Формирование пленок и модификация поверхностных слоев кристаллов под воздействием лазерной плазмы тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

ч 4 м ''

АКАДЕМИЯ НАУК СССР ИНСТИТУТ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕПА

На правах рукописи

ТАЛОНОВ Сергей Викторович

УДК [538.971+538.9751

ФОРМИРОВАНИЕ ПЛЕНОК И МОДИФИКАЦИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ КРИСТАЛЛОВ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ЛАЗЕРНОЙ ПЛАЗМЫ

Специальность 01.04.07. - физика твердого тела

Диссертация

на соискание ученой степени доктора физико-математических наук в форме научного доклада

Москва 1990

Работа выполнена в Институте прикладной физики Академии наук СССР

Официальные оппоненты: член-корреспондент АН СССР

Е.Б. Александров член-корреспондент АН СССР С.И. Анисинов

член-корреспондент АН СССР И.Ф.Щеголев

Ведущая организация: Физико-технический институт

АН СССР ии. А.Ф.Иоффе

Защита диссертации состоится 1990г.

на заседании Специализированного совета Д.003.12.01 при ИФТТ АН СССР по адресу 142432 Московская обл.. Ноп-лский район, Черноголовка.

Автореферат разослан

■¿С» ¡щ^Ал 1990 г.

Ученый секретарь Специализированного совета

доктор ф.-ы. наук В.Д. Кулаковский

г.;};:;г5| 1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Основой большинства современных твердотельных приборов служат структуры, состав и свойства которых плавно или резко меняются по крайней мере по одной из' координат.

С физической и практической сторон наиболее интересными являются ситуации, когда в отдельных слоях или многослойных композициях проявляются эффекты, связанные с резонансным отражением от границ раздела электронов, нейтронов, электромагнитных или спиновых волн, то есть композиции из пленок с толщинами от мономолекулярного слоя (3-5 Я ) до нескольких сот ангстрем. Используя их, можно создавать рентгеновскую и нейтронную оптику, квантовые и магнитные сверхрешетки.

Очевидно, что метод, позволяющий изменять состаз или свойства кристалла на масштабах, сравнимых с периодом решетки, при достаточной производительности обеспечит решение практически любой задачи, связанной с синтезом искусственных материалов. Здесь лидирующую роль играют вакуумные методы - различные варианты напыления пленок, молекулярно-пучковая эпитаксия и ионное внедрение примесей. Их отличие друг от друга в конечном счете заключается в интенсивности потоков и кинетической энергии отдельных частиц (кластеров, молекул, атомов или ионов), поступающих на поверхность подложки.

В этом плане использование эрозионной лазерной плазмы представляется весьма привлекательным, так как позволяет получать потоки частиц самой различной энергии и с интенсивностью, не достижимой при других методах.

В начале работы достаточно понятной была возможность использовать для испарения материалов излучение непрерывных лазеров. И хотя первые попытки применить импульсные лазеры для формирования пленок были сделаны

практически сразу после их появления [1 , 2 ] , о перспективности этого направления можно было только строить предположения, основываясь на анализе процессов, наблюдавшихся при других, более подробно исследованных к этому времени импульсных методах испарения - горячей стенки и взрывающихся проволочек [3*, 4*] . Многое казалось привлекательным, но многое и вызывало сомнения.

Высокая скорость поступления конденсата позволяла рассчитывать на двумерный механизм роста пленок; локальное воздействие и возможность использовать для испарения короткие импульсы излучения -* на сохранение в пленке исходного состава мишени; высокая температура в фокальном пятне - на применение метода для широкого клас-. c¡& материалов.

Не меньше было и сомнений, связанных в основном с неоднородностью состава продуктов эрозии (от ионов до капель) и сильной неравновесностью метода, и то и другое должно было сказаться на качестве пленок.

Можно очертить круг задач, решение которых позволило бы судить о перспективности лазерного метода. Так как все стадии процесса формирования пленок связаны

1* Smith Н.М. .Turner A.F. Vakuum depositee* thin films using a ruby laser // Appl.Ort. 1965. V. 4. N 1.

£ Захаров В.П.,Пилянкёвич А.И.. Чучаев В.Н. Об использовании излучения оптимального квантового генератора для напыления ферритовых пленок // Электронная техника. Сер. 4, Микроэлектроника,'1967. В. 4.

3* Петросян В. И., Дагман Э. И. Эпитаксиальная кристаллизация в вакууме при больших пересыщениях // Проблемы эпитаксик полупроводниковых пленок. Новосибирск: Наука. 1972. С. 136.

4 Александров J1. Н. Кинетика образования и структура твердых слоев. Новосибирск: Наука, 1972. С. 130.

между собой, можно было начать с любой, чтобы через некоторое время вернуться к ней пройдя через остальные. Если начинать с исследования получающихся структур, следует попытаться связать их свойства с процессами, происходящими под действием плазмы на поверхности твердого тела, которые, в свою очередь, являются следствием событий в возмущенной столкновением с преградой плазме. Для того, чтобы разобраться в этих процессах, необходимо исследовать явления, сопровождавшие разлет плазменного сгустка, сформировавшегося над поверхность» мишени во в^емя действия импульса лазерного излучения. Параметры исходного плазменного сгустка определяется длительностью, длиной волны, интенсивностью лазерного излучения, размером облучаемой области, а также материалом мишени. Если результаты исследования полученных структур в чем-то не отвечают ожидаемым, необходимо вмешаться на одной из более ранних стадий. В первую очередь это относится к условиям облучения мишени, что связано с решением задачи управления лазерным излучением.

Целью работы было создание физических основ лазерно-плазменной технологии, для чего пришлось проводить исследования в следующих, весьма далеких друг от друга областях:

- лазеры и управление пространственными и временными характеристиками их излучения;

- взаимодействие лазерного излучения с мишенями;

- процессы в разлетающейся плазме и плазме возмущенной столкновением с подложкой;

- явления в кристаллах, облученных интенсивными ионными потоками;

- рост пленок в условиях сильного пересыщения;

- анализ полученных пленок и структур, включающий следующие разделы: исследование рассеяния рентгеновского излучения на пленках и многослойных структурах, иссле-

дование структурных, оптических и электрофизических свойств сверхтонких полупроводниковых пленок и сверхрешеток, . исследование свойств пленок простых и сложных окислов, в том числе и высокотемпературных сверхпроводников.

Исследования в этих областях велись многими научными группами в СССР и за рубежом. Однако предлагаемая работа является первой, в которой систематически рассмотрены все аспекты,' необходимые для создания лазерно-плазменной технологии. В результате собственных исследований и обобщения фактов, полученных другими, развито новое научное направление - синтез и модификация " материалов лазерно-плазменным методом.

На защиту выносятся идеи и закономерности, составляющие основу этого направления.

1. Модификация приповерхностных слоев монокристаллов, формирование сверхтонких пленок и многослойных структур требуют точной манипуляции малыми дозами вещества -1013- -1014 атомов или ионов на квадратный сантиметр. • Это можно осуществлять с помощью микровзрыва части мишени сфокусированным излучением импульсного лазера.

2. Взаимодействие излучения лазера с мишенью и перенос продуктов эрозии на подложку при определениях условиях сопровождается процессами, уменьшающими зависимость дозы вещества, поступающей на- единичную площадку, от параметров лазерного импульса. Таковыми является экранировка мишени плазмрй и уширение диаграммы разлета при увеличении интенсивности излучения. Благодаря этому синтез многослойных структур можно вести по программе без непрерывного контроля толщины осажденных слоев.

3. Вахгейшей характеристикой процессов лазерно-плазменной технологии является энергетический состав ионов и нейтральных частиц лазерного факела. Управление энергетическим спектром возможно как на стадии образования плазмы путем выбора режима облучения мишени, так и во

время пролета плазмой расстояния между мишенью и подложкой. В последнем случае следует использовать различные методы торможения или-разгона частиц и разделение направлений разлета ■ "быстрой" и "медленной" частей лазерного факела.

4. В зависимости от энергии поступающих на поверхность подложки частиц существуют два кардинально отличных друг от друга процесса. Если в лазерном факеле превалируют "быстрые" частицы, кинетическая энергия которых превышает энергию, необходимую для выбивания атомов из кристаллической решетки, реализуется процесс модификации (легирования или компенсации) приповерхностных слоев подложки. Если лазерная плазма целиком или большей частью состоит из низкоэнергетнчных частиц, основным процессом является синтез. В этом случае возможно формирование отдельных пленок или многослойных структур.

5. Кодификация включает два явления - мелкое внедрение примеси и разгонку. В отличие от обычно используемых методов ионного легирования существенную роль играет радиационно стимулированная диффузия и нелинейно зависимые от интенсивности потока частиц процессы. Управление режимом облучения позволяет получать субмикронные слои материала с заданной концентрацией активной примеси.

6. Сильная неравновесность процесса осаждения в случае отсутствия у подложки ориентирующих свойств обеспечивает формирование аморфных или мелкодисперсных пленок, что отвечает возможности получения минимальных неровностей на границах разделов слоев материалов, взаимная эпитаксия которых невозможна. Использование сверхструктур из аморфных слоев может быть оптимальным, если рассеяние падающих на них потоков связано с взаимодействием с электронами, находящимися на внутренних орбитах, или ядрами, т. е. в рентгеновской и нейтронной оптике.

7. На ориентирующих подложках лазерно-плазменным методом

возможен синтез эпитаксиальных слоев. Следует отметить мощный фактор, способствующий зпитаксиальному росту пленок. Когда время пролета плазмой расстояния мишень -подложка много превосходит' длительность лазерного импульса, первыми прилетают наиболее быстрые частицы, которые способны выбивать атомы из приповерхностного слоя. Образовавшиеся таким образом вакансии служат дополнительными центрами кристаллизации для поступающей затем основной массы вещества. Поэтому образование пленки идет на поверхности с искусственно наведенным потенциальным рельефом, при этом числом центров кристаллизации можно управлять, меняя количество быстрых ионов.

8». Результатом взаимодействия лазерной плазмы с поверхностью твердого тела являются двумерные структуры, >многие из которых были получены впервые. В работе •построены модели, связывающие физику роста со структурой и морфологией пленок и структуру с оптическими и электрофизическими их свойствами.

Построение физических основ лазерно-плазменной технологии потребовало проведения оригинальных исследований по всем направлениям, перечисленным при изло-жг-ши цели работы.

Лазеш И управление излучением - предложен и исследован новый способ модуляции добротности резонатора основанный на эффектах самофокусировки и вынужденного рассеяния Мандельштама-Брвллюэна; предложен и исследован способ коррекции и пространственного распределения энергии в лазерном пятне, основанный на преобразовании излучения статистическим фазовым экраном, коррекции огибалдей аберрационной линзой и усреднении мелкомасштабных неоднородностей за счет перестройки частотных, пространственных или временных характеристик лазерного излучения.

Взаимодействие, излечения £ веееством - исследованы

механизмы образования факела при воздействии ограниченных лазерных пучков с различными длительностями импульсов излучения и длинами волн, на поглощающие, прозрачные ■ и рассеивавшие мишени; обнаружены неустойчивости различной природы, приводящие к формированию двух максимумов в энергетическом спектре частиц эрозионной плазмы при облучении мишеней излучением неодимового и С02 лазеров; обнаружены и исследованы механизмы отрицательной, обратной связи, приводящие к стабилизации дозы вещества, попадающей на единичную площадку подложки.

Исследование эрозионной плазмы и взаимодействие плазмы о. поверхностью кристаллов - получено распределение частиц (ионов, нейтральных атомов и молекул) в наиболее важной для лазерной технологии области параметров излучения; обнаружена область термализованной плазмы у поверхности подложки, определены условия ее возникновения, времена образования и распада; предложены некоторые способы управления составом эрозионной плазмы, в частности методы сепарации макрочастиц и быстрых ионов; исследоЕаны процессы в кристаллах, облученных интенсивными импульсными потоками дефектообразувщих частиц, обнаружено возбужденное состояние приповерхностных слоев, характеризующееся увеличением коэффициента диффузии на несколько (до 10) порядков по сравнению с равновесной; показана возможность эпитакси-ального роста пленок из эрозионной лазерной плазмы, в том числе формирование сверхтонких (-10 Я) сплошных монокристаллических слоев; обнаружена возможность ориентированного роста пленок на кристаллических поверхностях, закрытых тонкими (10 - 30 Я) аморфными пленками.

