Лазерный мир

М. В. Лобанок, С. С. Гринько, А. А. Гринкевич, О. Р. Людчик // В сборнике: Квантовая электроника. Материалы XIV Международной научно-технической конференции. Минск, 2023. С. С. 399-402. 

Представлены результаты измерения слоевого сопротивления и морфологии слоев Ti и Ni (500 нм), сформированных на стеклянных подложках методом магнетронного распыления и облученных наносекундными (~ 60 нс) импульсами Nd: YAG лазера с плотностью энергии W = 0.64−1.3 Дж/см2. Показано, что увеличение плотности энергии лазерного облучения приводит к изменению слоевого сопротивления и оптических характеристик слоев Ti и Ni.

Введение
В настоящее время тонкие слои металлов активно используются в качестве зеркальных, интерференционных, проводящих, защитных и декоративных покрытий. При этом, особый интерес представляют слои металлов на стеклянных и кремниевых подложках в качестве зеркальных покрытий в лазерных технике и технологиях, где учет эффектов взаимодействия мощного лазерного излучения с тонким слоем металла позволяет получить новые сферы применения [1].
В настоящее время прецизионная лазерная обработка является основным методом модификации характеристик материалов электроники, а также исследования изменений их физических характеристик в условиях воздействия лазерного излучения различной энергетики и длины импульса [2, 3]. Воздействие наносекундных лазеров приводит к нагреву электронов проводимости в достаточно тонком приповерхностном слое. При этом, передача энергии в решетку осуществляется посредством электрон-фононного теплообмена и плавление которой происходит за короткое время (пикосекунды). Часть расплава в процессе лазерной обработки удаляется под действием возникающих в веществе растягивающих напряжений [2, 3].
В работе представлено исследование влияния импульсного лазерного излучения на электрофизические и структурные характеристики слоёв Ti и Ni.

Материалы и методы

В работе использовались слои Ti и Ni на стеклянных подложках, изготовленные путем магнетронного распыления мишеней Ti и Ni в аргон-азотной атмосфере при давлении порядка 7×10-2 Па на установке УВН 2М [4]. Импульсная лазерная обработка образцов проводилась с помощью Nd: YAG лазера, работающего в режиме генерации одиночных импульсов излучения с длиной волны 1064 нм, длительностью ~ 60 нс. Образец располагали на двухкоординатном предметном столике относительно фокусирующей линзы на расстояние несколько больше фокусного, где диаметр светового пятна составил порядка 1 мм. После каждого воздействия лазерного импульса образец, закрепленный на столике, сдвигался на новое место с шагом
0.1 мм. Плотность энергии в лазерном пятне измеряли с помощью измерителя Thorlabs PM100, и она составляла 20–68 мДж/см2.

Исследования морфологии структур производились с помощью оптического и растрового электронного микроскопа (РЭМ) Hitachi S-4800в режиме вторичных электронов с энергией 15 кэВ. Элементный состав исследуемых слоев определяли с энергодисперсионной приставки (EDX) растрового микроскопа с разрешением по глубине 1,5 мкм. Толщину покрытия изучали с помощью СЭМ-микрофотографий сколов образцов. Измерения слоевого сопротивления проводили четырехзондовым методом с помощью установки ИУС-3.

Результаты и обсуждение

На рис. 1 представлены РЭМ-микрофотографии поперечного сечения образцов Ni/стекло (а) и Ti/стекло (б), помимо этого, на вставках рисунков представлены РЭМ-микрофотографии поверхности и энергодисперсионный рентгеновский спектр пленок металов напыленных на кремниевые подложки, выступающие в качестве спутников.

Заключение
Таким образом, импульсная лазерная обработка приводит к модификации слоев металлов на стекле. При увеличении плотности энергии лазерного облучения происходит увеличение слоевого сопротивления, что связано с частичным испарением металлов.

Полное содержание на https://elib.bsu.by/bitstream/123456789/305476/1/399-402.pdf