, 4-6 июня 2013); 22nd International Conference on Advanced Laser Technologies ALT'14 (Cassis, France, 6-10 October, 2014); 5th European Conference on Crystal Growth ECCG5 (Bologna, Italy, 9-11 September, 2015).

ГЛАВА 1. МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОСТРУКТУР НА ПОВЕРХНОСТИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Необходимость наноструктурирования диктуется быстрым развитием высокотехнологичных приборов и устройств с новыми свойствами, а также тенденцией сокращения размера производимых компонентов, количества используемого материала и потребляемой энергии в целях экономии, уменьшения экологических нагрузок и т.п. Вследствие этого в мире происходит бурное развитие методологии и техники. Чтобы соответствовать требованиям по миниатюризации приборов и устройств, разработке наноматериалов и структур с новой функциональностью, следует совершить логический шаг в сторону достижения необходимой наноточности и разрешения с помощью развития и широкого распространения технологий нанопроизводства [15, 16].

Лазерная обработка материалов успешно применялась в промышленности на протяжении нескольких десятилетий для резки, сварки, чистки, микрообработки, сверления, модификации поверхности и послойной печати [17-22]. В большинстве случаев размеры элементов и разрешение обработки были выше 1 мкм. Одной из причин ограниченного разрешения при лазерной обработке является дифракционный предел лазерных лучей в дальнем поле, определяемый выражением:

d--— = 0,

2n • sin а

где d - минимальный диаметр лазерного пятна, X - длина волны лазерного излучения, n - показатель преломления окружающей среды, а - угол расхождения лазерного луча.

Так как пространственное разрешение оптического изображения прямо пропорционально длине световой волны X, то для получения оптических структур нанометрового масштаба достаточно широко применяются лазеры с

более короткими длинами волн, генерирующие вакуумное ультрафиолетовое (ВУФ) излучение. Однако сильное поглощение ВУФ молекулами воздуха требует помещения образцов и оптики в вакуумную или наполненную сухим чистым азотом защитную камеру. Оптика и фотомаски, работающие в ВУФ диапазоне спектра, являются слишком дорогими и легко разрушаются под действием лазерного излучения.

Это стимулирует необходимость поиска и развития эффективных методов получения наноструктур на поверхности материалов, не требующих применения фотомасок. Вследствие чего было разработано множество различных методов получения субмикронных и наноструктур с использованием сканирующей зондовой микроскопии, ближнепольной оптики и нелинейных эффектов поглощения света. Далее эти методы наноструктурирования будут рассмотрены более подробно.

1.1. Получение наноструктур с помощью лазерной литографии

1.1.1 Оптическая проекционная литография

Для изготовления основных компонентов электронных устройств -интегральных микросхем (ИМС) - используется оптическая литография. Это метод формирования требуемого рисунка на слое фоторезиста (материала чувствительного к воздействию излучения), нанесенного на полупроводниковую пластину. В производственный процесс литографии входят формирование рисунка, изготовление фоторезиста и маски.

Существует несколько видов оптической литографии: контактная печать, контактная печать с зазором и проекционная печать. Наиболее эффективным является проекционный метод, позволяющий достигать меньших критических размеров [22]. Предел разрешения Я и глубина фокуса БОР в данном методе определяются следующими отношениями [23, 24]:

Я = М,

ИЛ

ВОР = (1.1)

(ИЛ)2

где КЛ = п Бт а1 - числовая апертура, а1 - половина угла, стягивающего линзу объектива литографической системы, к1 и к2 - константы, зависящие от конкретных параметров литографической установки и технологического процесса.

Из формул (1.1) видно, что лучшее разрешение можно достичь при уменьшении длины волны излучения, что требует разработки новых мощных источников, а также при увеличении числовой апертуры, для которого необходимо создание широкоапертурных линз. Причем, увеличение числовой апертуры приведет к уменьшению глубины фокуса (см. второе выражение в (1.1)) и, как следствие, к снижению устойчивости литографического процесса по отношению к отклонениям поверхности подложки от идеально ровной поверхности [4].

Для улучшения разрешения метода оптической проекционной литографии на смену лампам видимого диапазона пришли лазерные источники с УФ и ВУФ излучением. Например, ультрафиолетовые лазерные источники (ЛгБ-лазер 193 нм) использовались для получения линий толщиной 130 нм и 90 нм, 32 нм и 45 нм с оптикой, погруженной в жидкость с высоким показателем преломления [22-25]. Для достижения еще меньших поверхностных размеров элементов применялись Бг-лазеры с длиной волны 157 нм [26], а также Хе или Би плазменные системы с экстремальным ультрафиолетом с длиной волны 13 нм [27, 28]. Также улучшению разрешения способствуют иммерсия и двойная компоновка рисунка [29, 30]. Сочетание данных методов с 193-нанометровой литографией позволяет создавать ИМС с характерным размером в 22 нм.

Одним из основных недостатков методов оптической литографии является его многостадийность. В производственный процесс могут входить

изготовление фоторезиста, нанесение его на поверхность, формирование рисунка, травление фоторезиста, очистка поверхности и т.п.

Дальнейшее развитие проекционной литографии связано с экстремальным ультрафиолетом (ЭУФ), имеющим излучение на длине волны 5-50 нм. Однако данное направление имеет ряд нерешенных проблем: разработка эффективного источника ЭУФ излучения и подходящей оптики, изготовление нового фоторезиста и масок, а также создание метрологической базы для контроля и проверки дефектов.

1.1.2 Лазерная сканирующая ближнепольная литография

Комбинирование лазерного излучения со сканирующим зондовым микроскопом (СЗМ) или сканирующим ближнепольным оптическим микроскопом (СБОМ) позволяет создавать уникальные приборы для нанолитографии [31, 32].

В случае СЗМ лазерное излучение направляется на иглу микроскопа (рис. 1.1), которая находится на расстоянии около 10 нм от поверхности образца. При этом возбуждаются резонансные плазмонные колебания в системе игла-поверхность, в результате чего существенно повышается локальное ближнее электрическое поле на конце иглы. Интенсивность поля уменьшается экспоненциально с увеличением расстояния между иглой и поверхностью. Наноструктуры получаются при испарении материала мишени или при структурировании фоторезиста на подложке и дальнейшем его травлении обычными способами.

Данный метод позволяет достичь высокого разрешения (порядка 10 нм), сравнимого с разрешением электронно-пучковой литографии, причем обработка образцов происходит на воздухе. Высокое разрешение достигается засчет малого расстояния между поверхностью и иглой микроскопа (10 нм) по сравнению с радиусом кривизны острия иглы (около 50 нм) и длины волны излучения.