Получение и исследование инверсных, сжзез. И пленочных структур - исследованы свойства сверхтонких пленок 1п5Ь, Сс1Те, РЫе и других, полученных методом лазерной эпи-таксии; построены квантовые сверхрешетки на основе не

использовавшихся ранее для этих целей пар материалов 1пБЬ-Сс1Те, 1пБЬ-РЬТе, В1-Сс1Те; получены и исследованы квантовые решетки нового типа с аморфными барьерными слоями; обнаружено и исследовано явление радиационно стимулированного отжига; получены и исследованы гетеро-эпитаксиальные структуры из слоев высокотемпературных окислов 2г02. БгТЮд и др. на бинарных полупроводниках (СаАз); подучены и исследованы дисперсионные и отражающие рентгеновские покрытия; в приближении малого рассеяния построена теория многослойных рентгеновских зеркал с неровными границами раздела слоев; получены и исследованы инверсные слои кремния с оптимальным для преобразователей солнечной энергии профилем лигатуры; исследовано влияние деформации на рост и рекристаллизацию пленок, показана возможность получения монокристаллических пленок на аморфных подложках; получены и исследованы монокристаллические пленки высокотемпературных сверхпроводников.

Создание физических основ лазерно-плазменного метода позволило разработать ряд ■ напылительных установок, которые были выпущены в единичных экземплярах или малыми сериями. В настоящее время лазерно-плазменный метод яьляется одним из основных в производстве многослойной рентгеновской' оптики и .пленок высокотемпературных сверхпроводников.

Результаты работы содержат информацию, представляющую интерес для многих разделов физики, и, соответственно, докладывались на очень большом числе конференций, семинаров и совещаний, общее количество которых в настоящее время не представляется возможным восстановить. Так, последние 10-15 лет по ним регулярно делались приглашенные доклады на конференциях по оптике лазеров, . по нерезонансному взаимодействию излучения с веществом, по синхротронному излучению. Докладывались они также на всесоюзных и международных конференциях по физике

лазеров, когерентной и нелинейной оптике, кристаллографии, полупроводникам и высокотемпературной сверхпроводимости.

Некоторым образом итоговым бЦд 1984 год. когда автором были сделаны обзоры результатов на Научной сессии отделения общей физики и астрономии и отделения ядерной физики АН СССР, а такае на Президиума АН СССР. Результаты по высокотемпературной сверхпроводимости докладывались Государственной комиссии и на заседаниях Научного совета по проблеме ВТСП и его секций. Образцы пленочных структур и приборов на их основе демонстрировались на многих всесоюзных.и международных выставках.

Работы по лазерному синтезу и модификации материалов были начаты по инициативе автора и выполнялись под его руководством. В исследованиях, вошедших в диссертацию, автору принадлежат основные идеи, постановка научных задач, анализ и обобщение полученных результатов. Он также участвовал в разработках методик исследования, создании технологических и измерительных комплексов, проведении теоретических расчетов и экспериментов.

По представленным на защиту материалам автором опубликовано более 100 работ. В докладе приведены ссылки на основные публикации.

2. КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ПРЕДСТАВЛЕННЫХ К ЗАЩИТЕ МАТЕРИАЛОВ.

2.1.Построение лазеров и управление пространственными и временными характеристиками их излучения.

Идеальным инструментом для исследования взаимодействия излучения с веществом был бы перестраиваемый по длине волны и длительности импульса лазер с большой (>1 Дз) энергией в импульсе, равномерным ее распределением в пятне излучения и высокой средней мощностью. Ввиду невозможности удовлетворить всем этим условиям были выбраны основные: энергия до 4 Дж, управление дли-

тельностью от 1СГ9 с до 10~6 с, равномерное с точностью до 5 - 7 У. распределение энергии в зоне воздействия и дискретный набор длин волн - 0,53 мкм, 1,06 мкм, 10,6 мкм. . Большая энергия "в импульсе позволила в широких пределах варьировать размер области взаимодействия, равномерность в зоне облучения - получать достоверные результаты, управление длительностью - выбрать оптимальный режим, а набор длин волн - выявить два характерных типа взаимодействия. Основные исследования были проведены на лазере с прямоугольным активным элементом из стекла Nd3*". Описанная в [1,2] конструкция Оказалась достаточно удачной, так что использовалась практически во всех технологических установках для проекционной обработки материалов и лазерного напыления пленок [3,4,5]. Не меньшую роль сыграло и устройство для повышения равномерности пространственного распределения энергии излучени- лазера [6]. Идея его заключается в .создании независящего от первоначального распределения интенсивного пучка с гауссовой огибающей путем пропускания исходного излучения через фазовый экран, исправления огибающей на прямоугольную с помощью аберрационной линзы и усреднения локальных неоднородностей за счет естественной нестабильности параметров лазера. Часть исследований проводилась с использованием модуляции добротности излучения лазера за счет эффекта самофокусировки и ВРМБ [7, 8,9, ]. В этом случае в разюстированный резонатор помещалась кювета с органическим растворителем. В начале добротность резонатора увеличивалась за счет возникновения положительной линзы из-за самофокусировки суперлшинесценшш. затем включался дополлительный механизм положительной обратной связи на ВРМБ-зеркале [5*. 6*] . Этот ze эффект приводил к сущест-

€ Pohl D. // Phys.Lett. 1967- V.24A. Р.239.

б" Тихонов Е. к. .Шпак ИТ.//Письма в 1ЭТФ.1968.Т.8.С.282.

венному выравнив-нию распределения интенсивности [7*. 8*] , так что в рассматриваемом генераторе необходимости в использовании .фазового корректора не было. В [10] показана возможность использования ВРМБ-зеркал для защиты элементов оптической схемы. Возможность формирования коротких импульсов в лазерах с малым коэффициентом усиления показана в [11], где используется акустическая модуляция длины связанного с активным дополнительного резонатора Фабри-Перро. Исследования по легированно и компенсации приповерхностных слоев полупроводников проводились с использованием TEA-СО - лазера » 2

[9 ] .

2.2. Взаимодействие лазерного излучения с веществом и формирование лазерного факела.

Непременным условием, позволяющим говорить о возможности использования лазерно-плазменной технологии, является отсутствие в поступающих на поверхность подложки продуктах эрозии крупных частиц - кусков материала мишени или капель. Эти макрочастицы могут образоваться при взрыве на поверхности мишени, конденсироваться при охлаждении разлетающегося газа или плазмы или вследствие возникновения пересыщения в области столкновения потока плазмы (газа) с каким-либо препятствием, например, с подложкой.

? Соскин М. С., ПогорецкиЙ П. П., Грязнов Ю. М., Лебедев 0. Л. // Журнал прикладной спектросхопии. 1970. Т. 12. С. 740.

8* Schwartz J..Naiman С.S.,Chang U.K. // Appl.Phus. Lett. 1967. ,V.11. P.242.

9* Dumanchin R..Hichon M. .Farcy I.C..Boundinet G., Rocca-Serra J. Extension of TEA C02-laser capabilities. // JEEE Journal of Quantum Electronics. 1972. QE-8, N2. P. 480.

Рассмотрим различные случаи образования макровключений и условия, этому препятствующие. При испарении сильно поглощающих материалов - металлов или полупроводников и диэлектриков, 'ширина запрещенной зоны которых меньше энергии кванта излучения, происходит их поверхностное испарение. Достаточным условием отсутствия выброса жидкой фазы с поверхности мишени является достижение некоторой интенсивности, при которой слой расплава становится минимальным вследствие того, что граница испарения догоняет волну теплопроводности [10 ] . Для большинства материалов это наблюдается при интенсивности ~ Ю9 Вт/см2. Близкая к рассмотренной ситуация возникает с широкозонными материалами, поглощение в которых быстро у!ёличивается с ростом температуры. Когда нельзя выполнить приведенные выше условия, возможно использовать некоторые способы сепарации макровключений, однако в *йюбом случае необходимо, чтобы основная часть продуктов •лазерной эрозии находилась в виде газа или плазмы.

В работе [12] рассматривается возможность испарения непоглощающих в линейном приближении материалов. Показано, что динамика разрушения мишени определяется соотношением между длительностью импульса тц и временем релаксации давления то- Наиболее благоприятным для испарения является медленный • нагрев: тц»то. Теоретически "и экспериментально рассмотрена возможность локализации области выделения энергии за счет использования ..-рассеивающих излучение мишеней. В [13] определены условия закалки газового потока при пролете точки росы. Рассмотрены варианты геометрии облучения мишени, делающие невозможной конденсацию и при нарушении этих условий. Предложен метод газоди-

10* Анисимов С. И., Имас Я. А., Романов Г. С., Ходыко Ю. В. Действие излучения большой мощности на металлы // П.: Наука,. 1970.

намической сепарации макровключений. Метод заключается в столкновении двух инерционно разлетающихся газовых или плазменных потоков. В зоне столкновения возникает область с хаотическим .движением атомов или ионов, которую, не задерживаясь, пролетают обладающие большей кинетической энергией более крупные частицы..

Теоретически и экспериментально определены требования к геометрии и интенсивности пересекающихся потоков.

Определяющую роль в процессах на поверхности подложки играет энергетический спектр лазерной плазмы. Во время пролета расстояния от мишени до подложки в плазме происходит разделение • частиц по скоростям, формирование угловой диаграммы разлета, релаксационные и рекомбинаци-онные процессы. В [11 ",12 ,14,15,16] экспериментально исследована динамика эрозионной лазерной плазмы на стадии инерциального разлета в вакуум. Найден энергетический спектр заряженных и нейтральных частиц. Для типичных в случае'лазерного напыления пленок параметров излучения спектр имеет два максимума в районе 10 и 100 эВ. В [17] рассмотрен . возможный механизм формирования такого распределения. В нем связываются особенности энергетического спектра и рельеф, формирующийся на поверхности мишени. Оба явления объясняются неустойчивостью фронта испарения в условиях интенсивного поглощения плазмой лазерного излучения. С явлением экранировки связаны особенности, позволяющие точно дозировать количество материала, поступающего на единичную площадку подложки [18,19]. Толщина испаренного . за один имйульс излучения слоя Н пропорциональна интенсивности в

1-1* Быковский Ю. А., Дудоладов А. Г.. Дегтяренко Н. Н. и др. // ГОТФ. 1969. Т. 56, N16. С. 1819-1822.

12* Быковский С. А. .Козырев Ю. П., Сильное С. М., Шарков Б. В. // Квант, электр. 1974. Т.1, N3. С. 709-711.

фокальном пятне в степени 1/2, что уже уменьшает зависимость от нестабильности работы лазера. Дополнительная компенсация связана с расширением диаграммы разлета продуктов эрозии, которая определяется остатком тепловой энергии к началу неодномерной стадии разлета [13 ] . Подробное исследование зависимости диаграммы разлета от параметров лазера и материала мишени приведено в [15]. Экспериментально показано, что существует сравнительно широкая область параметров я = 3 * 4 10 Вт/см , в которой наблюдается практически полная стабилизация дозы вещества.

Ч Не менее важным является адекватный мишени элементный состав переносимого в плазменном факеле мате-рйала. Сохранение элементного состава подтверждено в [20],. где на основании указанного свойства продемонстрирована .возможность проведения микроанализа на лазерном масс-спектрометре [14*] .

Плазмообразование при воздействии на мишени излучения ТЕА С02 лазера существенно отличается- от наблюдаемого в ■ случае облучения в видимом и ближнем ИК диапазонах. В [21,22] исследованы энергетическая и пространственно-временная структуры лазерного факела. ОС шружены два качественно различных режима выброса плазмы с пороговым по интенсивности облучения переходом между ними. Вид зависимости порога от атомного номера элемента указывает на связь динамики формирования факела с электронной структурой атома. Нестабильность связана с

13* Немчинов И. В. Разлет трехосного газового эллипсоида в регулярном режиме // ПММ. 1964. Т. 29. С.134.

14* Быковский 0. А., Васильев Н. М., Дегтяренко Н. И., Не- • волин В. Н. 0 возможности определения стехиометрического состава на масс-спектрометре с лазерным источником ионов. // ЖГФ. 1972. Т. 12. В. 8.

