Лазерная наноабляция аморфных и нанокристаллических углеродных пленок тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.21, кандидат физико-математических наук Комленок, Максим Сергеевич

• Комленок, Максим Сергеевич
• кандидат физико-математических наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Комленок, Максим Сергеевич

Оглавление

Введение

Глава 1. Алмазные материалы и особенности лазерного воздействия на них (обзор литературы)

1.1. Алмазные материалы

1.2. Лазерноиндуцированная графитизация алмазных и алмазоподобных пленок

1.3. Механизмы лазерного удаления алмаза и алмазоподобных пленок

1.3.1. Испарительная абляция алмаза

1.3.2. Фотохимическое травление алмаза

1.3.3. Испарительная абляция а-С и а-С:Н пленок

1.3.4. Термохимическое травление а-С:Н пленок

1.3.5. Откольный механизм травления а-С:Н пленок

1.4. Публикации по лазерному воздействию на 1а-С и УНКА пленки

Глава 2. Образцы и экспериментальные методы

Глава 3. Лазерная абляция 1а-С пленок

3.1. Введение. Ог{енка толщины графитизованного слоя в результате лазерного воздействия

3.2. Одноимпулъсное лазерное воздействие. Пороги графитизации и абляции 1а-С пленок

3.3. Многоимпульсное лазерное воздействие. Скорости и режимы абляции

3.4. Физическая абляция пленок

3.5. Термохимический режим наноабляции Iа-С пленок

3.6. Фотохимический режим наноабляции 1а-С пленок

3.7. Выводы

Глава 4. Лазерная абляция УНКА пленок

4.1. Скорости и пороги абляция УНКА пленок

_

4.2. Анализ изменений структуры УНКА пленки в зависимости

от условий облучения с помощью КР спектроскопии

4.3. Особенности термохимического режима абляции УНКА пленок легированных азотом (30% N2)

4.4. Выводы

Глава 5. Сравнительный анализ скоростей лазерной абляции различных алмазных материалов

Основные результаты

Литература

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Лазерная наноабляция аморфных и нанокристаллических углеродных пленок»

Введение

Актуальность темы

В последнее время интерес к алмазным материалам бурно растет в связи с возникновением технологий их производства, которые позволяют получать искусственные моно- и поликристаллические алмазы высокого качества и размерами сопоставимыми или даже превосходящими лучшие образцы природных кристаллов. Кристаллиты в поликристаллической алмазной пленке растут в форме колонн с типичным поперечным размером порядка 10-20% от толщины пленки, так что, например, для пленки толщиной 500 мкм характерный размер зерен может составлять 50-100 мкм. Негативной характеристикой таких пленок является большое значение шероховатости, которое пропорционально толщине и может достигать значений нескольких микрон. Развитие технологии синтеза искусственного алмаза в виде тонких пленок позволило получить новый вид алмазных покрытий - так называемые ультрананокристаллические алмазные (УНКА) пленки - с алмазными зернами размером несколько нм, на границах которых находится нанокристаллический графит и транс-полиацетилен. Основное отличие УНКА от нанокристаллических (НКА) пленок заключается в том, что благодаря добавлению аргона в газовую смесь при их осаждении размер кристаллитов составляет величину от 2 до 5нм и не зависит от толщины пленки, а в случае НКА пленки - десятки нанометров. В результате УНКА пленки при толщине от 100 нм до 10 мкм обладают низкой шероховатостью

(10-50 нм), высокой микротвердостью (80-90 ГПа), достаточной прозрачностью, что важно для их применений, например, в ИК оптике и позволяет избежать последующей процедуры полировки пленок.

Весьма перспективными с точки зрения практического применения являются также алмазоподобные (АП) углеродные пленки, получаемые методом вакуумного напыления [1]. Для данной работы наибольший интерес представляли АП пленки с доминирующим количеством sp3 связей. Это так называемые пленки тетраэдрически координированного аморфного углерода (tetrahedrally bonded amorphous carbon - ta-C). В таких пленках содержание sp связей может достигать 80%, а твердость - 80 ГПа [2]. По сравнению с водородсодержащими аморфными углеродными (а-С:Н) пленками износостойкость ta-C пленок значительно выше, благодаря высокой твердости и плотности [3], что и обусловливает их широкое применение в качестве защитных, износостойких и низкофрикционных покрытий в различных областях науки и техники.

Высокая твердость и химическая инертность алмазных материалов вызывают значительные сложности при их дальнейшей обработке: резке, сверлении, полировке, микро- и наноструктурировании и пр. В этом случае лазерное излучение выступает в роле единственного эффективного и гибкого инструмента для модификации таких пленок в воздушной атмосфере. Хорошо известно, что с помощью доступных коммерческих лазеров можно локально нагреть и аблировать алмазные материалы путем испарения.

Испарительная абляция алмазных материалов сопровождается графитизацией поверхности, что вызывает ограничения в практическом применении: необходимость удаления лазерно-индуцированного графитоподобного материала; разрешение по глубине, определяемое толщиной графитизованного слоя, как показано в [4], не может быть менее 10 нм даже при облучении короткими (фс) импульсами. Преодолеть указанные сложности можно с помощью режима безграфитизационной низкоскоростной абляции (скорость менее 1 нм/имп, вследствие чего он был назван «наноабляцией»), недавно обнаруженного для природного монокристалла алмаза и вызванного окислением поверхности [5]. Ранее травление поверхности, обусловленное лазерно-индуцированным окислением, упоминалось при импульсном [6] и непрерывном [7] лазерных воздействиях на а-С:Н пленки, однако оставалось практически неисследованным. Вместе с тем для 1а-С и УНКА пленок такой режим абляции не был известен, хотя именно для этих многообещающих нанокристаллических алмазных материалов актуален прецизионный способ лазерной обработки.