Огтгичеекое

А) волокно Б)

/1 \ / \\

Рисунок 1.1 - Схемы сканирующей лазерной литографии при использовании (а) сканирующего ближнепольного оптического микроскопа и (б) сканирующего зондового микроскопа. Стрелки со сплошными линиями соответствуют падающему излучению, а пунктирные линии - излучению

сигнала.

В работе [33] использовалось излучение фемтосекундного лазера с длиной волны 800 нм и длительностью импульса 83 фс и кремниевая игла СЗМ для нанесения рисунка на тонкую золотую пленку, нанесенную на подложку. В результате были получены массивы наноточек при пространственном разрешении в 10 нм (рис. 1.2). В процессе обработки электрическое поле на острие иглы увеличивалось в 150 раз, что вызывало испарение и удаление материала из-под острия иглы СЗМ.

30 нм

ММк

17 нм

- л

3 нм

] нм

О М 0.8 12

Расстояние. мкм

Рисунок 1.2 - Массивы наноточек на поверхности тонкой золотой пленки, полученные при комбинации лазерного излучения и СЗМ [31]. Цифры на рисунке обозначают расстояние между острием зонда и поверхностью

образца.

Также в данном методе может использоваться наносекундный лазер. Например, в работе [34] острие иглы СЗМ облучалось с помощью сфокусированного излучения Кё:УЛО-лазера (длина волны 532 нм, длительность импульса 7 нс). На поверхности золотой пленки были получены кратеры нанометрового размера. Размер кратеров зависит от количества лазерных импульсов и их энергии, а также расстояния между иглой и поверхностью. Вопрос нагрева иглы микроскопа наносекундным лазерным излучением подробно разобран в работах [35, 36], из которых следует, что основной причиной формирования наноструктур является увеличение интенсивности локального поля между иглой и поверхностью мишени.

К недостаткам данного метода относятся низкая производительность (скорость сканирования порядка нескольких микрометров в секунду), требование к высокой точности управления расстоянием между иглой и

поверхностью материала, а также возможность загрязнения или повреждения наконечника. Метод применим в случае очень гладких поверхностей, и при неровностях выше 50 нм его использование становится проблематичным. Малая глубина получаемых наноструктур (около 5 нм) вызывает трудности при травлении.

Еще один метод нанолитографии основывается на комбинировании лазерного луча со сканирующим ближнепольным оптическим микроскопом (СБОМ), в котором используется оптическое волокно для исследования оптических свойств тонких пленок [37]. Волокно вытягивается до конусообразной формы с углом раствора около 20° и выходным отверстием 50 нм (рис. 1.1). Как и в предыдущем методе, наконечник СБОМ находится на малом расстоянии от поверхности образца (около 20 нм). При таких условиях оптическое волокно работает в режиме ближнего поля. Размер отверстия (апертуры) и расстояние от поверхности до наконечника намного меньше длины волны излучения (от 200 до 800 нм).

Метод впервые упоминался в 2001 году Ло и Вангом при демонстрации структур с разрешением в 128 нм [38]. Чтобы получить разрешение в 20-55 нм в поверхностном структурировании в работах [39, 40] выборочно оксидировали фоторезист на основе сильносвязанного самоорганизующегося нанослоя на золотой подложке, используя метод сканирующей ближнепольной фотолитографии или СБФ (термин СБФ был предложен в 2002 г.) с последующим химическим травлением. Это соответствует разрешению, получаемому при электронно-лучевой литографии, но не требует применения вакуумной камеры.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Миколуцкий, Сергей Иванович, 2017 год

ЛИТЕРАТУРА

1. Hecht J. A short history of laser development. Appl. Opt. 2010. V. 49. P. F99-F122.

2. Шмаков В. А. Силовая оптика. М.: Наука, 2004. 318 с.

3. Хомич В.Ю. Разработка, создание и исследование охлаждаемых оптических элементов лазеров. Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук / Центральное конструкторское бюро уникального приборостроения АН СССР. Москва, 1990.

4. Макаров Г.Н. Применение лазеров в нанотехнологии: получение наночастиц и наноструктур методами лазерной абляции и лазерной нанолитографии. Успехи физических наук. 2013. Том 183. № 7. С. 673-718.

5. Завестовская И.Н. Лазерное наноструктуирование поверхности материалов. Квантовая электроника. 2010. Т.40. № 11. С. 942-954.

6. Quintana H.A., Song E., Wang G.T., Martinez J.A. Heat transport in novel nanostructured materials and their thermoelectric applications. The Journal of Chemical Engineering & Process Technology. 2013. Vol.1. P. 1008.

7. Hsieh C.T., Chen J.M., Lin H.H., Shih H.C. Field emission from various Cuo nanostructures. Applied Physics Letters. 2003. Vol. 83. No. 16. P. 3383-3385.

8. Pedraza A.J., Fowlkes J., Lowndes D.H. Silicon microcolumn arrays grown by nanosecond pulsed-excimer laser irradiation. Applied Physics Letters. 1999. Vol. 74. P. 2322-2324.

9. Fominskiy V.Y., Grigorev S.N., Romanov R.I., Nevolin V.N. Effect of the pulsed laser deposition conditions on the tribological properties of thin-film nanostructured coatings based on molybdenum diselenide and carbon. Technical Physics. 2012. Vol. 57. No. 4. P. 516-523.

10. Майоров В. С. Лазерные технологии обработки материалов: современные проблемы фундаментальных исследований и прикладных разработок. / Под ред. В.Я.Панченко. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2009. 664 с.

11. Remeeva E.A., Rozanova I.B., Elinson V.M., Sevastianov V.I. Platelet adhesion on nanostructured surfaces (NSS) formed by ion-plasma methods. The International Journal of Artificial Organs. 2005. V. 28. No. 9. P. 89.

12. Rios P.F., Dodiuk H., Kenig S., McCarthy S., Dotan A. The effects of nanostructure and composition on the hydrophobic properties of solid surfaces. J. Adhesion Sci. Technol. 2006. V. 20. No. 6. P. 563-587.

13. Ferara M.C., Pilloni L., Mazzarelli S., Tapfer L. Hydrophilic and optical properties of nanostructured titania prepared by sol-gel dip coating. J. Phys. D: Appl. Phys. 2010. V. 43. P. 095301-09.

14. Ганин Д.В., Миколуцкий С.И., Токарев В.Н., Хомич В.Ю., Шмаков В. А., Ямщиков В. А. Образование микронных и субмикронных структур на поверхности диоксида циркония при наносекундном лазерном воздействии. Квантовая электроника. 2014. Том 44, № 4. С. 317-321.

