CC BY
25
Михаил Петрович Марусин
Татьяна Анатольевна Протасеня
Сведения об авторах Университет ИТМО, кафедра измерительных технологий и компьютерной томографии, Санкт-Петербург; ассистент; E-mail: [email protected]
Институт прикладной физики национальной академии наук Беларуси, лаборатория контактно-динамических методов контроля, Минск; младший научный сотрудник; E-mail: [email protected]
Рекомендована кафедрой измерительных технологий и компьютерной томографии
Поступила в редакцию 01.10.14 г.
УДК 535.211:535.214
Д. В. Чесноков, Д. В. Кочкарев, В. А. Райхерт, М. В. Кузнецов, В. В. Чесноков
О ВОЗМОЖНОСТИ РЕАЛИЗАЦИИ ОДНОСТАДИЙНОГО ЛАЗЕРНОГО МЕТОДА МИКРОСТРУКТУРИРОВАНИЯ
ПОВЕРХНОСТИ САПФИРА
Представлено описание процесса лазерного сублимационного формирования упорядоченного глубокого микрорельефа на поверхности пластин из лейко-сапфира.
Ключевые слова: лазерная сублимация, рельеф на поверхности, светодиод, тугоплавкие диэлектрики, лейкосапфир.
Разработка и исследования технологий создания микро- и нанорельефов на поверхностях тугоплавких химически стойких диэлектриков (лазерное сверление алмазов, получение алмазной дифракционной оптики и др.) являются актуальными задачами. В настоящей работе приводятся предварительные результаты исследования одностадийного метода формирования (без использования фотолитографии и химических технологий) упорядоченного микрорельефа на поверхностях подложек из лейкосапфира с использованием процессов лазерной сублимации.
Объяснение эффектов лазерного повреждения поверхностей тугоплавких, особенно прозрачных для излучения, диэлектриков встречает затруднения [1]. Начальные этапы развития повреждения предположительно связаны с эффектом возникновения фотопроводимости (в случае рубина), многофотонного поглощения, поглощения на дефектах, в том числе связанных с центрами окраски и др. Последующие этапы повреждения, видимо, обусловлены термохимическими или плазмохимическими процессами в веществе, инициированными выделившимся на начальном этапе теплом [2, 3] и приводящими к дальнейшему повышению температуры.
В проведенных авторами экспериментах поверхности полированных подложек облучались сфокусированным многоканальным лазерным пучком твердотельного Кё:УЛО-лазера с длиной волны 355 нм; длительность импульсов 5 нс; импульсная плотность мощности падающего излучения на подложке до 6,71018 Вт/м ; частота импульсов 50 Гц; исследования выполнялись на аппаратуре, описанной в работе [4]. В области каналов лазерного пучка интенсивность излучения мала; материал сублимируется в промежутках между каналами, оставляя выступы округлой формы; на поверхности подложек из лейкосапфира или карбида кремния может быть сформирован массив микрообразований типа „полусфера".
88
Д. В. Чесноков, Д. В. Кочкарев, В. А. Райхерт и др.
Полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа изображения участков рельефа на поверхности лейкосапфировых подложек, образовавшегося при сублимационном режиме лазерного облучения, приведены на рисунке (а — видна поверхность образца, у которого на дне углубления сформирована „микролуковица" высотой 19 мкм, диаметром 16 мкм, образовавшаяся при облучении в течение 10 с; б — глубина кратера составляет 6,5 мкм, видны выступы диаметром 8 мкм, экспозиция 3 с).
а)_б)_
10лт10.4ки 2.62 Е 3 0001^05 STO SOP t8ji«I8,4kV 1.91ЕЗ 0001^04 STO SOP
В результате анализа полученных результатов было выдвинуто предположение о том, что при облучении на поверхности происходит образование и накопление с последующими импульсами продуктов диссоциации лейкосапфира, термически нестабильного при температуре плавления [5]; продукты реакции обладают повышенным поглощением падающего излучения, это способствует интенсификации процессов и повышению температуры подложки до инициации сублимации лейкосапфира. Аналогичным образом можно объяснить образование микрорельефа на поверхности монокристаллического карбида кремния.
Полученные результаты подтверждают возможность создания упорядоченных глубоких микрорельефов на поверхности сапфира и других тугоплавких диэлектриков или полупроводников методами лазерной сублимации, одностадийным нелитографическим способом. При формировании такого рельефа на поверхности чипа промышленных образцов светодио-дов обнаружено существенное увеличение внешнего квантового выхода диодов.
список литературы
1. Рэди Д. Действие мощного лазерного излучения. М.: Мир, 1974.
2. Вейко В. П. Взаимодействие лазерного излучения с веществом. Силовая оптика. М.: Физматлит, 2008.
3. Либенсон М. Н. Лазерно-индуцированные оптические и термические процессы в конденсированных средах и их взаимное влияние. СПб: Наука, 2007.
4. Чесноков В. В., Резникова Е. Ф., Чесноков Д. В. Лазерные наносекундные микротехнологии. Новосибирск: СГГА, 2003.
5. Термодинамические свойства неорганических веществ. Справочник / Под общ. ред. А. П. Зефирова. М.: Атомиздат, 1965.
Сведения об авторах
Дмитрий Владимирович Чесноков — канд. техн. наук, доцент; Сибирская государственная геодезическая
академия, кафедра наносистем и оптотехники, Новосибирск; E-mail: [email protected]
Денис Вячеславович Кочкарев — Сибирская государственная геодезическая академия, кафедра физи-
ки, Новосибирск; инженер; E-mail: [email protected]
Валерий Андреевич Райхерт Максим Витальевич Кузнецов Владимир Владимирович Чесноков
Рекомендована кафедрой физики
Сибирская государственная геодезическая академия, кафедра физики, Новосибирск; ведущий инженер
Сибирская государственная геодезическая академия, кафедра физики, Новосибирск; техник
д-р техн. наук, профессор; Сибирская государственная геодезическая академия, кафедра физики, Новосибирск
Поступила в редакцию 01.10.14 г.