Цель диссертационной работы

Целью диссертационной работы являлись экспериментальный поиск и исследование таких режимов лазерного облучения, при которых абляция (травление) алмазных материалов (\а-С и УНКА пленок) может происходить

со скоростью менее 1 нм/имп и соответственно с высокой точностью. В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

• сравнительный анализ и исследование процесса абляции алмазных материалов для различных лазерных источников с фемтосекундной и наносекундной длительностью импульса в широком диапазоне плотностей энергии от 0.01 до 500 Дж/см2 с целью установления закономерностей и физических причин лазерно-индуцированного травления;

• изучение влияния содержания кислорода в газовой среде (воздух, низкий вакуум) и температуры облучаемого образца на процесс наноабляции алмазных материалов;

• проведение анализа структуры лазерно-модифицированного слоя с помощью КР спектроскопии и сканирующей электронной микроскопии и установление зависимости степени кристаллизации пленок от плотности энергии и числа импульсов;

• исследование влияния степени легирования азотом УНКА пленок на пороги и скорости их реактивного травления.

Защищаемые положения

1. Абляция УНКА и 1а-С пленок возможна в трех различных режимах в зависимости от условий импульсно-периодического воздействия эксимерного лазера: режим 1 (физический) характеризуется термостимулироватшым фазовым переходом алмаз-графит и последующим испарением графитизированного слоя (скорость абляции и>10 нм/импульс); особенностью

режима 2 (термохимического) является формирование графитоподобного слоя на поверхности и его импульсное окисление, вызванное лазерным нагревом (0.01-Ю.5 нм/импульс); режим 3 предположительно обусловлен фото индуцированным ослаблением межатомных связей на поверхности алмазных пленок и последующим окислением слабосвязанных атомов (кластеров) углерода со скоростью Ю^-НО"3 нм/импульс.

2. УНКА-пленки, полученные при добавлении 30%Мг в газовую смесь при осаждении, представляют собой модельный материал для изучения влияния функционального состояния поверхности на скорость их лазерно-индуцированного окисления. Изменение функционального состояния поверхности УНКА-пленки приводит к отклонению зависимости скорости травления от аррениусовой.

3. При термохимической наноабляции 1а-С пленок в течение начальных 10000 импульсов облучения высота графитизованной в первом импульсе области не меняется, при этом вся поглощенная энергия тратится на увеличение размера зр кластеров от 0.6 до 1.3 нм, и окисление не происходит совсем либо незаметно на фоне расширения материала.

Научная новизна

Впервые определены режимы импульсного лазерного облучения, позволяющие реализовать наноабляцию (скорости удаления материала менее 1 нм/импульс) ta-C и УНКА пленок.

Установлен механизм наноабляции таких пленок - импульсное

окисление (травление) материала, и исследованы ее основные закономерности.

Основные результаты работы, отраженные в выводах к диссертации, имеют приоритетный характер.

Практическая ценность работы

Проведенные исследования продемонстрировали возможность применения лазерной абляции для сверхпрецизионного структурирования алмазных материалов с нанометровым разрешением по глубине. Особенностью установленных режимов травления является отсутствие графитизованного слоя после лазерного воздействия, что позволяет избежать дальнейшей обработки.

Личный вклад диссертанта

Диссертант лично выполнил экспериментальные исследования по лазерному воздействию на алмазные материалы. Постановка задач исследований, определение методов их решения и интерпретация результатов выполнены совместно с соавторами опубликованных работ при непосредственном участии соискателя.

Апробация работы

Основные результаты диссертации докладывались на следующих

конференциях: IX International Conference "Laser & Laser-Information

Technologies: Fundamental Problems & Applications", October 3-8, 2006,

Smolyan, Bulgaria; 8th International Workshop on Fundamentals of Ablation with

Short Pulsed Solid State Lasers, February 7-9, 2007, Hirschegg, Austria; Вторая

9

всероссийская школа по лазерной физике и лазерным технологиям, 2008, Саров, Россия; International Workshop "Nanocarbon Photonics and Optoelectronics", August 3-9, 2008, Polvijärvi, Finland; 3rd International Symposium "Detonation Nanodiamonds: Technology, Properties and Applications" (Nanodiamond' 2008) July 01-04, 2008, St Petersburg, Russia; 18th International Laser Physics Workshop (LPHYS'09) July 13-17, 2009, Barcelona, Spain; Международный форум по нанотехнологиям (Rusnanotech'09), 6-8 октября 2009, Москва, Россия; 7th International Seminar on Mathematical Models and Modeling in Laser-Plasma Processes (LPPM3-2010), January 27-29, 2010, Russia; 18th International Conference on Advanced Laser Technologies (ALT'10), September 11-16, 2010, Netherlands; 19th International Conference on Advanced Laser Technologies (ALT'l 1), September 03-08, 2011, Bulgaria.