просветлением плазмы при увеличении температуры в областях значений, характеризующихся полным отрывом электронов с внешних оболочек. Сравнительно компактное распределение ионов по энергиям - следствие квазистационарного режима нагрева плазмы излучением, так как длительность импульса С02~лазера тц - Ю^с много больше пролета ионами освещенной области. Ростом поглощения в плазме с увеличением длины волны излучения объясняется сравнительно высокая средняя энергия ионов и малый вынос вещества.

2.3. Взаимодействие лазерной плазмы с конденсированной средой. Процессы в плазме.

Вопросы взаимодействия лазерной плазмы с конденсированной средой обсуждаются так или иначе во всех работах по лазерно-плазменной технологии. В этом разделе рассмотрено влияние столкновения на эволюцию плазменного факела. События на поверхности подложки.или экрана обсуждаются лишь в объеме, необходимом для понимания явлений в плазме.

Возмущение в сталкивающемся с преградой потоке плазмы всегда связано с появлением встречного потока частиц, вызванного десорбцией падающего, или ионным распылением подложки [15 .16 ,17 ] . При небольшой плотности потоки пронизывают друг друга, не взаимодействуя. Такая ситуация может привести к уходу более летучей компоненты при росте пленки или даже к ионному травлению подложки. Однако в большинстве случаев интенсивность импульсных потоков такова, что в течение всего плазменного импульса или его части потоки взаимодействуют и вблизи

l£ Демченко П. А. .Крупник ЛИ. // ЖТФ. 1973. Т. 46. С. 2333.

16* Осадил Б. А., Русаков Н. В. //ЖТФ. 1974. Т. 44. С. 477.

17* Плешивцев Н. В. Катодное распыление // М.: Атомиздат.

1968.

поверхности образуется область с повышенной температурой и концентрацией частиц. Ситуация, когда за формирование встречного потока ответственно ионное распыление, теоретически и экспериментально исследована в [23]. В работе определены условия, когда у поверхности подложки образуется термализованная плазма. Определены основные характеристики этой области: размер, состав и концентрация частиц, динамика ее образования и распада. Выяснено влияние состава и энергетического спектра частиц в плазменном факеле на процессы в приповерхностчрй области.

Влияние этого явления на формирование пленок чрезвычайно велико. Образование области повышенного давления происходит на. самом начальном этапе - сразу по приходу лидирующих, быстрых ионов и нейтральных частиц. Поэтому все процессы, связанные с осаждением материала, происходят фз этой области ^24] и сам ее распад связан со стоком Згастиц на поверхность подложки.

Вариант формирования приповерхностной области вследствие реиспарения или десорбции рассмотрен в [25]. Очевидно, размер и время ее существования зависят от присутствия в лазерном факеле веществ, которые летучи прч низкой температуре. Это явление может быть использовано с положительным эффектом для формирования однородного по составу газового потока [26,27,12] при напылении полупроводников и диэлектриков, в частности в режиме миллисехундных импульсов, когда в лазерном факеле практически всегда присутствуют крупные включения. В этом случае поток продуктов лазерной эрозии можно направлять на нагретый экран, отражаясь от которого, он попадает на подложку. Так получается своеобразный метод горячей стенки, в котором дозировка и транспортировка материала осуществляется с помощью лазерного ыикровзрыва.

Часто десорбция играет отрицательную роль, затя-

гивая время существования у подложки области с сильным пересыщением, что способствует объемной конденсации и .появлению купель.

2.4. Взаимодействие плазмы с конденсированной средой. Процессы в приповерхностных слоях кристаллов.

Прежде чем рассматривать формирование пленочных структур, необходимо обсудить явления, происходящие в кристаллах под действием интенсивного облучения сравнительно быстрыми (102-Н.03эВ) ионами. Первыми на поверхность подложки попадают наиболее быстролетящие ионы. В режиме, обычно используемом для напыления пленок А=1,06 мкм, Tu=3 10"9 с, W=2*4 Дж, ч=109Вт/см2, появление . их связано с газодинамическим разгоном и электростатическим ускорением ионов периферийной области факела более подвижными электронами [18 ] .

Сформированный в квазистационарном режиме энергетический спектр частиц плазмы, образующейся при облучении мишеней излучением TEA СО - лазера \=10.6 мкм в основном сосредоточен в диапазоне 10 ^-10 эВ. То есть, если не принимать специальных мер по сепарации быстрых частиц или их торможению, в плазме всегда будет иметься компонента, занимающая по энергии промежуточное положение между типичным режимом термического распыления (0,1 эВ) и ионной имплантацией (104 * 105 эВ) с кинетической энергией частиц Е, намного превосходящей энергию связи атома в кристаллической решетке Eq» 20эВ.

С точки зрения действия на поверхность, -условие Е»Ео означает, что частицы эрозионной плазмы способны внедряться в приповерхностный слой подложки. При напылении многослойных структур типа рентгеновских зеркал это приводит к перемешиванию материалов на границе раздела слоев и ухудшению отражающих свойств

18* Быковский А. Ю., Дегтяренко Н. Н., Елесин В. Ф. и др. // Ш. 1973. Т. 43. С. 2540.

рентгеновского зеркала.

В кристаллах вследствие внедрения смещаются атомы из узлов решетки и, таким образом, генерируются пары вакансия - атом в междоузлие. В виду того что интенсивность потока быстрых частиц и, следовательно, интенсивность генерации пар, могут быть очень велики, это явление при некоторых обстоятельствах становится определяющим, как для роста пленок, так и для свойств приповерхностных слоев кристаллов, когда условия облучения подобраны таким образом, что рост пленок исключается.

С помощью облучения лазерной плазмой можно модифицировать приповерхностные слои полупроводниковых Структур. Хотя ширина области генерации дефектов Н для ионов с энергией £ 103эВ не превосходит ~ 50 К, неравновесные вакансии, обладая подвижностью, инжектируются в йолее глубокие -:лои кристалла [28,29]. В результате "взаимодействия неравновесных вакансий друг с другом и примесями электрофизические и оптические свойства приповерхностного слоя полупроводника могут изменяться. Поскольку плотность потока лазерной плазмы достигает значений 1018 - Ю20 см"2с_1, ее действие приводит к формированию на поверхности сшьно возбужденного слоя. Глубина этого слоя определяется диффузионной длиной вакансий Ь » И, величина которой зависит не от энергии частиц лазерной плазмы, а от вида кристалла и его температуры. Это обстоятельство позволяет использовать низкоэнергетичные частицы для управления свойствами слоев толщиной в 1000*3000 X. Изменение свойств связано с активацией в возбужденной области процессов, скорость которых определяется частотой столкновения подвижных вакансий с примесями. К числу их относятся: диффузия легирующих примесей, образование электрически активных комплексов дефектов, компенсирующих и рекомбинационных центров. При моделировании этих

процессов необходимо учитывать, что плотность потока •лазерной плазмы на 3 - 4 порядка выше, чем у традиционных источников низкоэнергетичных ионов [19*] . В результате количество неравновесных вакансий возрастает настолько, что существенными становятся реакции ' нелинейные относительно их концентраций, например, ■ образование дивакаксии и многовакансконных комплексов с участием атомов примеси. Эти реакции могут приводить к накоплению в кристалле спектра радиационных дефектов, существенно отличного от образующегося при менее интенсивном облучении.

Реальное применение нашли две противоположные ситуации. Это создание субмикронных инверсных слоев в кремнии при облучении его плазмой из фосфорной мишени [28,29,30]. Слои отличаются крутым распределением лигатуры. Полученные структуры успешно использовались для изготовления преобразователей солнечной энергии [31].

Другая ситуация возникает при облучении СаАэ ионами Аэ [32,33.34,35 ]. При температурах образцов .350-500°С в приповерхностной области образуются компенсированные слои, связанные с накоплением сложных комплексов типа дивахансия - атом донора. Компенсированные слон нашли применение для защиты от поверхностных пробоев и утечек при изготовлении планарных приборов на основе СаАэ.

Радиационно-стимулированную диффузию и образование комплексов необходимо учитывать при эпнтаксиальном выращивании пленочных структур с использованием лазерной плазмы. Необходимо уменьшать количество быстрых ионов до некоторых допустимых пределов. -В [36] исследовано влияние быстрых ионов на рост пленок СаАз из лазерной плазмы. Определены ограничения на количество быстрых

19" Вопросы радиационной технологии полупроводников. /Под ред. Л. С. Смирнова Новосибирск, 1980. С. 236.

ионов, обеспечивающие получение качественных структур.

До сих пор рассматривались явления в приповерхностных слоях кристаллов, связанные с облучением интенсивными импульсными потоками быстрых частиц. Не менее сильно влияет облучение поверхности на начальную стадию роста пленок. Из процессов в твердом теле не был рассмотрен радиационно-стимулированный отжиг [37], но для его объяснения необходимы сведения, ' обсудить которые предполагается ниже. При исследовании закономерностей образования пленок из лазерной плазмы в ряде случаев было отмечено существенное, на 100°-400°, снижение температуры зпитаксии [38, 39, 40, 41, 42]. У этого явления можно выделить несколько причин.

Во-первых, это кратковременное, нефиксируемое термопарой увеличение температуры поверхности вследствие дополнительного нагрева плазменным импульсом [20 ] . Величик"* дополнительного нагрева легко можно оценить, и в дальнейших рассуждениях она будет исключаться.

Во-вторых, выделение энергии связи при формировании пленок сложных соединений. В отличие от термического испарения любые, материалы под действием лазерного ••мпульса диссоциируют. При разлете в ва^ум происходит закалка продуктов лазерной деструкции, и на поверхность, подложки в основном ¡.опадают атомы и одноатомные ионы. Выделение энергии связи при образовании молекул обеспечивает последним дополнительную подвижность, что облегчает их встраивание в нужные места на поверхности подложки. Соответственно, наибольшее снижение температуры ориентированного роста наблюдается у веществ с наибольшей энергией связи. Так, эпитаксиальный рост пленок халькогенидов свинца возможен на подложках, охлак-

20* Быковский 0. А., Дудоладов А. Г., Козленко В. П., Леонтьев П. А. // Письма в ЖЭТФ. 1974. Т. 20. С. 304.

денных до температуры жидкого азота [42].

Третий механизм непосредственно связан с возбуждение" поверхности быстрыми ионами. В результате их ударов атомы кристаллической подложки оказываются выбитыми со своих мест, в глубине они переходят в междоузлие, а с поверхности улетают. Образовавшиеся таким образом вакансии могут мигрировать и объединяться в более сложные комплексы. В [43] сделана попытка оценить время, в течение которого необходимо поддерживать благоприятные условия,- чтобы адатомы успели встроиться в решетку подложки. Эксперимент показал, что адатомы должны сохранять подвижность по крайней мере в течение 5 10~5с. Конечно, это касается конкретного материала РЬБе, подложки КС1 и конкретных, вполне определенных условий лазерного напыления. Однако время жизни одиночных вакансий намного меньше 10~7- 10~3с, и вряд ли они могут оказывать какое-либо влияние на образование пленки в любом случае. Другое дело - сложные комплексы, например дивакансии. Дефекты такого рода существуют достаточно долго, обладают ориентирующим действием и могут служить дополнительными центрами кристаллизации для эпитаксиальной пленки, гак как их положение совпадает с узлами решетки.

Эти предположения были перепроверены в [39]. Напыление- производилось в отклоняющем ионы электростатическом поле. На некотором расстоянии от мишени в одинаковых условиях располагались три фрагмента подложки. Электрическое поле прикладывалось в направлении, перпендикулярном разлету плазмы, в области, где плотность быстрых ионов такова, что радиус Дебая был порядка ширины факела. На основную часть плазменного сгустка отклоняющее напряжение • влияния оказывать не могло из-за его большой плотности. Монокристаллические пленки вырастали только на фрагменте подложки, куда попадали быстрые ионы, на среднем фрагменте пленки были

текстурированные, а в обдасти, где полностью отсутствовали быстрые ионы, - поликристаллические.

Таким образом, наличие дополнительных центров кристаллизации позволяет при меньших температурах подложки, т. е. при перемещении адатомов на меньшие расстояния, получать монокристаллические пленки. Вследствие этого появляется возможность растить сплошные монокристаллические пленки очень малой толщины, близкой к мономолекулярной. Конечно, в них будет присутствовать определенное количество дефектов, но большей частью можно найти'компромисс и изготовить вполне удовлетворительные пленки и многослойные структуры для физических исследований [40,44,45,46]. Кроме того, не исключена. возможность улучшить их качества после напыления. В одном из последующих разделов будут рассмотрены некоторые методы улучшения их структуры.