15. Kovalenko V. Laser Micro- and Nanoprocessing. International Journal of Nanomanufacturing. 2006. Vol. 1(2). P.173-180.

16. Meijer J., Du K., Gilner A., Hoffmann D., Kovalenko V., Masuzawa T., Ostendorf A., Poprawe R., Shulz W. Laser machining by short and ultrashort pulses: state of the art and new opportunities in the age of photons. CIRP Annals -Manufacturing Technology. Vol. 51(2). P.531-550.

17. Григорьянц А.Г., Казарян М.А., Лябин Н.А. Лазеры на парах меди: конструкция, характеристики и применения. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2005. 312 с.

18. Excimer laser technology / Ed. by Basting D. et al. Gottingen: Lambda Physik AG. 2001. 292 p.

19. Tokarev V.N., Shmakov V.A., Yamschikov V.A., Khasaya R.R., Mikolutskiy S.I., Khomich V.Y. Suppression of laser plasma melting side walls in laser drilling high aspect ratio microvias. Proceedings of 29th International Congress on Applications of Lasers and Electro-Optics, ICALEO 2010. Anaheim, CA, 2010. P. 966-975.

20. Tokarev V.N., Vasil'Yeva N.V., Cheshev E.A., Bezotosnyi V.V., Khomich V.Yu., Mikolutskiy S.I. Optimization of plasma effect in laser drilling of high aspect ratio microvias. Laser Physics. 2015. V. 25. No. 5. P. 056003.

21. Малинский Т.В., Хомич В.Ю. Оптико-акустический пинцет со сфокусированным лазерным пучком. Успехи прикладной физики. 2013. Т. 1. № 3. С. 390-393.

22. Сейсян Р.П. Нанолитография в микроэлектронике. ЖТФ. 2011. Том 81 (8). С.1-14.

23. Wallraff G.M., Hinsberg W.D. Lithographic imaging techniques for the formation of nanoscopic features. Chemical Reviews. 1999. Vol. 99. P.1801-1822.

24. Ito T., Okazaki S. Pushing the limits of lithography. Nature. 2000. Vol. 406. P.1027-1031.

25. Pease R.F., Chou S.Y. Lithography and other patterning techniques for future electronics. Proceeding of the IEEE. 2008. Vol. 96. P.248-270.

26. Bloomstein T.M., Horn M.W., Rothschild M., Kunz R.R., Palmacci S.T., Goodman R.B. Lithography with 157 nm lasers. Journal of Vacuum Science & Technology B. 1997. Vol.15. P.2112-2117.

27. Кошелев К.Н., Банин В.Е., Салащенко Н.Н. Работы по созданию источников коротковолнового излучения для нового поколения литографии. Успехи физических наук. 2007. Том 177. С. 777-780.

28. Banine V.Y., Koshelev K.N., Swinkels G.H.P.M. Physical processes in EUV sources for microlithography. J. Phys. D: Appl. Phys. 2011. Vol. 44. P. 253001.

29. Smith B.W. et al. Approaching the numerical aperture of water immersion lithography at 193 nm. Proceeding of the SPIE. 2004. Vol. 5377. P. 273-284.

30. Kuhlmann T., Yulin S., Feigl T., Kaiser N., Gorelik T., Kaiser U., Richter W. Chromium-scandium multilayer mirrors for the nitrogen Ka line in the water window region. Applied Optics. 2002. Vol. 41. P. 2048-2052.

31. Chong T.C., Hong M.H., Shi L.P. Laser precision engineering: from microfabrication to nanoprocessing. Laser Photonics Reviews. 2010. Vol. 4(1). P. 123-143.

32. Li L., Hong M., Schmidt M., Zhong M., Malshe A., Huis B., Kovalenko V. Laser nano-manufacturing—state of the art and challenges. CIRP Ann. Manufacturing Technol. Vol. 2011. 60. P. 735-755.

33. Chimmalgi A., Choi T.Y., Grigoropoulos C.P., Komvopoulos K. Femtosecond laser aperturless nearfield nanomachining of metals assisted by scanning probe microscopy. Applied Physics Letters. 2003. Vol. 82. P. 1146-1148.

34. Lu Y.F., Hu B., Mai Z.-H., Wang W.-J., Chim W.-K., Chong T.-C. Laser-SPM Based Nanoprocessing of Electronics Materials. Jpn. J. Appl. Phys. 2001. Vol. 40. P. 4395-4398.

35. Huang S.M., Hong M.H., Lu Y.F., Lukyanchuk B.S., Song W.D., Chong T.C. Pulsed-laser assisted nanopatterning of metallic layers combined with atomic force microscopy. Journal of Applied Physics. 2002. Vol. 91. P. 3268-3274.

36. Wang Z.B., Lukyanchuk B.S., Li L., Crouse P.L., Liu Z., Dearden G., Watkins K.G. Optical near-field distribution in an asymmetrically illuminated tipsample system for laser/STM nanopatterning. Appl. Phys. A. 2007. Vol. 89. P. 363-368.

37. Betzig E., Trautman J.K., Wolfe R., Gyorgy E.M., Finn P.L., Kryder M.H. Chang C.-H. Near-field magneto-optics and high density data storage. Appl. Phys. Lett. 1992. Vol. 61. P. 142-144.

38. Lo S.C., Wang H.N. Near-field photolithography by a fibre probe. Proceedings of 1st IEEE conference on nanotechnology. 2001. P. 36-39.

39. Sun S., Leggett G.J. Matching the resolution of electron beam lithography by scanning near-field photolithography. Nano Letters. 2004. Vol. 4 (8). P. 13811384.

40. Sylvestre J.P., Poulin S., Kabashin A.V., Sacher E., Meunier M., Luong J.H.T. Surface chemistry of gold nanoparticles produced by laser ablation in aqueous media. Journal of physical chemistry B. 2004. Vol. 108. P. 16864-16869.

41. Hong M.H., Huang S.M., Wang W.J., Tiaw K.S., Teoh S.H., Luk'yanchuk B., Chong T.C. Unique functional micro/nano structures created by femtosecond

laser radiation. Symposium on advanced optical processing of materials. MRS Spring meeting, San Francisco, CA, 22-23 April. 2003. Vol. 780. P. 47-57.

42. Lin Y., Hong M.H., Wang W.J., Wang Z.B., Chen G.X., Tan L.S., Chong T.C. Surface nanostructuring by femtosecond laser irradiation through near-field scanning optical microscopy. Sensors and actuators A. 2007. Vol. 133. P. 311-316.

43. Wang W.J., Hong M.H., Wu D.J., Goh Y.W., Lin U., Luo P., Luk'yanchuk B., Lu Y.F., Chong T.C. Ultrafast laser nanofabrication assisted with near-field scanning optical microscopy. 4th International symposium on laser precision microfabrication. Proceedings of SPIE. 2003. Vol. 5063. P. 449-452.