Публикации

Основные результаты опубликованы в 16 работах: 6 статей в журналах, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией, и 10 тезисов международных конференций. Список публикаций по теме диссертации приведен в конце работы.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав и списка основных результатов. Диссертация содержит 105 страниц, включая 37 рисунков, 1 таблицу и список литературы из 89 наименований.

Заключение диссертации по теме «Лазерная физика», Комленок, Максим Сергеевич

Основные результаты

1. В экспериментах с излучением эксимерного лазера установлено, что в зависимости от условий импульсно-периодического лазерного воздействия реализуется 3 различных режима абляции ультра-нанокристаллических алмазных (УНКА) и сверхтвердых алмазоподобных (ЧаС) пленок, в которых проявляется физическое и химическое воздействие наносекундного УФ излучения.

Показано, что особенностью испарительного режима (Режим 1) этих пленок является необходимость термического инициирования лазерным импульсом фазового перехода алмаз-графит и последующего испарения сильно-поглощающего излучение графитизированного слоя. При этом реализуются скорости абляции г>>10 нм/импульс.

Обнаружено, что при интенсивно стях излучения ниже порога испарения графитизированного материала в окислительной среде (воздухе) абляция алмазоподобных пленок имеет физико-химическую природу и происходит при сверхнизких скоростях (вплоть до долей нм за импульс). Предложено два механизма такой наноабляции алмазных материалов, соответствующие различным интенсивностям излучения и диапазонам скоростей травления: термохимический (Режим 2), заключающийся в формировании на поверхности графитизированного слоя и его импульсном лазерном окислении (0.01-Ю.1 нм/импульс); фотохимический (Режим 3), обусловленный фотоиндуцированным ослаблением межатомных связей на поверхности алмазных пленок и последующего окисления слабосвязапных атомов (кластеров) углерода со скоростью всего Ю^Ю"3 нм/импульс.

2.Установлено влияние степени легирования азотом УНКА пленок на пороги и скорости абляции.

Для легированной (30% N2) пленки пороги абляции во всех режимах оказались ниже, а скорость абляции на порядок выше во всем диапазоне плотностей энергии, чем для нелегированной, что объясняется различием в коэффициентах оптического поглощения пленок и теплопроводности.

Обнаружены следующие особенности протекания термохимического режима абляции легированных азотом (30% N2) пленок:

- пороговый кумулятивный эффект - скорость травления пленок уменьшается с увеличением числа импульсов, в отличие от нелегированных, что может объясняться уменьшением коэффициента поглощения, связанным с постепенным лазерноиндуцированным удалением аморфной Бр фазы;

- при лазерном облучении пленок с одновременным внешним термическим нагревом зависимость скорости их травления отклоняется от аррениусовой, что предположительно связано с изменением функционального состояния поверхности.

3. Для 1а-С пленок установлена зависимость размеров нанокристаллитов и степени кристаллизации структуры пленок от плотности энергии и числа импульсов. Обнаружено, что при термохимическом режиме абляции №2 1а-С пленок в течение начальных 10000 импульсов облучения не происходит изменений высоты графитизованной области, при этом вся поглощенная энергия тратится на увеличение размера эр кластеров от 0.6 до 1.3 нм, и окисление не происходит совсем либо незаметно на фоне расширения материала.

Благодарность

Выражаю искреннюю благодарность моему научному руководителю чл.-корр. РАН проф. В.И. Конову за постановку задач и руководство работой; заведующему лабораторией лазерной оптики поверхности С.М. Пименову за организацию научной деятельности, за предоставленные образцы ta-C пленок и ценные обсуждения; заведующему лабораторией алмазных материалов В.Г.

Ральченко за предоставленные образцы УНКА пленок и интересные обсуждения полученных результатов; В.В. Кононенко и Т.В. Кононенко за непосредственное руководство работой и постоянную готовность помочь; коллегам по отделу светоиндуцированных поверхностных явлений Е.Д. Образцовой, И.И. Власову, В.П. Пашинину, Е.Заведееву, Д.Совыку, A.B. Хомичу (ИРЭ РАН) за помощь в проведении экспериментов и обсуждение полученных результатов; Н.Р. Арутюнян, A.A. Басову, A.A. Хомичу за измерения спектров KP; моим родителям и друзьям.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Комленок, Максим Сергеевич, 2013 год

Литература

1. Y. Lifshitz, Diamond-like carbon - present status, Diamond and Related Materials, 1999. 8(8-9), 1659-1676.

2. H. Schulz, H.J. Scheibe, P. Siemroth, B. Schultrich, Pulsed arc deposition of

super-hard amorphous carbon films, Applied Physics A: Materials Science &

■t

Processing, 2004. 78(5), 675-679.

3. P. Pekko, Tetrahedral amorphous carbon deposited with the pidsed plasma arc-discharge method as a protective coating against solid impingement erosion,, Diamond and Related Materials, 2000. 9(8), 1524-1528.

4. B.B. Коиоиенко, T.B. Коионеико, C.M. Пименов, M.H. Синявский, В.И. Конов, Ф. Даусингер, Влияние длительности импульса на графитизацию алмаза в процессе лазерной абляции, Квантовая электроника, 2005. 35(3), 252256.