Ориентируют'е действие потенциального рельефа Монокристалла существенно только на расстояниях, сравнимых с шагом решетки. Поэтому обычно эпитаксия наблюдается только на чистых поверхностях, и даже монослой разориентированных атомов подавляет процесс. На больших расстояниях [_ = к радиус Дебая) будут существовать

пс":я только одиночных или достаточно разнесенных зарядок. Если их положение совпадает с узлами решетки, на таких же расстояния;-, будет сказываться ориентирующее действие кристаллической поверхности.

Систему ориентирующих потенциалов можно создавать искусственно с помощью' потока ионов. Когда энергия ионов такова, что они проникают через неориентированную прослойку и образуют дефекты типа вакансий в погранично... слое монокристалла, то некоторое время, определяемое временем жизни дефектов, поверхность структуры будет обладать ориентирующими свойствами.

Естественным образом, описанная ситуация возникает при лазерном напылении.

Таким образом, появилась возможность изготавли-зать квантовые сверхрешетки с неориентированными барьерными слоями [47,48], строить сверхструктуры, где проводящими и барьерными'слоями служат пленки одного и того же полупроводника, разделенного тонкими аморфными прослойками, растить монокристаллические пленки и сверхрешетки на произвольных подложках [49,50].

Одним из важных преимуществ лазерного напыления является возможность испарять материалы в газовой среде. Это позволяет компенсировать недостаток более летучей компоненты в сложных материалах и использовать мишени с неполным элементным составом, если это выгодно по причине их оптических, механических, химических или теплофизических свойств.

Большинство окислов прозрачны для излучения лазеров видимого и ближнего ИК диапазонов длин волн. Несмотря на это, 'существуют некоторые возможности при лазерном напылении использовать диэлектрические мишени. Этот вариант был рассмотрен в [26,12]. В [51.37,26] используются металлические и полупроводниковые мищени, , а напыление ведется в газовой (02) среде. В этом случае основные закономерности лазерного напыления должны сохраняться, если фоновая среда не влияет на динамику разлета плазмы. .В принятой . геометрии это условие выполняется при давлении кислорода в камере до Р02= 10~2мм рт. ст. Очевидно, что окисление металлов при таком давлении происходит на подлокке в паузе между импульсами плазмы. Можно было ожидать, что полученные таким путем пленки будут сплошными, начиная с толщин, близких к монослоо, но неориентированными, а электрофизические и'оптические свойства более толстых пленок будут близки к свойствам массивных аморфных образцов. Это подтвердилось на примере пленок £г02 и В120э- выращенных на неориен-тируощих подложках.

Оснований предполагать, что снизится температура

ориентированного роста, не. имелось в виду двухста-дийности формирования пленки окислов. Однако при напылении 2г, В1, Ее в кислородной среде Р02= 10~2-г10~3мм рт. ст. на ыонокристаллические подложки КаС1,СаАБ,Се при температуре подложки X = 150-300°С было обнаружено улучшение структуры окислов, с ростом толщины пленок. Электро-нограммы пленок толщиной 20 & соответствовали аморфной структуре, 30*40 8 - поликристаллической, . а начиная со 100 й - структуре блочного монокристалла. Такая' зависимость может быть объяснена отжигом первых слоев диэлектрика под действием следующих импульсов лазерной плазмы.

Для проверки предположения часть поверхности аморфной пленки 2г02 толщиной 20 Д бомбардировалась несколькими (5-10) импульсами лазерной плазмы, полученной в результате облучения мишени, материал которой З^) не мог ко-денсироваться при поддерживаемой в "эксперименте температуре подложки (7П= 250°С). Электронограммы облученной области соответствовали блочному монокристаллу. Те же закономерности наблюдаются и при' образовании пленок слохных окислов 5гТЮ3, ВаТ103, 1лТЮ3, Вз.иСе020. Температура ориентированного ро~та сложных окислов несколько выше (450-500°С), чем у простых, однако существенно меньше чем при других методах эпитаксии.

Таким образом, механизм ориентации при реактивном лазерном напылении является достаточно общим. Оценки показывают, что он не связан с кратковременным повышением температуры во время поступления очередной порции эрозионной плазмы. Более вероятным является радиационно стиму ированный отжиг вследствие увеличения подвижности атомов возбужденного ионным облучением поверх- • костного слоя [37].

Опыт, полученный в 70-х годах по лазерному напылению и эпитаксии пленок простых и .сложных окислов, позволил

быстро включиться в работы по высокотемпературной сверхпроводимости [21 3 . В этих материалах высокая критическая температур- связана с большой энергией связи пары и, следовательно, пара должна иметь малый радиус. Действительно, радиус когерентности Ç в новых сверхпроводниках 7-10 й, то есть сравним с периодом кристаллической решетки. Естественно, что в этих условиях нормальное протекание тока можно обеспечить только в достаточно структурно совершенных образцах. Принятый в низкотемпературной сверхпроводимости металлургический подход к изготовлению образцов не пригоден. Успех возможен при методах получения и исследования образцов, используемых в полупроводниковой технике. Это объясняет, почему именно работы по пленкам заняли лидирующее положение.

По своим характеристикам наибольшее внимание заслуживает материал YBa2Ca30x. Температура его синтеза из простых окислов ~ 850°С с последующим отжигом в кислороде при атмосферном давлении. С понижением температуры растворимость кислорода возрастает. При 500°С из-за встраивания кислорода структура кристалла переходит из . тетрогональной в орторомбическую. Начиная с х г 6, 5 материал обладает сверхпроводящими свойствами.

Из сказанного видно, что имеется противоречие между температурой кристаллизации и равновесным содержанием кислорода. Если учесть, что перенос материала при формировании пленки возможен при давлениях существенно меньших атмосферного, противоречие становится еще более сильным. Следовательно, необходимо было определить минимальную температуру, при которой образуется сложный окисел, хотя бы его тетрагональная фаза, и максимальное давление кислорода, при котором еще возможно

21* Bednorz G.,Huiler К.А. // "Z.Phys. 1986. V.64. P.189.

получать качественные пленки . Можно пояснить, какие неприятности ожидает' при приближении к предельным значениям. Повышение давления Р тоновой среды 'уменьшает скорость разлета плазмы, и начиная с некоторых значений время пребывания облака при параметрах, близких к точке росы, возрастает настолько, что начинается объемная конденсация. Приблизительно в этой же области давления Рд2= 2 10-1мм рт. ст. возникают газодинамические неустойчивости и факел разбивается на отдельные струи. Повышение температуры подложки увеличивает время жизни пересыщенного газа, возникающего у ее поверхности при взаимодействии падавшего и реиспаренного потоков. В этом случае пленка также оказывается покрыта каплями конденсационного происхождения.

Анализ процессов позволил уже в 1937г. [52] получить структурно совершенные пленки УВа,Си30 на различных подложках. Тогда же было получено значение

'■'плотности критического тока в УВа^Си^О, в пленке ■ на

к V ~ х

подложке из БгТЮ., \ ,_= 7 10 А/см , котооое, по-види-

3 "С/ I

мому является предельным для данного материала. В работах [53,54,55,55,57,58,59,60,61,'62] приведены результаты исследования пленок ВТСП. полученных из лазерной пл змы.

В ряде случаев необходимо уточнить электрофизические или структурные свойства полученных лазерным методом , пленок. Иногда необходима комбинация материалов, взаимная эпитаксия которых невозможна, или необходимо получить пленку нужной ориентации на аморфной подложке. Для решения этих задач был проведен цикл работ [63,64,65,66,67,68].

~ [63] реализована возможность создания локальных р/п- переходов заданной глубины и с П-образным распределением лигатуры. Идея заключается в использовании воздействия лазера, при котором приповерхностный слой полупроводника расплавляется на глубину, определяемую

константой температуропроводности а и длительностью импульса излучения лазера тп: n ~ ^otx^. Переход лигатуры из нанесенной на поверхность полупроводника пленки на заданную глубину происходит за несколько импульсов благодаря тому, что скорость диффузионных процессов в расплаве возрастает на « 4 порядка.

В реальной ситуации температура ориентированного роста выбранного материала может быть выше температуры деструкции материала нужной для последующих исследований подложки. В этом случае можно воспользоваться импульсным характером формирования пленки при лазерном методе. Из определенного в [43] времени кристаллизации тк- 5 10 ~5с видно, что температуру поверхности необходимо поднимать лишь иа очень малую долю ~ 10~4 цикла нанесения пленки. Возможность импульсного подогрева подложки с помощью синхронизованного с испаряющим лазером лазерного излучения продемонстрирована в [64].

Для образования ориентированных пленок должны существовать какие-либо факторы, способствующие зарождению кристаллитов с некоторой определенной ориентацией или вызывающие »:< переориентацию на более поздней стадии существования [22 .23 , 24 ] . Помимо прочих факто-

22* Шефталь Н. Н. Закономерности реального кристаллообразования и некоторые принципы выращивания монокристаллов // Рост кристаллов. М.: Наука, 1974. Т. 10. С. 195.

23 Geis M.W.,Antoniadis D.A..Silversmith D.J.,Mountain R.W..Smith H.I. Silicon graphoepitaxy using a strip-heater oven // /ppl.Phys.Lett. 1980. V.37. N5. P. 454 -456.

24* Таиига H. .Таиига H., Tokuyama T. Si bridging epitaxy fron Si windows onto Si02 by Q-switched ruby laser pulse annealing//Jpn.J.Appl.Phys.1980. V.19. N1. P. L23-L26.

ров. зародыши кристаллической фазы с момента своего появления испытывает механическое воздействие подложки. При условии достаточно прочного сцепления атомов зародыша н подложки создание анизотропной деформации в ней вызывает деформацию кристаллитов, причем количество упругой энергии,, переданной кристаллитам, будет определяться как упругими константами материалов, так и взаимной ориентацией главных осей тензора деформации подложки и осей симметрии кристаллитов. При образовании система зародыш - подложка будет стремиться к минимуму своей свободной энергии, поэтому, создавая анизотропную деформацию, можно влиять на процесс кристаллизации. Подобные процессы возможны и на более поздней стадии, когда поликристаллическая пленка уже сформировалась. В случае анизотропной деформации подложки различно ориентированные кристаллы будут обладать различной ^свободной энергией. При некотором повышении температуры начнется рекристаллизация пленки и тогда "удачно" ориентированные кристаллиты будут поглощать кристаллиты. имеющие большую свободную энергию. Анизотропную динамическую к статическую деформации можно создавать самыми различными методами - с помощью рельефа, неоднородного нагрева излучением изгиба подложки и т. п. Теоретическое и экспериментальное исследование возможности получения монокри^таллических пленок на аморфных подложках рассмотрено в работах [65,65,67,68]. В [66] , б частности, показана возможность получения пленок различной ориентации (100) и (111) при облучении системы пленка - подложка промодулированным с помощью трафарета с соответствующим рисунком излучением лазера. 2.5.Т^нкопленочные структуры - исследование и приложения. Тонкопяеночные структуры являются основой современной микроэлектроники, используются в качестве элементов приборов в нейтронной, рентгеновской и обычной оптике,

служат для магнитной и магнитнооптической записи информации. Новый метод и новые структуры также нашли приложение в этих областях. Обсуждение применимости метода и новых структур проведено в обзорных работах [38,41,69,70,28,71,72,54]. На конкретные приложения направлены изобретения и публикации, связанные с использованием пленочных структур в приборах и физических исследованиях [19,73,31,74,75,30,62, 76,77,78, 79,80,81,82,18]. Можно выделить три направления работ.

1) Аморфные или мелкодисперсные поликристаллические пленки и многослойные структуры на их основе . Основными в этом направлении являются работы по многослойной рентгеновской оптике.

2) Монокристаллические сверхтонкие пленки и квантовые сверхрешетки.

3) Пленки высокотемпературных сверхпроводников и многослойных структур, включающих пленки ВГСП, диэлектриков и металлов.