44. Lin Y., Hong M.H., Wang W.J., Law Y.Z., Chong T.C. Sub-30 nm lithography with near-field scanning optical microscope combined with femtosecond laser. Appl. Phys. A. 2005. Vol. 80. P. 461-465.

45. Hong M.H., Lin Y., Chen G.X., Tan L.S., Xie Q., Luk'Yanchuk B., Shi P.L., Chong T.C. Nano-Patterning by Pulsed Laser Irradiation in Near Field. 8th International Conference on Laser Ablation (COLA): Journal of Physics: Conference Series. 2007. Vol. 59. IOP Publishing. P. 64-67.

46. Soni A., Sundaram V.M., Wen S.B. Generation of nano-patterns on a pure silicon wafer in air and argon with sub-diffraction limit nanosecond laser pulses. Journal of Physic D: Applied physics. 2010. Vol. 43. P. 145301.

47. Dubay N.M., Wang J., Xu X. Nanolithography using high transmission nanoscale ridge aperture probe. Applied physics A: Materials science and processing. 2008. Vol. 93. P. 881-884.

48. Xu X.F., Jin E.X., Uppuluri S.V. Enhancement of optical transmission through planar nanoapertures in a metal film. Conference on nanoengineering: fabrication, properties, optics and devices. 2004. Proceedings of SPIE. Vol. 5515. P. 230-243.

49. Uppuluri S.M.V., Kinzel E.C., Li Y., Xu X. Parallel optical nanolithography using nanoscale bowtie aperture array. Optics Express. 2010. Vol. 18. No. 7. P. 7369-7375.

50. DuBay N.M., Wang L., Kinzel E.C., Uppuluri S.M.V., Xu X. Nanopatterning using NSOM probes integrated with high transmission nanoscale bowtie aperture. Opt. Express. 2008. Vol. 16. P. 2584-2589.

51. Xu J.Y., Wang J., Tian Q. Design, analysis of bow-tie aperture with strong near-field enhancement effect. Conference on nanophotonics, nanostructurer, nanometrology, 8-10 November, Beijing, China. 2005. Proccedings of SPIE. Vol. 5635. P. 284-291.

52. Haynes C.L., Van Duyne R.P. Nanosphere lithography: a versatile nanofabrication tool for studies of size-dependent nanoparticle optics. J. Phys. Chem. B. 2001. Vol. 105. P. 5599-5611.

53. Haynes C.L., McFarland A.D., Smith M.T., Hulteen J.C., Van Duyne R. P. Angle-resolved nanosphere lithography: manipulation of nanoparticle size, shape, and interparticle spacing. J. Phys. Chem. B. 2002. Vol. 106. P. 1898-1902.

54. Wang W.T., Dai Zh., Sun Yum., Sun Yuan. Enhancement of optical nonlinearity in binary metal-nanoparticle arrays. Thin Solid Films. 2009. Vol. 517. P. 6050-6053.

55. Li Y., Koshizaki N., Shimizu Y., Li L., Gao S., Sasaki T. Unconventional lithography for hierarchical micro-/nanostructure arrays with well-aligned 1D crystalline nanostructures: design and creation based on the colloidal monolayer. ACS Appl. Mater. Interfaces. 2009. Vol. 1. P. 2580-2585.

56. Wang K., Long H., Fu M., Yang G., Lu P.X. Off-Resonant Third-Order Optical Nonlinearity of Au Nanoparticle Array by Femtosecond Z-scan Measurement. Chin. Phys. Lett. 2010. Vol. 27. P. 124204.

57. Wang K., Long H., Fu M., Zhang L.Ch., Yang G., Lu P.X. The two-photon absorption saturation process in an Au nanoparticle array. Acta Phys. Sinica. 2011. Vol. 60. 034209.

58. Hong M.H., Wang Z.B., Lukyanchuk B.S., Tan L.S., Chong T. C. From Transparent Particle Light Enhancement to Laser Nanoimprinting. J. Laser Micro/Nanoengin. 2006. Vol. 1. P. 61-66.

59. Wang Z.B., Hong M.H., Luk'yanchuk B.S., Lin Y., Wang Q.F., Chong T.C. Angle effect in laser nanopatterning with particle-mask. J. Appl. Phys. 2004. Vol. 96. 6845-6850.

60. Hogge C.B., Schultz J.-F., Mason D.B., Thompson W.E. Physical optics of Multiaperture systems. Applied Optics. 1988. Vol. 27. P. 5127-5134.

61. Hugle W.-B., Dandliker R., Herzig H.-P. Lens array photolithography. 1992. US patent No. 08/114, 732 (1993).

62. Volkel R., Herzig H.-P., Hussbaum P., Dandliker R., Hugle W.-B. Microlens array imaging system for photolithography. Optical Engineering. 1996. Vol. 35 (11). P. 3323-3330.

63. Lin Y., Hong H.M., Chong T.C., Lim C.S., Chen G.X., Tan L.S., Wang Z.B., Shi L.P. Ultrafast-laser-induced parallel phase-change nanolithography. Applied Physics letters. 2006. Vol. 89. P. 041108.

64. Lim C.-S., Hong H.M., Lin Y., Xie Q., Luk'yanchuk B., Kumar A.-S., Rahman M. Microlens array fabrication by laser interference lithography for superresolution nano patterning. Applied physics letters. 2006. Vol. 89. P. 191125.

65. Khan A., Wang Z.B., Sheikh M.A., Whitehead D.J., Li L. Parallel near-field optical micro/nanopatterning on curved surfaces by transported micro-particle lens arrays. J. Phys. D: Appl. Phys. 2010. Vol. 43. P. 305302

66. Xia D., Ku Z., Lee S.C., Brueck S.R.J. Nanostructures and Functional Materials Fabricated by Interferometric Lithography. Adv. Mater. 2011. Vol. 23. P. 147-179.

67. Lu C., Lipson R.H. Interference lithography: a powerful tool for fabricating periodic structures. Laser Photon. Rev. 2010. Vol. 4. P. 568-580.

68. Savas T.A., Farhoud M., Smith H.I., Hwang M., Ross C.A. Properties of large area nanomagnetic arrays with 100 nm period made by interferometric lithography. Journal of Applied Physics. 1999. Vol. 85. P.6160.

69. Boor J.D., Kim D.K., Schmidt V. Sub-50 nm patterning by immersion interference lithography using a Littrow prism as a Lloyd's Interferometer. Optics Letters. 2010. Vol. 35 (20). P. 3450-3452.