5. В.В. Кононенко, М.С. Комленок, С.М. Пименов, В.И. Конов, Фотоиндуцированное лазерное травление алмазной поверхности, Квантовая электроника, 2007. 37(11), 1043-1046.

6. В.И. Конов, Т.В. Кононенко, С.М. Пименов, А.А.Смолин, Н.И. Чаплиев, Импульсно-периодическое лазерное травление алмазоподобиых покрытий, Квантовая электроника, 1991. 21(10), 1112.

7. V.Y. Armeyev, N.I. Chapliev, E.N. Loubnin, V.I. Mikhailov, V.G. Ralchenko, V.E. Strelnitsky, Ar+ laser annealing and etching of hydrogenated amorphous carbon films, Surface and Coatings Technology, 1991. 47(1-3), 279286.

8. M.S. Komlenok, V.V. Kononenko, I.I. Vlasov, V.G. Ralchenko, N.R.

Arutyunyan, E.D. Obraztsova, V.I. Konov, Laser "Nano" ablation of

93

Ultrananocrystalline Diamond Films, Journal of Nanoelectronics and Optoelectronics, 2009. 4(2), 286-289.

9. M.S. Komlenok, V.V. Kononenko, V.G. Ralchenko, S.M. Pimenov, V.I. Konov, Laser Induced Nanoablation of Diamond Materials, Physics Procedia, 2011. 12(Part 2), 37-45.

10. M.C. Комленок, C.M. Пименов, B.B. Кононенко, В.И. Конов, Х.-Й. Шайбе, Лазерное микроструктурирование поверхности сверхтвердых аморфных углеродных пленок, Нано- и микросистемная техника, 2008. 3, 4853.

11. М.А. Prelas, G. Popovici, L.K. Bigelow, Handbook of industrial diamonds and diamond films (Marcel Dekker, New York, 1998).

12. R.C. Burns, J.O. Hansen, R.A. Spits, M. Sibanda, C.M. Welbourn, D.L. Welch, Growth of high purity large synthetic diamond crystals, Diamond and Related Materials, 1999. 8(8-9), 1433-1437.

13. B.V. Spitsyn, L.L. Bouilov, B.V. Deijaguin, Vapor growth of diamond on diamond and other surfaces, Journal of Crystal Growth, 1981. 52(Part 1), 219-226.

14. W. Yang, O. Auciello, J.E. Butler, W. Cai, J.A. Carlisle, J.E. Gerbi, D.M. Gruen, T. Knickerbocker, T.L. Lasseter, J.N. Russell, L.M. Smith, R.J. Hamers, DNA-modified nanocrystalline diamond thin-films as stable, biologically active substrates, Nature Materials, 2002. 1(4), 253-257.

15. A.R. Konicek, D.S. Grierson, P.U.P.A. Gilbert, W.G. Sawyer, A.V. Sumant, R.W. Carpick, Origin of Ultralow Friction and Wear in Ultrananocrystalline Diamond, Physical Review Letters, 2008.100(23), 235502.

16. D.M. Gruen, Nanocrystalline diamond films, Annual Review of Materials Science, 1999. 29,211-259.

17. D. Zhou, D.M. Gruen, L.C. Qin, T.G. McCauley, A.R. Krauss, Control of diamond film microstructure by Ar additions to CHfsub 4]/HIsub 2] microwave plasmas, Journal of Applied Physics, 1998. 84(4), 1981-1989.

18. V.l. Konov, A.A. Smolin, V.G. Ralchenko, S.M. Pimenov, E.D. Obraztsova, E.N. Loubnin, S.M. Metev, G. Sepold, B.c. arc plasma deposition of smooth nanocrystalline diamond films, Diamond and Related Materials, 1995. 4(8), 10731078.

19. I.I. Vlasov, E. Goovaerts, V.G. Ralchenko, V.l. Konov, A.V. Khomich, M.V. Kanzyuba, Vibrational properties of nitrogen-doped ultrananocrystalline diamond films grown by microwave plasma CVD, Diamond and Related Materials, 2007. 16(12), 2074-2077.

20. V. Ralchenko, S. Pimenov, V. Konov, A. Khomich, A. Saveliev, A. Popovich, I. Vlasov, E. Zavedeev, A. Bozhko, E. Loubnin, R. Khmelnitskii, Nitrogenated nanocrystalline diamond films: Thermal and optical properties, Diamond and Related Materials, 2007. 16(12), 2067-2073.

21. I. Vlasov, O.I. Lebedev, V.G. Ralchenko, E. Goovaerts, G. Bertoni, G. Van Tendeloo, V.l. Konov, Hybrid Diamond-Graphite Nanowires Produced by Microwave Plasma Chemical Vapor Deposition, Advanced Materials, 2007. 19(22), 4058-4062.

22. O. Shenderova, D. Brenner, R.S. Ruoff, Would Diamond Nanorods Be Stronger than Fullerene Nanotubes?, Nano Letters, 2003. 3(6), 805-809.

23. A.S. Barnard, S.P. Russo, I.K. Snook, Electronic band gaps of diamond nanowires, Physical Review B, 2003. 68(23), 235407.

24. I. Aharonovich, A.D. Greentree, S. Prawer, Diamond photonics, Nat Photon, 2011. 5(7), 397-405.

25. A.D. Greentree, B.A. Fairchild, F.M. Hossain, S. Prawer, Diamond integrated quantum photonics, Materials Today, 2008. 11(9), 22-31.