Самым первым приложением, которое нашло лазерное напыление, является нанесение омических и барьерных контактов к полупроводниковым структурам [38,19, 41,73]. Напыление сопровождается плазменной очисткой поверхности, позволяет включить добавки, обеспечивающие . согласование работы выхода полупроводника и материала контакта, точно дозировать толщину пленки контактного материала. Все это позволило решить ряд задач, связанных с получением стабильных во времени барьеров Шотки с коэффициентом неидеальности К= 1,03, омических контактов к высокоомным полупроводникам и к сверхтонким полупроводниковым пленкам.

Значение того или иного диапазона электромагнитных волн в значительной мере определяется фундаментальными явлениями физики, проявление которых приходится на этот диапазон. В этом отношении область мягкого

(10 - 300 X) рентгеновского излучения является необычайно привлекательной. К ней относится иаксимум излучения лазерной, термоядерной и космической плазмы. В этом диапазоне лежат характеристические линии многих элементов и линии излучения многозарядных ионов. В районе 40 X. максимальное пространственное разрешение сочетается с минимальной областью вторичных поражений в фоторезисторах.

Исследования плазмы, рентгеновская астрономия и фотолитография, рентгенофлюоресцентный элементный анализ, управление синхротронным излучением и создание рентгеновских лазеров нуждаются в оптических элементах. До начала обозреваемых работ в этом диапазоне использовалась только.оптика скользящего падения, что позволяло решать малую долю перечисленных выше проблем. Создание оптики нормального падения связано с необычайно большими трудн'ост 'ми. Во-первых, диэлектрическая проницаемость любых материалов в этом диапазоне мало отличается от 1, |1-Е 1=10~4+ 10"1, что соответствует отражению по нормали от одной поверхности Ю-5*

* 10~2. В то же время все материалы в указанном интервале длин волн сильно поглощают излучение. Гл"бина проникновения не превышает и"6- 10"4см. Естественно, что построение обычной линзовой оптики в этих условиях невозможно. Можно думать о многослойной отражающей оптике, но и здесь трудности очень велики.

Рассмотрим требования к зеркалу нормального падения на участке длин волн вблизи 40 X. Период такой структуры Б = А/2 = 20 X, с учетом поглощения, оптимальные толщины слоев 11 Ь2 не равны половине периода. Так. V :о Ьо1п ~ 3*5 X. Неровности на границах раздела

слоев уменьшают отражательную способность идеальной структуры К . Й = Б ехр (- где «г2- дисперсия

О О

пероховатости. Дгч В = 0»7R> и d = 20 Я а = 2 Я, т. е. необходимо пользоваться атомарно гладкими подложками н обеспечить отсутствие роста неровностей при напылении пленок. Еще более жесткие условия связаны с необходимостью когерентного отражения от всех периодов структуры. В этом диапазоне максимальное отражение достигается за счет сложения рассеяния от 50 + 200 слоев. Спектральное разрешение А/ДА приблизительно равно их числу N, если выполняется условие на величину отклонения периода структуры Ad от его среднего значения d N =

=ДсГ * Тогда М 3 10"2(1 и при d » 20 Ad = 0,2 °А. Естественно, что работы по созданию многослойной оптики стали возможны после создания весьма рафинированной технологии нанесения пленок {25*. 2б", 27", 28* ,83,18,84,85,86], построения теории рассеивания рентгеновского излучения реальными одиночными пленками и многослойными структурами^, 88,89, 90], выработки стратегии пар [29*, 30*, 31* , 81,82.92] и методик измерения. Перечисленные вопросы достаточно взаимосвязаны - без достоверных измерений

2$ Haelbich R.-Р.,Segmuller A.,Spiller Е. // Appl. Phys.Lett. 1979. V.34. Р.184; Rep. DES7,SR-79/13, 1979. 26* Spiller E., Segmuller A.,Rife I..Haelbich R.-P. // Appl.Phys.Lett. 1980. V.37. P.1048. 27* Spiller E. // in Ref., [51, p.l24.-¿ 28* Barbee Т.Н. // Jr. in Ref., 151, p.131.

29" БрШег Е. // Appl.Phys.Lett. 1972. У.20. Р. 184. 30* Виноградов А. В., Зельдович Б. Я. // Арр1.0р1. 1977. У.16. Р.89.

31 Виноградов А. В., Зельдович &. Я. // Оптика и спектроскопия. 1977. Т. 42. С. 709.

нельзя разработать технологии, без теории рассеяния невозможна трактовка экспериментальных исследований.

В принятых ранее моделях •учета рассеяния на неровных границах раздела слоев использовался метод Кирхгофа, т. е. априори предполагалось, что радиус корреляции шероховатостей велик по сравнению с длиной волны. Во-первых, это далеко не всегда отвечает реальной ситуации. Во-вторых, на условие применимости метода Кирхгофа в ряде случаев [87,89] надо накладывать более жесткие ограничения. В то же время имеется возможность достаточно строгого анализа процессов, если ограничиться - приближением малого рассеяния, т. е. случаем, когда интегральная интенсивность диффузно рассеянного излучения много меньше интенсивности излучения, распространяющегося в зеркальном направлении. Так как диффузная и зеркальная компоненты по-разному взаимодействуют с многослойной структурой, это условие не означает малости рассеяния от одной границы раздела, поэтому такой подход оказывается применим для широкого диапазона параметров. В приближении малого рассеяния роль шероховатостей сводится к размытию скачка диэлектрической проницаемости. Это выражается в • уменьшении кс ффициентов разложения диэлектрической проницаемости в ряд Фурье. . _

Развитый подход позволил не только правильно интерпретировать результаты измерений, но и предска- -зать некоторые нетривиальные явления. Например, разное поведение разрешающей способности структур И-с и N1-0 при росте неровностей границ раздела [88]. В структурах, использующих материалы с меньшим поглощением Ш-С,-неровности, согласующие границу раздела, приводят к увеличению числа работающих периодов и росту селективности.

Появилась также возможность внести коррекцию в стратегию выбора пар материалов [82]. Обычно ориенти-

руются на максимальную величину скачка оптической плотности, однако количество эффективно отражающих слоев может быть ограничено поглощением излучения. Более правильным является поиск материалов, у которых сравнительно большая разница констант Ап и Ак сопровождается наименьшими коэффициентами экстинции К1и К2. Стратегия лоиска пар, удовлетворяющих этому условию, изложена в [91,82,92].

По рассеянию вблизи угла полного внешнего отражения можно оценить интегральные характеристики поверхности подложки. Оцененные таким образом неровности дают представление о том, можно ли попользовать данную подложку для изготовления зеркал с заданным периодом' пленочной структуры. Однако, для коррекции технологии изготовления подложек и контроля над изменениями неровности при напылении многослойных структур, необходим метод получения изображения реальной поверхности. Для этого был разработан метод лазерных реплик [18,88]. Ограничение в методе реплик обычно связано не с разрешающей способностью просвечивающих электронных микроскопов, а с размерами кристаллитов маскирующего материала. Естественно было использовать для получения реплик тот же способ, которым получены мелкодесперсные • пленки отражающих покрытий.

Необходимость использовать неравновесные методы формирования пленок многослойных структур рентгеновских зеркал связана с жесткими требованиями к выбору пар материалов, в общем случае не . совпадающими с возможностью взаимной эпитаксии ' слоев. Если исключить эпитаксиальные сверхструктуры, наименьшее диффузное рассеяние следует ожидать от гладких аморфных или мелкодисперсных многослойных композиций. Нанесение сверхтонких (5 * 10Х) атомарно гладких слоев требует компромисса между подавлением подвижности адатомов и поверхностной диффузией. Действительно, если

полностью запретить диффузионные процессы, одиночные сверхтонкие пленки будут сплошными и гладкими, однако с увеличением суммарной толщины структуры неровности будут расти по закону сложения случайных процессов. Увеличение диффузии может приводить к образованию трехмерных зародышей и, следовательно, нарушению сплошности.

Вторая проблема-точное сохранение периода структуры, как мы видим, -д- « и Дй ~ 0,28. Очевидно, что

удержание положений границ периодов с точностью около 0,1 межатомного расстояния черезвычайно сложно и не в монокристаллических структурах возможно только по некоторому усредненному параметру. Решению этих задач посвящены работы [84,93,18,85,88,86]. Автостабилизации естественно возникающих при некоторых режимах лазерного нанесения пленок оказалось недостаточно и реальные установки, на которых напыляются зеркала, значительно сложнее приведет?--х в работах. Для стабилизации потребовалось охватить технологическую установку дополнительными цепями отрицательной обратной связи.

Структуры из сверхтонких пленок представляются идеальным, объектом для изучения процессов на границе раздела двух материалов. По рассеянию рентгеновского излучения можно определить размытие границы, плотности отдельных слоев и их толщины. Резонансное рассеяние от многослойной структуры делает эту информацию легко регистрируемой и достоверной. Б [86,94] исследовано воздействие отжига на поведение многослойных зеркал. Весьма важным оказалось то, что вследствие взаимной диффузии материалов изменяется период структуры, причем при определенных условиях диффузия так меняет плотности матер"алов, что коэффициент отражения не только не падает а даже растет. Благодаря этому обстоятельству удалось. точно подогнать период многослойных структур для тех экспериментов, когда жестко фиксировалась длина волны и геометрия эксперимента, например в телескопе "ТЕРЕК"

станции "Фобос - 1" [78].

В работах [95,96,97,98,99,100,80] для исследования зеркал использовалось синхротронное излучение. В то же Нремя и зеркала использовались для управления излучением синхротрона и исследования его параметров. Тогда же были продемонстрированы фокусировка излучения в пятно, определявшееся расходимостью синхро-тронного пучка [97,98,99], возможность использования зеркал как элементов силовой оптики при работе на онду-

а

ляторном канале с мощностью 100 Вт/см [100], была исследована спиновая поляризация электронных пучков в накопительном кольце синхротрона [100, 80].

В [101] зеркала использовались как отражающие дисперсионные элементы для исследования излучения спектров лазерной плазмы, а в [81] - известное излучение лазерной плазмы для исследования зеркал.

В [78,79,102] исследовалась и использовалась рентгеновская оптика длинноволновой части рассматриваемого диапазона. В этой области 125 - 300 X толщина слоев больше, а число значительно меньше, что связано с увеличением скачка диэлектрической проницаемости при правильном выборе материалов. Оптимальной в этой области спектра является пара Мо - Бь Исследования показали, что именно пленки Бх наиболее сложны для лазерного метода и использованные в этих работах структуры были получены с помощью электроннолучевого испарения. В [79] продемонстрировано, как с помощь»- фокусирующего зеркала лазерную плазму можно превратить в мощный источник рентгеновского излучения для исследований в области нелинейной оптики.

В [104] показана возможность комбинации френелевской и многослойной оптики. Фокусировка рентгеновского излучения получена с помощью профилированного многослойного зеркала.

Как уже обсуждалось, несмотря на сильную неравно-

весность метода и благодаря некоторым факторам, облегчающим ориентированный рост, лазерное напыление позволяет получать сплошные сверхтонкие монокристаллические полупроводниковые пленки [44,45,38]. Если качество сравнительно толстых пленок достаточно полно характеризуется электрофизическими параметрами, то для сверхтонких пленок h ~ 100 й необходимо учитывать эффекты, связанные с размерным квантованием. В [38,105] по спектрам пропускания исследовалась зонная структура одиночных пленок InSb, РЬТё, CdTe. Измерения показали, что энергетический спектр носителей тока имеет минизон-НЫЙ характер. Положение минизон находится в хорошем соответствии с данными расчета, проведенного -с учетом

нетараболичности зоны проводимости. В спектрах пропус-

%

кания пленок CdTe [105] при гелиевых температурах обнаружена тонкая структура, обусловленная экситонными переходами между размерно квантованными зонами. В результате анализа экспериментальных данных определены объемные значения эффективных масс легких и тяжелых дырок.

В [38] сделана попытка построения многослойных структур. Возможность изготовления квантовых сверхрешеток [З'1 ,33 ] методом лазерного напыления продемонстрирована в [46]. Для формирования слоев периодических структур были выбраны материалы с близкими значениями параметров решетки, получение одиночных сверхтонких пленок которых было отработано ранее. Гетероэпитаксиальные структуры InSb-CdTe, InSb-PbTe и PbTe-CdTe напылялись на свежие сколы (100) кристаллов КВг. В спектральной зависимости оптического поглощения для гетероструктур InSb-CdTe и InSb-PbTe с числом периодов N = 10

' 32* Шик А. Я. // ФТП. 1974. Т. 8. С. 1841.