70. Marconi M.C., Wachulak P.C. Extreme ultraviolet lithography with table top lasers. Progress in Quantum Electronics. 2010. Vol. 34. P.173.

71. Корольков В.П., Ионин А.А., Кудряшов С.И., Селезнев Л.В., Синицын Д.В., Самсонов Р.В., Маслий А.И., Медведев А.Ж., Гольденберг Б.Г. Фемтосекундное лазерное наноструктурирование поверхности Ni/Cu-фольг. Квантовая электроника. 2011. Том 41(4). С. 387-392.

72. Макин В. С., Макин Р. С., Воробьев А. Я., Гуо Ч. Диссипативные наноструктуры и универсальность Фейгенбаума в неравновесной нелинейной системе металл - мощное поляризованное УКИ излучение. Письма в ЖТФ. 2008. Том 34. С. 55-64.

73. Голосов Е. В., Ионин А. А., Кудряшов С. И. и др. Фемтосекундная лазерная запись субволновых одномерных квазипериодических наноструктур на поверхности титана. Письма в ЖЭТФ. 2009. Том 90. С. 116-120.

74. Ахманов С.А., Емельянов В.И., Коротеев Н.И., Семиногов В.Н. Воздействие мощного лазерного излучения на поверхность полупроводников и металлов: нелинейно-оптические эффекты и нелинейно-оптическая диагностика. Успехи физических наук. 1985. Том 147. С. 675-745.

75. Minoshima K., Kowalevicz A.M., Hartl I., Ippen E.P., Fujimoto J.G. Photonic device fabrication in glass by use of nonlinear materials processing with a femtosecond laser oscillator. Optics Letters. 2001. Vol. 26 (19). P. 1516-1518.

76. Sikorski Y., Said A.A., Bado P., Maynard R., Florea C., Winick K.A. Optical waveguide amplifier in Nd-doped glass written with near-IR femtosecond laser pulses. Electronics Letters. 2000. Vol. 36 (3). P.226-227.

77. Deshpande D.C., Malshe A.P., Stach E.A., Radmilovic V., Alexander D., Doerr D. Investigation of femtosecond laser assisted nano and microscale modifications in lithium niobate. Journal of Applied Physics. 2005. Vol. 9. P. 074316-1 - 074316-9.

78. Zhang Y.L., Chen Q.D., Xia H., Sun H.B. Designable 3D nanofabrication by femtosecond laser direct writing. Nano Today. 2010. 10.1016/j.nantod.2010.08.007.

79. Заботнов С.В., Головань Л.А., Остапенко И.А., Рябчиков Ю.В., Червяков А.В., Тимошенко В.Ю., Кашкаров П.К., Яковлев В.В. Фемтосекундное наноструктурирование кремниевых поверхностей. Письма в ЖЭТФ. 2006. Том 83 (2). C. 76-79.

80. Huis in't Veld B., Groenendijk M., Fischer H. Initiation of femtosecond laser machined ripples in steel observed by scanning helium ion microscopy. Journal of laser micro/nanoengineering. 2010. Vol. 5(1). P. 28-34.

81. Das S.K., Dufft D., Rosenfeld A., Bonse J., Bock M., Grunwald R. Femtosecond Laser-Induced Quasiperiodic Nanostructures on TiO2 Surfaces. Journal of Applied Physics. 2009. Vol. 105. P. 084912-1-084912-5.

82. Ozkan A., Malshe A., Railkar T., Brown W. Femtosecond Laser-Induced Periodic Structure Writing on Diamond Crystals and Micro-Clusters. Applied Physics Letters. 1999. Vol. 23. P. 3716-3718.

83. Апполонов В.В., Бочкарь Е.П., Заславский В.Я., Хомич В.Ю. Ответвитель лазерного пучка на основе фазовой дифракционной решетки. Квантовая электроника. 1979. Т. 6. № 3. С. 615-618.

84. Hosono H., Kawamura K., Matsuishi S., Hirano M. Holographic Writing of Micro-Gratings and Nanostructures on Amorphous SiO2 by Near Infrared Femtosecond Pulses. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. 2002. Vol. 191. P. 89-97.

85. Shimotsuma Y., Hirao K. Nano-Modification Inside Transparent Materials by Femtosecond Laser Single Beam. Modern Physics Letters B. 2005. Vol. 19(5). P. 225-238.

86. Zhang H., Eaton S.M., Li J., Herman P.R. Femtosecond laser direct writing of multiwavelength Bragg grating waveguides in glass. Optics Letters. 2006. Vol. 31. Issue 23. P. 3495-3497.

87. Venkatakrishnan K., Tan B., Stanley P., Lim L.N., Ngoi B.A. Femtosecond Pulsed Laser Direct Writing System. Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers. 2002. Vol. 41(6). P. 1441-1445.

88. Nakashima S., Sugioka K., Midorikawa K. Fabrication of Microchannels in Single Crystal GaN by Wet Chemical Assisted Femtosecond Laser Ablation. Applied Surface Science. 2009. Vol. 255. P. 9770-9774.

89. Абрамов Д.В., Аракелян С.М., Маков С.А., Прокошев В.Г., Хорьков К.С. Формирование системы микрократеров на поверхности титана при воздействии фемтосекундным лазерным излучением в условиях быстрого охлаждения. Письма в ЖТФ. 2013. Том 39. Вып. 16. С. 14-22.

90. Vanagas E., Kudryashov I., Juodkazis S., Matsuo S., Misawa H., Tomasiunas. Micrometer and sub micrometer-size structures fabricated by direct writing using femtosecond light pulses. Materials Science. 2003. Vol. 9(4). P. 324328.

91. Reinhardt C., Passinger S., Chichkov B.N., Dickson W., Wurtz G.A., Evans P., Pollard R., Zayats A.V. Restructuring and modification of metallic nanorod arrays using femtosecond laser direct writing. Applied Physics Letters. 2006. Vol. 89. P. 231117-1-231117-3.

92. Shen M., Carey J., Crouch C. et al. High-density regular arrays of nanometer-scale rods formed on silicon surfaces via femtosecond laser irradiation in water. Nanoletters. 2008. Vol. 8. No7.

93. Kai D., Knobbe E.T., Parkhill R.L., Yinmin W. Surface Texturing of aluminum alloy 2024-t3 via femto- and nanosecond pulse excimer laser irradiation. IEEE J. Selected Topics in Quant. El. 2000. Vol. 6. P. 689.

94. Лапшин К.Э., Обидин А.З., Токарев В.Н., Хомич В.Ю., Шмаков В.А., Ямщиков В. А. Прямое лазерное наноструктурирование поверхности алмазных пленок и керамики нитрида кремния наносекундными импульсами излучения F2-лазера. Российские нанотехнологии. 2007. №11-12. С. 50-57.