26. A.A. Basov, M. Rahn, M. Pars, I.I. Vlasov, I. Sildos, A.P. Bolshakov, V.G. Golubev, V.G. Ralchenko, Spatial localization of Si-vacancy photoluminescent centers in a thin CVD nanodiamond film, physica status solidi (a), 2009. 206(9), 2009-2011.

27. C. Wang, C. Kurtsiefer, H. Weinfurter, B. Burchard, Single photon emission from SiV centres in diamond produced by ion implantation, Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics, 2006. 39(1), 37.

28. C. Kurtsiefer, S. Mayer, P. Zarda, H. Weinfurter, Stable Solid-State Source of Single Photons, Physical Review Letters, 2000. 85(2), 290-293.

29. C.F. Wang, R. Hanson, D.D. Awschalom, E.L. Ни, T. Feygelson, J. Yang, J.E. Butler, Fabrication and characterization of two-dimensional photonic crystal microcavities in nanocrystalline diamond, Applied Physics Letters, 2007. 91(20), 201112-201113.

30. C. Kreuzer, J. Riedrich-Moller, E. Neu, C. Becher, Design of Photonic Crystal Microcavities in Diamond Films, Opt. Express, 2008. 16(3), 1632-1644.

31. J. Riedrich-Moller, L. Kipfstuhl, С. Hepp, E. Neu, C. Pauly, F. Mucklich, A. Baur, M. Wandt, S. Wolff, M. Fischer, S. Gsell, M. Schreck, C. Becher, One- and two-dimensional photonic crystal microcavities in single crystal diamond, Nat Nano, 2012. 7(1), 69-74.

32. Тукмаков K.H., Комленок M.C., Элементы ианофотопики па алмазных пленках, изготовленные методом фокусированных ионных пучков, Всероссийская молодежная научно-техническая конференция "Космос-2012", Самара, Россия, 2012. 3, 151-153.

33. T.V. Kononenko, M. Meier, M.S. Komlenok, S.M. Pimenov, V. Romano, V.P. Pashinin, V.I. Konov, Microstructuring of diamond bulk by IR femtosecond laser pulses, Applied Physics a-Materials Science & Processing, 2008. 90(4), 645651.

34. G. Dumitra, V. Romano, H.P. Weber, S. Pimenov, T. Kononenko, J. Hermann, S. Bruneau, Y. Gerbig, M. Shupegin, Laser treatment of tribological DLCfilms, Diamond and Related Materials. 12(3-7), 1034-1040.

35. B.-R. Huang, S. Jou, Y.-M. Wu, K.-H. Chen, L.-C. Chen, Effect ofXeF laser treatment on structure of nanocrystalline diamond films, Diamond and Related Materials, 2010. 19(5-6), 445-448.

36. J. Preclikova, A. Kromka, B. Rezek, P. Maly, Laser-induced refractive index

changes in nanocrystalline diamond membranes, Opt. Lett., 2010. 35(4), 577-579.

t

37. J. Preclikova, F. Trojanek, B. Dzurnak, P. Maly, A. Kromka, B. Rezek, Light-assisted adsorption processes in nanocrystalline diamond membranes studied by femtosecond laser spectroscopy, Diamond and Related Materials, 2010.. 19(7-9), 918-922.

38. S. Aisenberg, R. Chabot, Ion-Beam Deposition of Thin Films of Diamondlike Carbon, Journal of Applied Physics, 1971. 42(7), 2953-2958.

39. S. Aisenberg, F.M. Kimock, Ion Beam and Ion-Assisted Deposition of Diamond-Like Carbon Films, Materials Science Forum, 1991. 52 - 53, 1-40.

40. J.-P. Hirvonen, J. Koskinen, R. Lappalainen, A. Anttila, Preparation and Properties of High Density, Hydrogen Free Hard Carbon Films with Direct Ion Beam or Arc Discharge Deposition, Materials Science Forum, 1991. 52 - 53, 197216.

41. T. Sato, S. Furuno, S. Iguchi, M. Hanabusa, Diamond-like carbon films

prepared by pulsecl-laser evaporation, Applied Physics A: Materials Science & Processing, 1988. 45(4), 355-360.

42. B.F. Coll, P. Sathrum, R. Aharonov, M.A. Tamor, Diamond-like carbon films synthesized by cathodic arc evaporation, Thin Solid Films, 1992. 209(2), 165-173.

43. И.И. Аксенов, В.А. Белоус, В.Г. Падалка, В.Е. Стрельницкий, В.М. Хороших, Устройство для очистки плазмы вакуумной дуги от макрочастиц, Приборы и техника эксперимента, 1978. 5, 736-737.

44. H.J. Scheibe, P. Siemroth, W. Pompe, В. Schoeneich, Laser-arc: A new method for preparation of diamond-like carbon films, Surface and Coatings Technology, 1991. 47(1-3), 455-464.

45. V.V. Kononenko, T.V. Kononenko, S.M. Pimenov, V.I. Konov, P. Fischer., V. Romano, H.P. Weber, A.V. Khomich, R.A. Khmelnitskiy, V.N. Strekalov, Laser-induced structure transformations of diamonds, 2003. 5121, 259-270.

46. В.М. Золотарев, B.H. Морозов, E.B. Смирнова, Оптические постоянные природных и технических сред (Справочник, Ленинград, 1984).