33* Esaki L. .Chang L.L. J J Thin Solid.Films. 1976. V.36. P.285.

наблюдались особенности, позволяющие говорить о минизонном характере энергетического спектра носителей тока. Результаты экспериментальных измерений хорошо совпадали с расчетными. У структур РЬТе-Сс1Те ступенчатой зависимости в спектре поглощения не наблюдалось, что связано с образованием нового соединения с шириной запрещенной зоны Е « 0, 2' эВ и параметром решетки а ~ 6, 46 Я. 4

В [106,107] приведены результаты исследований структурных, оптических электрофизических свойств сверхрешеток, полученных на основе 1п5Ь-Сс1Те, 1п5Ь-РЬТе, В1-С(1Те. Измеренное положение минизон в них хорошо совпадает с данными расчета. Вид спектра оптического поглощения коррелирует с вольт-амперными характеристиками (ВАХ). Предложены механизмы возникновения М- и Э-образных ВАХ.

В [47,48, 49] приводятся результаты исследований сверхрешеток с аморфными барьерами. Предложена методика расчета, дающая удовлетворительное совпадение с экспериментом. На лучших образцах получены Я-образные ВАХ. ■ В [107] обсуждаются перспективы использования кеэнтовых сверхрешеток в СВЧ - электронике.

Высокотемпературные сверхпроводники являются сложными окислами, свойства которых определяются кристаллографической структурой и сильно зависят от содержания в них кислорода, С учетом этих особенностей была разработана технология лазерного напыления монокристаллических пленок УВа,Си_0 , на которую было получено

2 «¿К

авторское свидетельство [108]. В настоящее время лазерное напыление является одним из основных методов получения пленок высокотемпературных сверхпроводников

[34*. 35*. 36*. 37*].

Обычный недостаток работ по исследованию свойств высокотемпературных сверхпроводников связан с тем, что керамические образцы плохо воспроизводимы и представляют некую сложную композицию из отдельных кристаллитов, соединенных джозефсоновскими контактами. Объемные монокристаллы часто имеют неоднородное содержание кислорода по глубине, кроме того электрическое подключение к ним связано со значительными трудностями. Наиболее удобным объектом для исследования, по-видимому, являются пленки с контролируемой структурой. Одновременно пленочные образцы наиболее перспективны и для построения приборов. Так как высокотемпературные сверхпроводники относятся к сверхпроводникам второго рода, магнитное поле начинает' проникать в них в виде вихрей Абрикосова по достижению весьма небольшой величины <Нс1~ 100*200 Гс. При протекании тока в идеальном монокристалле вихри под действием силы Лоренца будут свободно перемещаться, что • отвечает ничтожно малым критическим токам. С другой стороны, нарушение структуры из-за малости длины когерентности может приводить к слабостям типа контактов Дхозефсона, чему также соответствует уменьшение критического тока. Поэтому первые исследования пленок [52, 55,57,61] были направлены

34* Головашкин А. Н., Печень Е. Б., Шабанова Н. П. //Труды ФИАН. 1988. Т. 190. С. 128.

35* Dijkkamp D. ."Venkatesan T., Wu X.D.,Shaheen S.A.,Jisrawi N.,Min Lee Y.H.,Mc Lean W.L.,Groft M.// Appl.Phys.Lett. 1987. V.51. P.619.

36* Roas В..Schultz L.,Endres G.//Appl.Phys.Lett. 1988. V. 53. P.1557.

37* Koren G.,Gupta A. Giess E.A..Segrauller A..Laibowitz R.B.//Appl.Phys.Lett. 1989. V.54. P.1054.

на изучение структуры, в том числе и с помощью микросколии высокого разрешения, и ее связи с токонесущей способностью. Сравнение поведения зависимости токонесущей способности от величины магнитного поля для различных образцов с их структурными особенностями позволило определить дефекты, являющиеся оптимальными центрами пининга.

Достаточно совершенные пленочные структуры позволили поставить работы по определению глубины проникновения магнитного поля в ВТСП. В [55] она измерялась по отражению от пленки поляризованных нейтронов и [109] с помощью измерения магнитной восприимчивости.

Возможные приборные приложения ВТСП - пленок рассматриваются в [54]. Для построения приборов был разработан метод исследования пространственного распределения сверхпроводящих параметров на пленках с помощью лазерного зондирования [59]. Наиболее простыми приборами, использующими свойства ВТСП - пленок, являются болометры и визуализаторы тепловых полей. В [53, 60] исследуются болометрические и шумовые свойства ВТСП -пленок.

Высокое значение плотностей критических токов в эпитаксиальных пленках ВТСП и ?лалая восприимчивость токонесущей способности к сильным магнитным полям позволяет рассчитывать на создание сильноточных приборов и устройств на их основе [62].

3. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ.

В работе развиты основные физические принципы лазерно-плазменного метода синтеза и модификации материалов, определена область его применения, получены и исследованы структуры и приборы, имеющие важное научно! и народнохозяйственное значение. Наиболее существенные результаты по перечисленным направлениям сводятся к следующему:

1. Определены оптимальные параметры лазеров и режимы их

работы как для напыления пленок, так и для модификации приповерхностных слоев полупроводников.

2. Найдены механизмы, отвечающие за формирование факела эрозионной лазерной плазмы, исследована динамика разлета плазмы в вакуум, измерен энергетический спектр составляющих ее частиц, изучены процессы, связанные со столкновением плазменного факела с твердой преградой, струей газа или плазмы. Разработаны необходимые для технологических приложений методы управления потоками лазерной плазмы.

3. Показано, что при облучении кристаллических подложек лазерной плазмой в них происходит генерация дефектов типа вакансия - атом в междоузлие. Это явление целиком ответственно за модификацию приповерхностных слоев и в значительной мере определяет динамику роста пленок. Таким образом, выбор технологического режима связан с формированием плазменного факела, в котором .частицы с энергией, способной образовывать дефекты, составляют большую или меньшую долю.

4. Предложен и исследован способ формирования компенсированных и инверсных слоев в GaAs и Si. Показано, что формирование мелких р/п - переходов путем оСпучения Si лазерной (ТЕА-С02) плазмой может быть использовано в производстве преобразователей солнечной энергии.

5. Показана возможность получать из лазерной плазмы сверхтонкие 5+10 Ä! сплошные пленки и многослойные композиции на их основе'. Сверхтонкие пленки, наносимые на ориентирующие подложки, .при наличии в плазме определенной доли ионов, способных генерировать дефекты в подлюке, могут вырастать монокристаллическими. Исследования полученных таким способом сверхтонких пленок полупроводников и квантовых сверхрешеток показали их достаточно высокое структурное совериенство. Лазерная эпитаксия может быть рекомендована для быстрого

изготовления образцов для исследования из пленок новых перспективных материалов и их многослойных композиций.

6. Предложен способ получения монокристаллических пленок на неориентирующих подложках. Результат достигается благодаря тому, что кристаллизация во время нанесения пленки или рекристаллизация после нанесения происходит в поле анизотропных упругих деформаций. Анизотропная деформация создается в подложке, благодаря чему связанные с ней кристаллиты пленки имеют разную, зависящую от их ориентации, свободную энергию.

7. Лазерно-плазменный метод сыграл определяющую роль в создании многослойной рентгеновской оптики. Отражающие и дисперсионные элементы на основе многослойной оптики нашли широкое . применение в диагностике плазмы, управлении синхротронным излучением, рентгенофлюорес-. центном элементном анализе и астрономии.

8. Показано, что лазерно-плазменный метод оптимально подходит для изготовления совершенных пленок высокотемпературных сверхпроводников. Его использование позволило в короткий срок провести цикл исследований ВТСП-пленок, позволивших в значительной мере определить перспективы применения БТСП-материалов в электронике и электротехнике.

ЛИТЕРАТУРА

1. Гапонов C.B., Гарин Ф. В., Парамонов Л. В. Осветитель твердотельного лазера периодического действия // Квантовая электроника. 1975. Т. 2. С. 1554-155Б.

2. Гапонов С. В., Гарин Ф. В., Парамонов Л. В. Способ изготовления осветительного твердотельного лазера: Авт. св. СССР N1385967 от 29.05.85.

3. Высоцкий В. 3., Гапонов С. В., Куликова К. П., Петровская Н. П., Салащенко Н. Н. Прецизионная обработка фольги оптическим квантовым генератором // Электронная промышленность. 1972. В. 4 (10).

4. Высоцкий В. 3., Гапонов С. В., Гарин Ф.В., Либаков-Ливанов В. В., Парамонов J1. В., Понтус Л. И., Савин В. А. Установка для проекционной обработки материалов Излучением ОКГ // Электронная промышленность. 1974. В. 11 (35).

5. Высоцкий В.3.,Гапонов С. В., Гончаров А. Г., Мельников В. В., Понтус Л. И., Сунгуровский М. А. Установка с проекционной оптической системой для подгонки резисторов // Электронная промышленность. 1976. N1. С.22-23.

6. Гапонов С. В.. Салащенко Н. Н., Ханин Я. й. Повншение равномерности пространственного распределения излучения ОКГ // Квантовая электроника. 1972. N 7. С. 48-53.

7. Гапонов С. В,, Гончаров А. Г., Крафтмахер Г. А., Ханин Я. И. Получение гигантского импульса в твердотельном лазере с помощью органических растворителей // Письма в КЭТФ. 1970. Т.П. С. 370-373.

8. Гапонов С. В., Парамонов Л.В.Данин Я. И. Giant pulse laser operation vith organic solvents. // International conference "Laser and their application" Drebden. 1970. P.359-364.

9. -Гапонов С.В.,Парамонов Л.В., Салащенко Н.Н. ,Ха-

о

нин Я. И. Нелинейные оптические эффекты, формирующие гигантский импульс в неодимовоы лазере с органической жидкостью внутри резонатора // Квантовая электроника. Г930. Т. 7. N 11. С.2432-2436.

10. Гапонов С. В., Лучин В. И. , Парамонов Л. В. Оптический квантовый генератор: Авт. св. СССР N360894 от 11.01.71.

11. Гапонов С.В., Парамонов Л.В. Импульсная модуляция лазера при- перестройке вспомогательного пассивного резонатора с помощью ультразвука // Изв. вузов. Радиофизика. 1972. Т.15. С. 1262-1264.

12. Гапонов С. В., Генкнн В. Н., Гудков А. А., Мыльни-

ков M. Ю. Испарение непоглощающих мишеней лазерным излучением// ЖТФ. 1982. Т. 52, В. 7. С. 1351-1355.

13. Гапонов С. В., Гудков к. А.. Фраерман А. А. Процессы в эрозионной плазме при лазерном вакуумном напылении пленок. 3.Конденсация в газовых потоках при лазерном испарении материалов // ЖТФ. 1982. Т.52. В. 9. С. 1843-1848.

14. Ахсахалян А.Д.Гапонов C.B., Лучин В.И. Динамика образования эрозионной лазерной плазмы и энергетический спектр ионов // Получение и анализ чистых веществ в ГГУ. Горький, 1984. С. 21-25.

15. Ахсахалян А. Д. .Талонов С. В., Лучин В. И.. Чирима-нов А. П. Угловое распределение разлетающейся в вакуум эрозионной лазерной плазмы // ЖТФ. 1988. Т. 58, В. 10.

С. 1885-1892.

«

16. Ахсахалян А. Д., Битюрин ß. А.,Гапонов С. В., Гудков А. А., Лучин В. И. Процессы в эрозионной плазме при лазерном вакуумном напылении пленок. 1. Характеристики

- эрозионной лазерной плазмы на стадии инерциального разлета //т. 1982. Т. 52. В. 8. С. 1584-1589.

17. Ахсахалян А. Д. , Гапонов С. В. , Лучин В. И. О неустойчивости фронта испарения в условиях интенсивного поглощения плазмой лазерного излучения // Изв. АН СССР. Сер. Физическая. 19S5. Т. 49. N. 4. С. 776-778.

18. Ахсахалян А. Д., Гапонов С. В., Гусев С. А.,Лучин В. И., Платонов Ю. Я.. Салащенко H. Н. Искусственные многослойные отражающие и селективные элементы для мягкого рентгеновского излучения. 2. Изготовление многослойных зеркал для мягкого рентгеновского излучения методом импульсного лазерного напыления // ЖТФ. 1934. Т. 54. В. 4. С. 755-762.

