Формирование субволновых периодических структур на пленках и многослойных средах фемтосекундным лазерным излучением. Этап 2 (заключительный)

В ходе выполнения работ по проекту получен режим кристаллизации пленки аморфного кремния под действием фемтосекундных лазерных инфракрасных (ИК) импульсов с минимальным изменением рельефа поверхности. Данный режим может быть достигнут при тех же значениях мощности излучения, которые приводят к формированию термохимических лазерно-индуцированных периодических поверхностных структур (ТЛИППС) на аналогичных пленках кремния, исследовавшихся на первом этапе проекта, но на порядок более высоких скоростях сканирования около 1 мм/с. Анализ морфологии показал незначительный уровень шероховатости поверхности 1,3 нм, что более чем на порядок ниже, чем опубликованные ранее результаты. Изучение химического состава продемонстрировало появление сильного сигнала комбинационного рассеяния, соответствующего поликристаллической фазе кремния, при сравнении облученной области и исходной пленки. Исследованы оптические свойства путем измерения спектров отражения/пропускания в диапазоне УФ-ВИД-БИК, откуда вычислены спектральные зависимости комплексного показателя преломления. В частности, в центре видимой области (около 500 нм) наблюдается снижение показателя преломления для кристаллизованного кремния на 0,1 единицы относительно аморфной фазы, при этом коэффициент экстинкции уменьшается в 2 раза. Полученные данные демонстрируют хорошее согласие с численным расчетом и литературными данными. Максимальная температура поверхности пленки при лазерно-индуцированной кристаллизации оценена в 700 С, что свидетельствует о возможной перспективности применения данного метода в производстве низкотемпературного поликристаллического кремния на полимерных подложках для создания гибкой электроники. Кроме того, исследованы ТЛИППС, сформированные на многослойных металл-диэлектрических системах в различных конфигурациях с использованием хрома, оксида кремния и гафния. Проведено систематическое исследование зависимости морфологии структур от конфигурации (металл, металл-диэлектрик, металл-диэлектрик-металл), от толщины слоев при различной мощности излучения и скорости сканирования. Наблюдается широкая вариация упорядоченности, периода структур. Например, добавление тонкого слоя оксида кремния поверх одиночной оптически плотной пленке хрома толщиной 600 нм приводит к переходу от образования слабоупорядоченных структур с большим количеством дефектов к формированию высокоупорядоченных ТЛИППС с периодом около 900 нм.