47. C.D. Clark, R.W. Ditchburn, Н.В. Dyer, The Absorption Spectra of Natural and Irradiated Diamonds, Proc. Roy. Soc. (London), 1956. 234(1198), 363-381.

48. . A.V. Khomich, V.G. Ralchenko, A.V. Vlasov, R.A. Khmelnitskiy, I.I. Vlasov, V.I. Konov, Effect of high temperature annealing on optical and thermal properties of CVD diamond, Diamond and Related Materials. 10(3-7), 546-551.

49. T.V. Kononenko, V.G. Ralchenko, I.I. Vlasov, S.V. Garnov, V.I. Konov, Ablation of CVD diamond with nanosecond laser pulses ofUV-IR range, Diamond and Related Materials, 1998. 7(11-12), 1623-1627.

50. S. Prawer, R. Kalish, M. Adel, Pulsed laser treatment of diamondlike carbon

98

films, Applied Physics Letters, 1986. 48(23), 1585-1587.

51. V.Y. Armeyev, N.I. Chapliev, V.I. Konov, V.G. Ralchenko, V.E. Strelnitsky, A.Y. Volkov, Direct laser writing of conductive pathways into diamond-like carbon films, 1990. 1352, 200-204.

52. V.G. Ageev, T.N. Glushko, V.F. Dorfman, A.V. Kuzmichov, B.N. Pypkin, Excimer laser processing of diamond-like films, The Hague, Netherlands, 1991. 1503, 453-462.

53. V.P. Ageev, N.I. Chapliev, T.N. Glushko, T.V. Kononenko, A.V. Kuzmichov, A.A. Smolin, V.E. Strelnitsky, V.F. Dorfman, B.N. Pypkin, Light-induced variations of optical properties of diamond-like films, Surface and Coatings Technology, 1991. 47(1-3), 269-278.

54. V.G. Ralchenko, T.V. Kononenko, V.I.Konov, V.E.Strelnitsky, Chemical wet etching of laser modified diamond-like carbon films: An approach to development on single-layer carbon resist for lithography, Proc. of the Second International Conference on the Applications of Diamond Films and Related Materials, Tokyo, 1993, 613-618.

55. T.V. Kononenko, V.V. Kononenko, S.M. Pimenov, E.V. Zavedeev, V.I. Konov, V. Romano, G. Dumitru, Effects of pulse duration in laser processing of diamond-like carbon films, Diamond and Related Materials, 2005. 14(8), 13681376.

56. T.V. Kononenko, V.V. Kononenko, V.I. Konov, S.M. Pimenov, S.V. Gamov, A.V. Tishchenko, A.M. Prokhorov, A.V. Khomich, Formation of antireflective surface structures on diamond films by laser patterning, Applied Physics A: Materials Science & Processing, 1999. 68(1), 99-102.

57. B.B. Кононенко, В.И. Конов, С.М. Пименов, A.M. Прохоров, B.C.

Павельев, В.А. Сойфер, Алмазная дифракционная оптика для С()2 лазеров, Квантовая электроника, 1999. 29(1), 9.

58. • V.P. Ageev, L.L. Builov, V.I. Konov, A.V. Kuzmichev, S.M. Pimenov, A.M. Prokhorov, V.G. Ralchenko, B.V. Spitsyn, N.I. Chapliev, in: Doklady Akademii Nauk Sssr, (1988).

59. M. Rothschild, C. Arnone, DJ. Ehrlich, Excimer-laser etching of diamond and hard carbon films by direct writing and optical projection, Journal of Vacuum Science & Technology B: Microelectronics and Nanometer Structures, 1986.4(1), 310-314.

60. Буйлов Л.Л., Конов В.И., Пименов C.M., Спицын Б.В., Ч. Н.И., Взаимодействие излучения импульсного СО2 лазера с алмазными пленками, Поверхность. Физика, химия, механика, 1990. 6, 128.

61. S.M. Pimenov, V.V. Kononenko, T.V. Kononenko, V.I. Konov, P. Fischer, V. Romano, H.P. Weber, A.V. Khomich, R.A. Khmelnitskiy, Laser annealing of ion-implanted diamond, SPIE, 2003, 128-139.

62. R.P. Mildren, J.E. Downes, J.D. Brown, B.F. Johnston, E. Granados, D.J. Spence, A. Lehmann, L. Weston, A. Bramble, Characteristics of 2-photon ultraviolet laser etching of diamond, Opt. Mater. Express, 2011. 1(4), 576-585.

63. E. Granados, D.J. Spence, R.P. Mildren, Deep ultraviolet diamond Raman laser, Opt. Express, 2011. 19(11), 10857-10863.

64. T.V. Kononenko, V.G. Ralchenko, E.D. Obraztsova, V.I. Konov, J. Seth, S.V. Babu, E.N. Loubnin, Excimer laser etching of diamond-like carbon films: spalling effect, Applied Surface Science, 1995. 86(1-4), 234-238.

65. V.G.Ralchenko, T.V.Kononenko, T. Foursova, E. Obraztsova, A.A. Smolin,

Laser patterning of DLC films, Proc. of the Third International Symposium on

Diamond Materials, Electrochemical Society, Pittsburg, 1993, 633-639.