95. Khomich V.Yu., Urlichich Yu.M., Shmakov V.A., Tokarev V.N., Galstyan A.M., Mikolutskiy S.I., Yamshchikov V.A. Formation of submicron structures on the surface of zirconium dioxide under illumination of nanosecond laser. Inorganic Materials: Applied Research. 2013. Vol. 4. No. 3. P. 201-204.

96. Khasaya R.R., Khomich V.Yu., Shmakov V.A., Tokarev V.N., Yamshchikov V.A. Material surface nanostructuring by VUV and UV nanosecond laser irradiation. Book of abstracts of 8th International conference on Nanosciences & Nanotechnologies (NN11) 12-15 July 2011, Thessaloniki, Greece. P. 20.

97. Хомич В.Ю. Разработка физических основ новых эффективных безмасочных методов наноструктурирования поверхности сверхтвердых керамик и алмазных пленок при помощи облучения наносекундным F2-лазером. Отчет о НИР № 02.513.12.0022 от 04.08.2008. Министерство образования и науки РФ.

98. Tokarev V.N., Shmakov V.A., Khasaya R.R., Yamshchikov V.A., Khomich V.Yu. Direct laser nanostructuring of the material surface by the 193 nm and 248 nm wavelength irradiation. Book of abstracts of 7th International conference on Nanosciences & Nanotechnologies (NN10). 2010. P. 87.

99. Королев Д.Н., Волков А.Е. Образование нановыделений при распаде пересыщенных твердых растворов в треках быстрых тяжелых ионов. ЖТФ. 2004. Т. 74. С. 64-68.

100. Hoffmann P., Utke I., Perentes A., et al. Comparison of fabrication methods of sub-100nm nano-optical structures and devices (Invited Paper). Proc. SPIE Int. Soc. Opt. Eng. 2005. V. 5925. P. 592506-1.

101. Costache F., Kuteva-Arguyrova S., Reif J. Subdamage threshold femtosecond laser ablation from crystalline Si: surface nanostructures and phase transformation. Applied Physics A. 2004. V. 79. P. 1429-1432.

102. Ostendorf A., Koch J., Korte F., Chichkov B.N. Nanostructuring of solids with femtosecond laser pulses. Proc. SPIE Int. Soc. Opt. Eng. 2004. V.5448. P.1-6.

103. Vorobyev A.Y., Guo C. Enhanced absorptance of gold following multipulse femtosecond laser ablation. Phys. Rev. B. 2005. V. 72. P. 195422.

104. Henley S.J., Carey J.D., Silva S.R.P. Pulsed-laser-induced nanoscale island formation in thin metal-on-oxide films. Phys. Rev. B. 2005. V. 72. P. 195408.

105. Weisbuch F., Tokarev V.N., Lazare S., Belin C., Bruneel J.L. Millimeter-long nanofibers of PMMA spun at super-high speed by ablation with a single pulse of a KrF excimer laser. Appl. Phys. A. 2002. V. 75. P. 677-680.

106. Lazare S., Tokarev V.N., Sionkowska A., Wisniewski M. Surface Foaming of Collagen, Chitosan and Other Biopolymer Films by KrF Excimer Laser Ablation. Appl. Phys. A. 2005. V. 81. P. 465-470.

107. Tokarev V.N. Viscous Liquid Expulsion In Nanosecond UV Laser Ablation: From "Clean" Ablation to Nanostructures. Laser Physics. 2006. V. 16. P. 12911307.

108. Crouch C.H., Carey J.E., Warrender J.M., Aziz M.J., Mazur E., Genin F.Y. Comparison of structure and properties of femtosecond and nanosecond laser structured silicon. Appl. Phys. Lett. 2004. Vol. 84. P. 1850-1852.

109. Kumar P., Krishna M.G., Bhattacharya A. Excimer laser induced nanostructuring of silicon surfaces. J Nanosci Nanotechnol. 2009. Vol. 9(5). P. 3224-3232.

110. Pedraza A.J., Fowlkes J.D., Guan Y.-F. Surface nanostructuring of silicon. Appl. Phys. A. 2003. Vol. 77. P. 277-284.

111. Medvid A., Onufrijevs P., Mozolevskis G., Dauksta E. Two-stage of nanocones formation by laser radiation on the surface of semiconductors. Proceedings of NAP 2012. Vol. 1. No 1. 01PCN44(3pp).

112. Yap S.S., Siew W.O., Ladam C., Dahl O., Reenaas T. W., Tou T. Y. Nanosecond laser ablation and deposition of Ge films. Proc. SPIE. Nanostructured Thin Films III (August 23, 2010). Vol. 7766. P. 776614.

113. Vadavalli S., Valligatla S., Neelamraju B., Dar M.H., Chiasera A., Ferrari M., Desai N.R. Optical properties of germanium nanoparticles synthesized by pulsed laser ablation in acetone. Frontiers in Physics. 2014. Vol. 2. Article 57. P.2.

114. Cui B., Keimel C., Chou S.Y. Ultrafast direct imprinting of nanostructures in metals by pulsed laser melting. Nanotechnology. 2010. Vol. 21. 045303 (5pp).

115. Ehrhardt M., Lorenz P., Teichmann M., Lorbeer J., Frost F., Zimmer K. Laser embossing of self-organized nanostructures into metal surfaces by KrF laser irradiation. Journal of Laser Micro/Nanoengineering. 2013. Vol. 8. No. 1. P. 85-89.

116. Krishna H., Favazza C., Gangopadhyay A.K., Kalyanaraman R. Functional nanostructures through nanosecond laser dewetting of thin metal films. The Journal of The Minerals, Metals & Materials Society. 2008. Vol. 60. No. 9. P. 37-42.

117. Luo F., Ong W., Guan Y., Li F., Sun S., Lim G.C., Hong M. Study of micro/nanostructures formed by a nanosecond laser in gaseous environments for stainless steel surface coloring. Applied Surface Science. 2015. Vol. 328. P. 405409.

118. Pereira A., Cros A., Delaporte P., Georgiou S., Manousaki A., Marine W., Sentis M. Surface nanostructuring of metals by laser irradiation: effects of pulse duration, wavelength and gas atmosphere. Appl. Phys. A. 2004. Vol. 79. P. 14331437.

119. Guillemot F., Prima F., Tokarev V.N., Belin C., Porte-Durrieu M.C., Gloriant T., Baquey C., Lazare S. Single Pulse Krf Laser Ablation and Nanopatterning in Vacuum of в-Titanium Alloys Used in Biomedical Applications. Appl. Phys. A. 2004. Vol. 79. P. 811-813.

