Лазерная наноабляция аморфных и нанокристаллических углеродных пленок

• Автор: Комленок, Максим Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 105 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1. Алмазные материалы и особенности лазерного
воздействия на них (обзор литературы)
1.1. Алмазные материалы
1.2. Лазерноиндуцироваиная 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 (а-С и УНКА
пленки
Г лава 2. Образцы и экспериментальные методы
Глава 3. Лазерная абляция 1а-С пленок
3.1. Введение. Оценка толщины графитизованного слоя в
результате лазерного воздействия
3.2. Одноимпулъсное лазерное воздействие. Пороги
графитизации и абляции (а-С пленок
3.3. Многоимпульсное лазерное воздействие. Скорости и
режимы абляции
3.4. Физическая абляция пленок
3.5. Термохимический режим наноабляции (а-С пленок
3.6. Фотохимический режим наноабляции (а-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
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 нано кристаллических (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
наблюдалось формирование графитовой фазы на поверхности, и оценка температуры показала нагрев алмаза не более чем на 100°С. Если увеличить/ до значения ^=20Дж/см2, то начнется традиционная абляция алмаза с существенно более высокой скоростью и графитизацией поверхности.
Рис. 12. Изображение кратера (получено с помогцыо профилометра ZYGO New View 5000) на поверхности природного монокристалла алмаза после лазерно-индуцированной(Х 248нм, 105 импульсов, 10 Дж/см2) наноабляции

Ключевые эксперименты для выяснения механизма наноабляции монокристалла алмаза были проведены в условиях ограниченного количества кислорода в окружающей среде. Было обнаружено, что как в низком вакууме (10 Topp), так и инертной (Не) среде никакого кратера на поверхности образца в месте его облучения не образуется. Количество импульсов в этих экспериментах достигало 3-Ю5, а плотность энергии была лишь на 15-20% ниже порога графитизации. Таким образом, в этой работе был сделан вывод, что окисление играет ключевую роль в процессе наноабляции.