100

66. T.V. Kononenko, S.M. Pimenov, V.V. Kononenko, E.V. Zavedeev, V.I. Konov, G. Dumitru, V. Romano, Laser-induced spallation in diamond-like carbon films, Applied Physics A: Materials Science & Processing, 2004. 79(3), 543-549.

67. Q. Ding, L. Wang, L. Hu, T. Hu, Y. Wang, Y. Zhang, An explanation for laser-induced spallation effect in a-C:Hfilms: Altered phase evolution route caused by hydrogen doping, Journal of Applied Physics, 2011. 109(1), 013501-013509.

68. T. Roch, A. Lasagni, E. Beyer, Nanosecond UV laser graphitization and delamination of thin tetrahedral amorphous carbon films with different sp3/sp2 content, Thin Solid Films, 2011. 519(11), 3756-3761.

69. T. Roch, V. Weihnacht, H.-J. Scheibe, A. Roch, A.F. Lasagni, Direct Laser Interference Patterning of tetrahedral amorphous carbon films for tribological applications, Diamond and Related Materials, 2013. 33(0), 20-26.

70. D. Schneider, B. Schultrich, Elastic modulus: a suitable quantity for characterization of thin films, Surface and Coatings Technology, 1998. 98(1-3), 962-970.

71. K.B.K. Teo, A.C. Ferrari, G. Fanchini, S.E. Rodil, J. Yuan, J.T.H. Tsai, E. Laurenti, A. Tagliaferro, J. Robertson, W.I. Milne, Highest optical gap tetrahedral amorphous carbon, Diamond and Related Materials, 2002. 11(3-6), 1086-1090.

72. M. Shamsa, W.L. Liu, A.A. Balandin, C. Casiraghi, W.I. Milne, A.C. Ferrari, Thermal conductivity of diamond-like carbon films, Appl. Phys. Lett., 2006. 89(16), 161921.

73. A. Ferrari, Stress reduction and bond stability during thermal annealing of tetrahedral amorphous carbon, J. Appl. Phys., 1999. 85(10), 7191.

74. S. Anders, J. DHaz, J. Ager, R. Yu Lo, D. Bogy, Thermal stability of

amorphous hard carbon films produced by cathodic arc deposition, Appl. Phys.

Lett., 1997. 71(23), 3367.

75. J. Orwa, I. Andrienko, J. Peng, S. Prawer, Y. Zhang, S. Lau, Thermally induced sp2 clustering in tetrahedral amorphous carbon (ta-C) films, J. Appl. Phys., 2004. 96(11), 6286.

76. L.C. Nistor, J. Landuyt, V.G. Ralchenko, T.V. Kononenko, E.D. Obraztsova,

V.E. Strelnitsky, Direct observation of laser-induced crystallization of a-C:H

i

films, Applied Physics A: Materials Science & Processing, 1994. 58(2), 137-144.

77. B.S. Elman, M. Shayegan, M.S. Dresselhaus, H. Mazurek, G. Dresselhaus, Structural characterization of ion-implanted graphite, Physical Review B, 1982. 25(6), 4142-4156.

78. B.K. Tay, X. Shi, E.J. Liu, H.S. Tan, L.K. Cheah, W.I. Milne, Heat treatment of tetrahedral amorphous carbon films grown by filtered cathodic vacuum-arc technique, Diamond and Related Materials, 1999. 8(7), 1328-1332.

79. F. Tuinstra, J.L. Koenig, Raman Spectrum of Graphite, The Journal of Chemical Physics, 1970. 53(3), 1126-1130.

80. D.S. Knight, W.B. White, Characterization of diamond films by Raman spectroscopy, Journal of Materials Research, 1989. 4(02), 385-393.

81. A.C. Ferrari, J. Robertson, Interpretation of Raman spectra of disordered and amorphous carbon, Physical Review B, 2000. 61(20), 14095-14107.

82. N.M. Bulgakova, A.V. Bulgakov, Pulsed laser ablation of solids: transition from normal vaporization to phase explosion, Applied Physics A: Materials Science & Processing, 2001. 73(2), 199-208.

83. R. Pfeiffer, H. Kuzmany, N. Salk, B. Gunther, Evidence for trans-

polyacetylene in nanocrystalline diamond films from H—D isotropic substitution

experiments, Applied Physics Letters, 2003. 82(23), 4149-4150.

84. L. Bergman, M.T. McClure, J.T. Glass, R.J. Nemanich, The origin of the broadband luminescence and the effect of nitrogen doping on the optical properties of diamond films, Journal of Applied Physics, 1994. 76(5), 3020-3027.

85. A.B. Хомич, M.B. Канзюба, И.И. Власов, В.Г. Ральченко, Н.И. Горбачук, Оптическая спектроскопия поверхности нанопористых алмазных пленок, Журнал прикладной спектроскопии, 2011. 78(4), 601-609.

86. A. Laikhtman, A. Lafosse, Y. Le Coat, R. Azria, A. Hoffman, Interaction of water vapor with bare and hydrogenated diamond film surfaces, Surface Science, 2004. 551(1-2), 99-105.

87. O. Manelli, S. Corni, M.C. Righi, Water Adsorption on Native and Hydrogenated Diamond (001) Surfaces, The Journal of Physical Chemistry C, 2010.114(15), 7045-7053.