120. Лапшин К.Э., Обидин А.З., Токарев В.Н., Хомич В.Ю., Шмаков В.А., Ямщиков В.А. Формирование наноструктур на поверхности нитрида кремния под воздействием излучения F2-лазера. Физика и химия обр. мат. 2008. №1. С. 43-49.

121. Nebogatkin S.V., Khomich V.Yu., Leonov D.I., Shmakov V.A., Tokarev V.N., Yamshchikov V.A. Formation of nanostructures on the surface of superhard materials by nanosecond radiation of F2-laser. Book of abstracts of 8th International conference on Nanosciences & Nanotechnologies (NN11) 12-15 July 2011, Thessaloniki, Greece. P. 301.

122. Вартапетов С.К., Жигалкин А.А., Лапшин К.Э., Обидин А.З., Хомич В.Ю., Ямщиков В.А. Исследование электроразрядного ВУФ лазера на молекулярном фторе. Квантовая электроника. 2006. Т. 36. № 5. С. 393-398.

123. Вартапетов С.К., Грязнов О.В., Малашин М.В., Мошкунов С.И., Небогаткин С.В., Хасая Р.Р., Хомич В.Ю., Ямщиков В.А. Электроразрядный ВУФ лазер с твердотельным генератором накачки. Квантовая электроника. 2009. Т. 39. № 8. С. 714-718.

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

125. Вейко В.П. Технологические лазеры и лазерное излучение. СПб: СПбГУ ИТМО, 2007. 52 с.

126. Миколуцкий С.И., Хомич В.Ю., Шмаков В.А., Ямщиков В.А. Зарождение и рост наноструктур на поверхности твердого тела, оплавленного лазерным импульсом. Российские нанотехнологии. 2011. Том 6, № 11-12. С. 65-69.

127. Khomich V.Y., Mikolutskii S.I., Shmakov V.A., Yamschikov V.A. Model of nanostructure formation on solid surface melted by laser pulse. Proceedings of NAP 2012. Vol. 1. No 4, 04RES01(4pp).

128. Кудинов Г.М., Шмаков В.А. К теории зарождения новой фазы. Аморфизация металлов. Доклады АН СССР. 1982. Т.264. №6. С. 610-614.

129. Био М. Вариационные принципы в теории теплообмена. М.: Энергия, 1975.

130. Кристиан Дж. Теория превращений в металлах и сплавах. М.: Мир, 1978.

131. Физические величины: справочник / Под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. М.: Энергоатомиздат, 1991. 1232 с.

132. www.thermalinfo.ru

133. Glassbrenner C.J., Slack G.A. Thermal Conductivity of Silicon and Germanium from 3K to the Melting Point. Physical Review. 1964. Vol. 134. No. 4A. P. 1058-1069.

134. Nishi T., Shibata H., Ohta H. Thermal Diffusivities and Conductivities of Molten Germanium and Silicon. Materials Transactions. 2003. Vol. 44. No. 11. P. 2369-2374.

135. Medvid' A., Dmytruk I., Pundyk I. Properties of nanostructures formed by laser radiation on a surface of Ge, Si and GaAs single crystals. Journal of Laser Micro/ Nanoengineering. 2006. Vol. 1. P. 72-75.

136. Хомич В.Ю., Шмаков В.А. Образование периодических наноразмерных структур на поверхности твердых тел при фазовых и структурных превращениях. Доклады Академии наук. 2012. Т. 446. № 3. С. 276-278.

137. Хомич В.Ю., Шмаков В.А. Механизмы и модели прямого лазерного наноструктурирования материалов. Успехи физических наук. 2015. Том 185. № 5. С. 489-499.

138. Мандельштам Л.И., Леонтович М.А. К теории поглощения звука в жидкостях. ЖЭТФ. 1937. Т. 7. С. 438.

139. Леонтович М.А. Введение в термодинамику. М.: Гостехиздат, 1952.

140. Гапонов-Грехов А.В., Ломов А.С., Осипов Г.В., Рабинович М.И. Рождение и динамика двумерных структур в неравновесных диссипативных средах. В сб. Нелинейные волны. Динамика и эволюция. М.: Наука, 1989. С. 61-83.

141. Шилов Г.Е. Математический анализ. Конечномерные линейные пространства. М.: Наука, 1969.

142. Хакен Г. Синергетика: иерархия неустойчивостей в самоорганизующихся системах и устройствах. М.: Мир, 1985.

143. Токонесущие ленты второго поколения на основе высокотемпературных сверхпроводников. / Ред.: А. Гоял; Пер. с англ.: В.А. Амеличева и др.; Ред. пер.: А.Р. Кауль. М.: URSS, 2009. 431 с.

144. Хомич В.Ю, Галстян А.М., Миколуцкий С.И., Токарев В.Н., Урличич Ю.М., Шмаков В. А., Ямщиков В.А. Формирование субмикронных структур на поверхности диоксида циркония при воздействии наносекундного лазерного излучения. Физ. и Хим. Обр. Мат. 2012. № 6. С. 15-19.

145. Khomich V.Yu., Mikolutskiy S.I., Shmakov V.A., Yamshchikov V.A. Formation of nanostructures on solid surface melted by laser pulse. Book of abstracts 9th International nanotechnology symposium - NANOFAIR 2012, Dresden, Germany. P.214.

146. Mikolutskiy S.I., Khomich V.Yu., Shmakov V.A., Tokarev V.N., Yamshchikov V.A. Formation and growing of nanostructures on solid surface melted by laser pulse. Book of abstracts 8th International conference on Nanosciences and Nanotechnologies - NN11. 12-15 July 2011, Thessaloniki, Greece. P. 333.

147. Калин Б.А. Физическое материаловедение. Том 1. Физика твердого тела. М.: МИФИ, 2007, 636 с.

148. Якубовский Е.Г. Вычисление вязкости твердого тела и жидкости. Энциклопедический фонд России. 2015. 3 стр. http://russika.ru/userfiles/390 1440699433.pdf

149. Кикоин И.К. Таблицы физических величин. Справочник. М.: «Атомиздат», 1976г. 1009с.

150. Tokarev V. N., Kaplan A. F. H. An analytical modeling of time dependent pulsed laser melting. J. Appl. Phys. 1999. Vol. 86. P. 2836.

151. Heiroth S., Ghisleni R., Lippert T. et al. Optical and mechanical properties of amorphous and crystalline yttria-stabilized zirconia thin films prepared by pulsed laser deposition. Acta Materialia. 2011. Vol. 59. P. 2330.