19. Гапонов С. В.. Лучин В. И.. Максимов Г. А., Салащенко H. Н.,Смирнов В. П. Напыление многокомпонентных тугоплавких веществ излучением ОКГ // Электронная техника. Сер. Технология и орган и зация производства и оборудование, 1978. В. 3.(88). С. 18-20.

20. Гапонов С. В.. Девятых Г. Г., Ковалев И. Д., Ла-

рин Н. В., Лучин В. И.. Максимов Г. А., Понтус Л. И., Сучков А. И. О возможности шнсролокального анализа .на лазерном масс-спектрометре // Письма а ЕТФ. 1976. Т. 2, В.19. С. 905-909.

21. Гапонов С.В..Лучин В.И., Стриковский И.Д. Связь характеристик факела С02 лазерной пдазцы с электронной структурой атомов мишени // Письма в ЯТФ. 1980.

B. 23, Т. 6. С. 1409-1412.

22. Гапонов С.В., Стриковский Н. Д. Особенности плазмообразования при испарении веществ излучением ТЕА С02 лазера // Ш>. 1982. Т. 52. В. 9. С.1838-1842.

23. Ахсахаляя А. Д.,Еитюрин Ю. А.. Гапонов С. В., Гудков А. А., Лучин В. И. Процессы в эрозионной плазме при лазерном вакуумном напылении пленок. 2. Взаимодействие продуктов лазерной эрозии с поверхностью твердого тела

.// ЖТФ. 1982. Т. 52, В. 8. С. 1590-1596.

24. Гапоноь С. В. Столкновение низкотемпературной .'лазерной плазмы с конденсированной средой // Изв. АН СССР-

Сер. Физическая. 1982. Т. 46. В. 6. С. 1170-1176.

25. Гапонов С. В. , Гудков' А. А., Лускин Б. М., Лучин В. И. Салащенко Н. Н. Отражение . лазерной плазмы от нагретого экрана //'Письма в ЖТФ. 1979. Т. 5, В. 8. С. 475-480.

26. Гапонов С.В.,Гудков А. А., Клюенков Е. Б., Кропо-тин В^В. Исследование режимов образования из лазерной плазмы пленок сегнетоэлектриков и высокотемпературных окислов // Изв. АН СССР. Сер. Физическая. 1980. Т. 44, N10.

C. 2097-2100.

27. Гапонов С. В. , Гудков А. А., Лускин Б. Ы., Лучин В. И., Салащенко Н. Н. Образование полупроводниковых пленок из рассеянной нагретым экраном эрозионной лазерной плазмы // ЖТФ. 1981. Т. 51, В. 5. С.1000-1004.

28. Гапонов С. В., Калягин М, А., Стриковский М. Д. Применение лазеров в технологии микроэлектроники // Изв. АН СССР. Сер. Физическая. 1985. Т. 49, N4. С. 758-764.

29. Гапонов С. В., Калягин И. А., Стриковский М. Д. Модификация свойств приповерхностных слоев полупро-

еодников под действием эрозионной лазерной плазмы: Препринт ФИ АН СССР N 134. М. ,1986. С. Ы2,

30. Гапонов С. В. .Калягин М. А., Стриковский М.Д. Образование комплексов дефектов при стимулированной диффузии фосфора в кремний ft ФТП. 1987. Т.21, В.9

С. 1642-1647.

31. Гапонов С. В./Калягин М. А. . Стриковский М. Д. Способ изготовления солнечных фотоэлектрических преобразователей: Авт. св. СССР HI 153760 от 04.01.84.

32. Бирютин D. А., Гапонов С. В., Постникова Т. К. Низкотемпературная диффузия, стимулированная действием импульсных потохов лазерной плазмы // ЛТФ. 1981. Т. 51, N. 6. С. 1279-1281.

33. Гапонов С. В., Стриковский М. Д. Компенсация GaAs облучением эрозионной лазерной плазмой // ЖТФ. 1983.

Т. 53, N6. -С. 1230-1231.

34. Битсрин Ю. А., Гапонов С. В., Клвенков Е.Б., Стриковский Н. Д. GaAs compensation by intense fluxes of low-energy particles // Solid State Comm. 1983. V.45,

N. 12. P.997-999.

35. Битюрин Ю. A., Гапонов С. В., Клсенков Е.Б.,Стриковский М. Д. Действие мощных импульсных потоков ионов малой энергии на GaAs // ФТП. 1984. Т. 18, В. 10. С. 1729-1734.

36. Гапонов С.В., Клюенков Е. Б.,Стриковский М. Д.. Чурин С. А. Влияние плотности потока и энергии частиц лазерной плазмы на структурные. и электрофизические характеристики эпитаксиальных слоев GaAs // Изв. АН СССР. Неорганические материалы. 1989. Т. 25. С. 1743-1745.

37. Гапонов С.В., Клвенков Е. Б., Нестеров Б.А., Сала-щенко Н. Н., Хейфец И. И. Низкотемпературная эпитаксия диэлектриков при лазерном распылении материалов в разреженной химически активной газовой среде // Письма в ЖТФ. 1979. Т. 5, В. 8. С. 472-475.

38. Гапонов С. В., Саласенко Н. Н. Вакуумное напыление пленок с помошью импульсных лазеров // Электронная про-

мьгашенность. 1976. В. 1.(49). С. 11-20.

39. Гапонов С. В.,Лускин Б.М., Нестеров Б. А., Сала-щенко H. Н. Низкотемпературная эпитаксия пленок, конденсированных из лазерной плазмы // Письма в ЖТФ. 1977. Т. 3. В. 12. С. 573-576.

40. Гапонов С. В., Лускин Б. М., Нестеров Б.А.,Сала-щенко H. Н. Морфологические особенности и структура пленок, конденсированных из лазерной плазмы // ФТТ. 1977. Т. 19, В. 10. С. 2964-2967.

41. Гапонов C.B. Использование лазеров для получения тонких пленок // Использование лазеров в бфвременной науке и технике. Ленинград, 1980. С. 8-12.

42. Гапонов С. В. , Гусев С. А. , Салащенко H. Н., Чу-ран С. А. Эпитаксиальный рост пленок халькогенидов свинца // Изв. АН СССР. Сер. Неорганические материалы. 1983. В. 1. С. 157-159.

43. Гапонов С. В. , Лускин Б. М., Нестеров Б. А. , Сала-лденко H.Н. 0 возможности получения сверхтонких сплошных монокристаллических пленок с помощью лазера, работающего в режиме миллисекундных импульсов JJ Письма в ЖТФ. 1977. В. 16. С. 799-801.

44. Бекетова 3.П. , Гапонов С. В.,Каверин Б. С., Нестеров Б. А., Салащенко H.H. О возможности получения сверхтонких^ сплошных монокристаллических пленок с помощью лазера // Изв. вузов. Радиофизика. 1975. Т.18, N6.

С. 908-909.

45. Бекетова 3. П., Гапонов С. В., Каверин Б. С. , Нестеров Б. А., Салащенко К. Н. Особенности роста пленок веществ испаренных излучением импульсных лазеров // Электронная техника. Сер. 10, Квантовая электроника. 1975.

B.1. 3. 81 -84.

46. Гапонов С. В., Лускин Б. М., Салащенко H. Н. 0 возможности получения структур со сверхрешеткой методом лазерного напыления // Письма в ЖТФ. 1979. Т. 5, В.9.

C.516-521.

47. Гапонов С. В., Лускин Б. М., Салащенко H. Н.

Сверхрешетки с неориентированными барьерными слоями // Письма в ЮТФ. 1981. Т. 33. В. 10. С. 533-537.

48. Талонов С.В., Лускин Б.М., Салащенко Я. Н. Ното-epitaxial superlattice with nonorlentied barrier layers. // Solid State Commun. 1981. V.39. P.301-302.

49. Талонов С. В., Гусев С. А., Лускин Б. Н.. Салащенко Н. Н. Нанесение монокристаллических пленочных структур на неориентируюшие поверхности // ПТЭ. 1982.

B. 2. С. 176-178.

50. Гапонов С. В., Лускин Б. М., Салащенко Н. Н. Способ изготовления 'эпитаксиальных пленочных структур: Авт. св. СССР N791114 от ,15.06.79.

51. Гапонов С. В., Юшенков Е. Б., Нестеров Б. А., Салащенко Н. Н., Хейфец И. И. Лазерное напыление пленок в активной среде // Письма в ЖТФ. 1977. В. 13. С. 632-635.

52. Васильев А. Л., Гапонов С. В., Гусев С. А., Киселев Н. А., Юшенков Е. Б.. Кочемасов А. В., Стриков-ский М. Д. .Уваров 0.В. High resolution electron microscopy of superconducting films YBa2Cu307^5. // Inst.Phys.Conf.Ser. 1988. V.2.N93. Chapter 6. P.223-229.

53. Гапонов С. В., Калягин М. А.. Малышева Л. В., Иа-вельез Д. Г., Павлов С. А. , Ткаченко А. Д., Хребтов И. А., Чу-рин А. Ю. Исследование болометрических свойств пленок состава YBa2Cu30?_x // Письма в ЖТФ. 1988. Т. 14. В. 20.

C. 1836-1838.

54. Гапонов С.В.. Стриковский М. Д. Сверхпроводящие пленки для микроэлектроники // Наука в СССР. АН СССР. 1989. N2. С. 15-18.

55. Гапонов С. В., Докукин Е. Б., Клсенков Е. Б.. Кор-неев Д. А., Лебнер В.. Пасюк В. В., Петренко А. В., Ржаны X.. Черненко Л. П. Определение глубины проникновения магнитного поля в сверхпроводящую тонкую монокристаллическую пленку YBa2Cu307 методом отражения поляризованных нейтронов // Письма в ЖЭТФ. 1989. Т. 49. В. 5. С. 277- 280.

56. Гапонов С. В., Каминский Г. Г., Юшенков Е. Б.. Ку-

зин Д. Б., Пан В. М., Прохоров А. Г., Стриковский М. Д. A current-carrying capacity of superconducting УВа2Сиэ0?_5 films in strong magnetic fields // Sov.Phys.JETP. 1989. V.68 (6). P.1266-1270.

57. Гапонов С. В., Гарин Ф. В., Голубев В.Н.,Калягин М. В., Юшенков Е. Б., Косыев В. А., Кочемасов А. В.. Стриковский М. Д. Вольтамперная характеристика и критические токи в слабых магнитных полях в YBa2Cu30?_g // ЖЭТФ. 1989. Т. 95, В.З. С. 1086-1091.

58. Гапонов С.В.,Каминский Г.Г., Пан В.М., Кузин Д. В., Мацуй В. И., Прохоров М. 1., Стриковский М. Д.,Третья-ченко С. Г. Current carrying ability of YBa2Cu307_y: high magnetic field influence. // Cryogenics. 1989. V.29.

P.-|92-396.

59. Бондурян Б.Б.,Дмитренко И.М., Ефременко И. Г., Куравель А. П., Гапонов С.В., Климов Ю. А. ,Павельев Д.Г., Чу-рин • А. Ю. Исследование пространственного распределения о'верхпроводяпл!х параметров ВТСП структур методом лазерного зонда // АН УССР Физика низких температур. 1990. Т.16, N1. С. 64-70.

60. Бондурян Б.Б.,Гапонов С. В. , Дмитренко И.Н., Ефременко И. Г., Климов А. Ю., Красильник 3. Ф., Лаврезш В. Ю. , Па-ве..ьев Д. Г., Чурин А. Ю., Шустакова Г. В. Болометрические и шумовые свойства ВТСП структур // АН УССР Физика низких температур. 1990. Т.16, N1. С. 70-80. •

61. Васильев А. Н., Гапонов С. В. , Давыденко А. М.. Калягин М. А., Киселев Н. А. Электронная микроскопия пленок YBa2Cu307_g. // Сверхпроводимость: физика, химия, техника. 1990. Т.з" N4. С. 557-572.

62. Гапонов С. В., Климов А. Ю., Клюенков Е.Б.,Писка-рев Е. В., Сушилин Е.Б., Фикс А. Ш. 0 возможности создания сильноточных приборов и устройств из высокотемпературных сверхпроводников на базе зпитаксиальной пленочной технологии // Письма в ЖТФ. 1990. Т.16, В.З. С.62-64.