88. » D. Ballutaud, F. Jomard, T. Kociniewski, E. Rzepka, H. Girard, S. Saada, Sp3/sp2 character of the carbon and hydrogen configuration in micro- and nanocrystalline diamond, Diamond and Related Materials. 17(4-5), 451-456.

89. J.-C. Pu, S.-F. Wang, J.C. Sung, High-temperature oxidation behavior of nanocrystalline diamond films, Journal of Alloys and Compounds, 2010. 489(2), 638-644.

Основные результаты диссертации опубликованы в статьях:

1. M.S. Komlenok, V.V. Kononenko, V.G. Ralchenko, S.M. Pimenov, V.I. Konov,

Laser Induced Nanoablation of Diamond Materials, Physics Procedia 12 (2011) 37-45

»

2. M.C. Комленок, A.A. Хомич, Высокотемпературное окисление ультра-

нанокристаллических алмазных пленок, Научные ведомости БелГУ, Серия:

Математика. Физика. 2011. №11(106). Вып. 23, 118-122

3. M.S. Komlenok, V.V. Kononenko, I.I. Vlasov, V.G. Ralchenko, N.R. Arutyunyan, E.D. Obraztsova, V.I. Konov, Laser "Nano"ablation of Ultrananocrystalline Diamond Films, J. Nanoelectron. Optoelectron. 4, 286-289 (2009)

4. M.C. Комленок, C.M. Пименов, B.B. Кононенко, В.И. Конов, Х.-Й. Шайбе, Лазерное микроструктурирование поверхности сверхтвердых аморфных углеродных пленок, Нано- и микросистемная техника, 2008, 3, 48-53.

5. В.В. Кононенко, М.С. Комленок, С.М. Пименов, В.И. Конов, Фотоиндуцированное лазерное травление алмазной поверхности, Квантовая электроника, 2007, 37,11, 1043-1046

6. V.V. Kononenko, M.S. Komlenok, V.I. Konov, S.M. Pimenov, Nanosecond UV laser-induced nanoablation of diamond surface, Proc. of the society of photo-optical instrumentation engineers (SPIE) Vol. 6606, 66060F1-4 (2007) Доклады на конференциях:

1. M.S. Komlenok, V.V. Kononenko, S.M. Pimenov, V.I. Konov, H.-J. Scheibe, Excimer laser surface microstructuring of super hard amorphous carbon films, IX International Conference "Laser & Laser-Information Technologies: Fundamental Problems & Applications", October 3-8, 2006, Smolyan, Bulgaria

2. M.S. Komlenok, V.V. Kononenko, T.V. Kononenko, S.M. Pimenov, V.I. Konov, H.-J. Scheibe, C. Kleemann, M. Leonhardt, Surface microstructuring of super hard amorphous carbon films by short laser pulses, 8th International Workshop on Fundamentals of Ablation with Short Pulsed Solid State Lasers, February 7-9, 2007, Hirschegg, Austria

3. Комленок M.C., Кононенко B.B., Ральченко В.Г., Конов В.И. Лазерное

травление ультра-нанокристаллических алмазных пленок, Вторая всероссийская

школа по лазерной физике и лазерным технологиям, 2008, Саров, Россия

4. M.S. Komîenok, V.V. Kononenko, N.R. Arutyunyan, E.D. Obraztsova, I.I. Vlasov, V.G. Ralchenko, V.I. Konov, Laser etching of UNCD films, International Workshop "Nanocarbon Photonics and Optoelectronics", August 3-9,2008, Polvijârvi, Finland

5. V.G. Ralchenko, I.I. Vlasov, A.V. Saveliev, A.V. Khomich,V.V. Kononenko, M.S. Komlenok, O. Lebedev, V.I. Konov, E. Goovaerts, CVD diamond nanowires, 3rd International Symposium "Detonation Nanodiamonds: Technology, Properties and Applications" (Nanodiamond' 2008) July 01-04, 2008, St Petersburg, Russia

6. M.S. Komlenok, V.V. Kononenko, A.A. Basov, V.G. Ralchenko, V.I. Konov, Laser induced nanoablation of UNCD films, 18th International Laser Physics Workshop (LPHYS'09) July 13-17, 2009, Barcelona, Spain

7. M.C. Комленок, В.В. Кононенко, И.И. Власов, В.Г. Ральченко, В.И. Конов, Лазерно-индуцированная наноабляция ультра-нанокристаллических алмазных пленок, (Rusnanotech'09) Международный форум по нанотехнологиям 6-8 октября 2009, Москва, Россия

8. M.S. Komlenok, V.V. Kononenko, T.V. Kononenko, V.I. Konov, Photoinduced

laser etching of diamond, 7th International Seminar on Mathematical Models and

*

Modeling in Laser-Plasma Processes (LPPM3-2010), January 27-29, 2010, Russia

9. M.S. Komlenok, V.V. Kononenko, I.I. Vlasov, V.G. Ralchenko, V.I. Konov, Laser Induced Modification of UNCD Films Structure, 18th International Conference on Advanced Laser Technologies (ALT'10), September 11 - 16, 2010, Netherlands

10. M.S. Komlenok, V.V. Kononenko, V.G. Ralchenko, S.M. Pimenov, V.I. Konov, Excimer laser induced nanoablation of diamond materials, 19th International Conference on Advanced Laser Technologies (ALT'11), September 03-08, 2011, Bulgaria