152. Zirconium Oxide, ZrO2 Material Properties. http://accuratus.com

153. Токарев В.Н., Хомич В.Ю., Шмаков В.А., Ямщиков В.А. Формирование наноструктур при лазерном плавлении поверхности твердых тел. Доклады академии наук. 2008. Т. 419. № 6. С.754-758.

154. Железнов Ю.А., Малинский Т.В., Миколуцкий С.И., Токарев В.Н., Хасая Р.Р., Хомич Ю.В., Ямщиков В.А. Экспериментальная установка для прямого лазерного микро- и наноструктурирования поверхности твердых тел. Успехи прикладной физики. 2014. Том 2, №3. С. 311-316.

155. Железнов Ю.А., Малинский Т.В., Миколуцкий С.И., Токарев В.Н., Хасая Р.Р., Хомич Ю.В., Ямщиков В.А. Экспериментальная установка по микро- и наноструктурированию поверхности твердых тел лазерным излучением. Прикладная физика. 2014. № 3. С. 83-87.

156. Kawamura K., Sarukura N., Hirano M., Ito N., Hosono H. Periodic nanostructure array in crossed holographic gratings on silica glass by two interfered infrared-femtosecond laser pulses. Appl. Phys. Lett. 2001. V. 79. P. 1228-1230.

157. Веревкин Ю.К., Бронникова Н.Г., Королихин В.В., Гущина Ю.Ю., Петряков В.Н., Филатов Д.О., Битюрин Н.М., Круглов А.В., Левичев В.В. Формирование двумерных периодических наноструктур на поверхности плавленого кварца, полиимида и поликристаллического алмаза с помощью метода импульсной четырехлучевой интерференционной лазерной модификации. ЖТФ. 2003. Т. 73. Вып. 6. С. 99-103.

158. Wang Z.B., Hong M.H., Luk'yanchuk B.S., Huang S.M., Wang Q.F., Shil L.P., Chong T.C. Parallel nanostructuring of GeSbTe film with particle mask. Appl. Phys. A. 2004. V. 79. P. 1603-1606.

159. Vestentoft K., Olesen J.A., Christensen B.H., Balling P. Nanostructuring of surfaces by ultra-short laser pulses. Appl. Phys. A. 2005. V. 80. P.493-496.

160. Токарев В.Н., Хомич В.Ю., Шмаков В.А., Ямщиков В.А. Способ получения наноструктур на поверхности твердого тела. Патент на изобретение № 2010082862. Дата регистрации 16.01.2009. Заявка 2009101277.

161. Токарев В.Н., Малинский Т.В., Миколуцкий С.И., Шмаков В.А., Хомич В.Ю., Ганин Д.В. Способ получения микро- и наноструктур на поверхности материалов. Патент на изобретение № 2544892. Дата регистрации 13.02.2015 г. Заявка № 2013147461.

162. Г.А. Месяц, В.В. Осипов, В.Ф. Тарасенко Импульсные газовые лазеры. М.: Наука. 1991. 272 с.

163. Иванов Е.В., Малашин М.В., Мошкунов С.И., Хомич В.Ю. Лазер на парах меди с полностью твердотельной системой накачки. Сборник трудов симпозиума «Лазеры на парах металлов». 2008. С. 42.

164. Rebrov I.E., Khomich V.Yu., Leonov D.I., Malashin M.V., Moshkunov S.I. ^pper vapour laser (510 and 578 nm wavelengths) for micro processing and nanostructuring of superhard materials. Book of abstracts of 8th International conference on Nanosciences & Nanotechnologies (NN11) 12-15 July 2011, Thessaloniki, Greece. P. 281.

165. Khomich V.Y., Yamschikov V.A. Runaway electron beams in the gas discharge for UV nitrogen laser excitation. Plasma Physics Reports. 2011. Т. 37. No. 13. P. 1145-1155.

166. Хомич В.Ю., Ямщиков В.А. Основы создания систем электроразрядного возбуждения мощных CO2-, N2- И F2-лазеров. Москва: Физматлит, 2014. 164 с.

167. Khomich V.Yu., Malashin M.V., Moshkunov S.I., Rebrov I.E., Shershunova E.A. Solid-state system for copper vapor laser excitation. European Power Electronics and Drives Journal. 2013. V. 23. No. 4. P. 51-54.

168. Мошкунов С.И., Небогаткин С.В., Ребров И.Е., Хомич В.Ю., Ямщиков В. А. Система прокачки газовых смесей лазеров с использованием высокочастотного барьерного разряда. Квантовая электроника. 2011. Т. 41. № 12. С. 1093-1097.

169. Малашин М.В., Мошкунов С.И., Хомич В.Ю. Генератор накачки лазера на парах меди на основе высоковольтного твердотельного коммутатора. Прикладная физика. 2010. № 5. С. 102-107.

170. Хомич В.Ю., Ямщиков В.А. Развитие методов получения пучков убегающих электронов для накачки газовых лазеров, генерирующих уф-излучение. Прикладная физика. 2010. № 6. С. 77-88.

171. Иванов Е.В., Малашин М.В., Мошкунов С.И., Хомич В.Ю., Грязнов О.В. Генератор накачки эксимерного лазера на основе высоковольтного твердотельного коммутатора. Прикладная физика. 2008. № 5. С. 32-34.

172. Мошкунов С.И., Хомич В.Ю., Ямщиков В.А. Увеличение длительности импульса излучения ArF-лазера с твердотельным генератором накачки. Квантовая электроника. 2011. Том 41. № 4. С. 366-369.

173. Железнов Ю.А., Хасая Р.Р., Хомич Ю.В., Ямщиков В.А. Эффективный метод увеличения длительности импульса излучения электроразрядного KrF-лазера. Прикладная физика. 2015. № 3. С. 85-88.

174. Железнов Ю.А., Малинский Т.В., Миколуцкий С.И., Токарев В.Н., Хасая Р.Р., Хомич Ю.В., Ямщиков В.А. Обработка поверхности титана наносекундным лазерным излучением. Письма о материалах. 2014. Том 4. №1. С. 45-48.

175. Tokarev V.N., Shmakov V.A., Khasaya R.R., Mikolutskiy S.I., Nebogatkin S.V., Khomich V.Yu., Yamshchikov V.A. Review of methods of direct laser nanostructuring technological materials. Proceedings of the 29th International Congress on Applications of Lasers and Electrooptics (September 26-30, 2010, Anaheim, USA). P. 1257-1265.

176. Токарев В.Н., Хомич В.Ю., Шмаков В.А., Ямщиков В.А. Возможность прямого лазерного наноструктурирования поверхности без оплавления материала. Физика и химия обработки материалов. 2008. № 4. С.15-25.