63. Бузынин В. Н., Володин Б. А., Гапонов С. В., Сеги-

на М. В. Возможность локального изменения концентрации

активных примесей а арсениде галия при воздействии лазерных импульсов ианосекундной длительности // Электронная техника. Сер. Материалы. 1980. В. 2. С. 53-55.

64. Володин Б. к., Тапонов С. В., Юшенков Е. Б., Нестеров Б. А., Салащенко Н. Н. Влияние импульсного нагрева подложек на ориентированный рост пленок при лазерном напылении // № 1981. Т. 15. В. 6. С. 1195-1197.

65. Битюрин В. А., Гапонов С. В., Гудков А. А., Миро -нов В. JI. Кристаллизация в поле упругих деформаций: Препринт ИЛФ АН СССР N75. Горький, 1983.

66. Битюрин В. А., Гапонов С. В., Гудков А. А., Миронов В. Л. Направленная кристаллизация п£и лазерном отжиге пленок // Квантовая электроника.1984. Т. 11. N1. С. 181-183.

67. Битюрин Ю. А., Гапонов С. В., Гудков А. А.. Миронов В. Л. Artificial epitaxy in the elastic strain field // Jornal of ' Crystal Growth. 1986. V.73. P.551-558.

68. Битюрин Ю. A.. Волгунов Д. Г., Гапонов С.В.,Гудков А. А., Миронов В. Л. Структурные изменения и массо-перенос в упругонапряженных пленках // Рост кристаллов. М.: Наука, 1988. Т. 17. С. 60.

69. Битюрин Ю. А., Гапонов С. В., Клюенков Е. Б., Лус-кин Б. М., Стриковский М. Д. Вакуумное лазерное напыление и эпитаксия // Электронная промышленность. 1931. В. 5-6

С. 110-115.

70. Гапонов С. В. Лазерное напыление пленок // Вестник АН СССР. 1984. N12. С. 3-10.

71. Гапонов С. В. Сверхтонкие пленки твердых тел и многослойные структуры: метод получения, исследования и применения // УФН. 1985. Т. 146, В. 2. С. 343-346.

72. Гапонов С. В. Laser film deposition // Laser assisted modification and synthesis of materials. 19S5. Sofia. P.216-222.

73. Гапонов С. В.. Оболенский Б. А., Салащекко Н. Н., Смирнов В. П. Способ изготовления выпрямляющих контактов на арсениде галлия: Авт. св. СССР N1088584 от 11.11.81

74. Гапонов С.В., Лучин В.И., Платонов Ю. Я., Салащен-

ко H. H. .Способ изготовления приборов на основе многослойных структур из сверхтонких пленок: Авт. св. СССР N1111652 от 26.07.82..

75. Гапонов С. В., Гарин Ф. В., Кочемасов А. В., Стриков-ский М. Д. Способ изготовления легированных пленочных структур: Авт. св. СССР H120733S от 04.01.83.

76. Гапонов С. В., Калягин М. А., Стриковский М. Д. Способ изготовления полупроводниковых структур с легированным поверхностным слоем: Авт. св. СССР N1266392

от 27.11.84.

77. Васильев А. А., Гапонов С. В., Гусев С. А., Дубров

B, В., Забродин И. Г., Кузьмичев А. И.., Лускин Б. М., Салащенко H. Н., Слемзин В. А., Собельман И. И.. Шевалько А. П. Многослойные зеркала нормального падения для экстремального ультрафиолетового излучения // КТФ. 1990. Т.60,В. 5.

C. 85-96.

78. Гапоног С. В., Житник И. А., Лускин Б. М., Салащенко Н. К., Слемзин В. А., Собельман И. И. Эксперимент "Терек" по исследованию рентгеновского излучения Солнца на космическом аппарате "Фобос". : Препринт ФИ АН СССР N241. М., 1988.

79. Арцимович В. Л. , Гапонов С. В., Касьянов Ю. С., Лу-"кин Б. М., Салащенко H. Н., Собельман И. И., Шевелько А. П. Формирование направленного интенсивного ВУФ излучения из лазерной плазмы // Письма- в ЖЭТФ. 1987. Т. 46, В. 8. С. 311-314.

80. Гапонов С. В., Глускин Е. С., Дез Р., Ильинский П. П., Салащенко H. Н., Гр'ахтенберг Э. М., Шатунов Ю. M. А polarimeter for soft. X-ray and VUV radiation // Nucl.Instr. and Methods in Physic Research. 1986. А24Б P.324-396.

81. Гапонов С.В..Грудский А. Я., Гусев С. А., Платонов Ю. Я., Салащенко H. Н. Многослойные дисперсионные элементы для мягкого рентгеновского излучения // ЖТФ. 1985. Т. 55, В.З. С. 575-579.

§2. Гапонов С. В.. Гусев С. А., Платонов Ю. Я.. Салащен-

ко H.H. Искусственные многослойные отражающие и селективные элементы для мягкого рентгеновского • излучения. 1. Выбор пар материалов и расчет многослойных зеркал // ЖТФ. 1384. Т. 54. В. 4. С. 747-754.

83. Талонов С. В., Глусин С. А., Гусев С. А., Лускин Б. М., Салащенко H. H. Long-wave Х-гау radiation mirrors // Optic.Commun.'1981. V.38/1. P.7-9.

84. Гапонов С. В., Салащенко H. H. Многослойные

■ зеркала для коротковолнового ультрафиолетового и длинноволнового рентгеновского излучения // Изв. АН СССР Сер. Физическая. 1982. Т. 46. N. 8. С. 1543-1547.

85. Гапонов С. В., Салащенко H. Н. Многослойные зеркала для мягкого рентгеновского излучения и холодных нейтронов // Тезисы докл. Всесоюз. симпоз. "Методы синтеза и применение многослойных интерференционных систем." М. .1984. С. 86-88 .

86. Гапонов С. В., Генкин В.М., Салащенко H. Н., Фраер-ман А. А. Рассеяние нейтронного и рентгеновского излучения в диапазоне 10+300 Я на периодических структурах с шероховатыми границами // Письма в ЖТФ. 1985. Т. 41. В. 2. С. 53-55.

87. Ахсахалян А. Д., Гапонов С. В.,Гусев С.А., Платонов Ю. А.. Полушшн Н. И.. Салащенко H. Н. Многослойные рентгеновские зеркала для диапазонов длин волн 25-^44 & // Письма в ЖТФ. 1986. Т. 12. В. 17. С. 1081-1088.

88. Гапонов С.В., Гусёв С.А.,Платонов Ю. А., Полушкин Н. И. , Салащенко H. Н.,Фомина Н. И., Фраерман А. А. Влияние межплоскостных шероховатостей на отражательные свойства многослойных рентгеновских зеркал // ЖТФ. 1986. Т.56. В. 5. С. 891-896.

89. Гапонов С. В., Генкин В. М.. Салащенко H. Н., Фраерман А. А. Рассеяние мягкого рентгеновского излучения и холодных нейтронов на многослойных структурах с шероховатыми границами // ЖТФ. 1986. Т. 56, В. 4. С. 708-714.

90. Гапонов С. В.. Генкин В. М., Салащенко H. Н., Фраер-

ман A. A. The effect of the interfacial roughness on the reflection properties of multilayer X-ray nirrors // Nuclear Instruments and Methods in Physic Research. 1987. A261. P. 91-98.

91. Талонов С. В., Гусев С. А., Платонов Ю. Я., Салащенко Н. Н. Выбор материалов для многослойных элементов рентгенооптики // Письма в ЖТФ. 1983. Т. 9, В. 18 С. 1140-1143.

92. Талонов С. В., Гусев С. А., Платонов Ю. Я., Салащенко Н. Н. Multilayer dispersion elenents for X-ray emission at ¡V-17-1Q0 К // Symposium "0ptica-84". Budapest. 1984. P.298-300.

93. Талонов С.В., Гарин Ф.В.. Глускин Е.С., Гусев С,, А., Кочемасов А. В., Платонов Ю. Я., Салащенко Н. Н. Многослойные зеркала для мягкого . рентгеновского излучения' // 2е Всесоюзное совещание по методам и аппаратуре для г "¡следования когерентного взаимодействия излучения с веществом. М., 1982. С. 358-364.

94. Ахсахалян А. Д. , Гапонов С.В.,Гусев С. А., Платонов Ю. Я.,Полущкин Ц. И.. Салащенко Н. Н. Multilayer X-ray mirrors for the wavelength range 25-44 Я // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. 1987. A?61. P.75-77.

95. Гапонов С.В., Глускин Е.С. .Гусев С.А., Салащенко Н. Н. Зеркала для длинноволнового рентгеновского излучения // Письма в КТФ. 1980. Т. 6, N23. С. 1413-1415.

96. Гапонов С. В., Гарин Ф. В. , Глускин Е. С., Кочемасов А. В., Лускин Б. М.-, Платонов Ю. Я., Салащенко Н. Н. Многослойные зеркала для мягкого рентгеновского излучения // Доклады на Всесоюзном совещании по испо~ьзованию синхротронного излучения. Новосибирск. 1982. С. 358-370.

97. Гапонов С.В.,Гарин Ф. В.,Глускин Е.С.,Гусев С. А., Кочемасов А. В.,Платонов В. Я. Multilayer mirrors for soft X-ray and VUV radiation// Nuclear Instrum and Methods in Physic Research. 1983. Ml. P.227-231.

98. Гапонов С. В., Глускин Е. С., Гусев С. А., Платонов Ю. А., Салащенко H.Н. Сферические и плоские зеркала нормального падения для. мягкого рентгеновского излучения // Письма в ЛТФ. 1983. Т. 9, В. 4. С. 208-213.

99. Гапонов С.С. » Глускин Е. С., Гусев С. А., Платонов D. А., Салащенко H.H. Spherical and multilayer normal incidence mirrors for soft X-rays // Optics. Commun. 1983. V.48, N. 4. P.229-232.

100. Гапонов С. В., Глускин Е. С., Гусев С. А. .Лез П., Ильинский П. П., Платонов Ю. Я., Салащенко H. Н.,Шатунов

B.W. Экспериментальное изучение степени циркулярной поляризации ультрамягкого рентгеновского излучения из спирального ондулятора на накопителе ВЭПП-2М: Препринт ИЯФ СО АН СССР N83-163. Новосибирск, 1983.

101. Бойко В.А., Бункин Ф. В., Гапонов С. В.. Платонов Ю. Я. , Салащенко H. Н., Соболев С. С., Фаенов А. Я.. Шилов К. А. Наблюдение ВУФ спектров лазерной плазмы с помощью многослойных рентгеновских зеркал // Тезисы докл. Всесоюз. симпоз. "Методы синтеза и применение многослойных интерференционных систем." М., Изд-во МГУ, 1984.

C. 89-90.

102. Гапонов С. В., Дубров В.В., Забродин И. Г., Кузьми-чев А. И., Лускин Б. М., Салащенко H. Н. Многослойные зеркала нормального падения на диапазон длин волн 125-200 Я // Письма в ЖТФ. 1987. Т. 13. В. 4. С. 214-218.

103. Гапонов С. В., Дубров В. В., Забродин И. Г., Кузьми-чев А. И., Лускин Б. М., Салащенко H. Н., Слемзин -В. А. Многослойные отражающие элементы для экстремального ультрафиолета // XY Всесоюзное совещание по рентгеновской и электронной спектроскопии. Л., 1988. Т.1. С. 97-98.

104. Аристов В.В.,Гапонов С. В. , Генкин В. М., Горбатов Ю. А., Ерко А. Н., Мартынов В. В., Матвеев В. А., Салащенко H. Н., Фраерман А. А. Фокусирующие свойства профилированных многослойных рентгеновских зеркал // Письма в ЖЭТФ. 1986. Т. 44. В. 4. С. 207-209.

105. Бабаев Н.А., Багаев В.С.,Гапонов С.В. , Копылов-ский Б. Д., Стопачкнский В. Б., Салащенко Н. Н. Размерное квантование в тонких пленках теллурида кадмия // Письма в ЖЭТФ. 1983. Т. 37, В. 11. С. 524-527.

106. Гапонов С.В., Лускин Б. М., Салащенко Н. Н. Сверхрешетки на основе InSb-CdTe, InSb-PbTe, Bi-CdTe // ФТП. 1980. М8. С. 1468-1472.

107. Боровицкая Е. С., Гапонов С.В., Генкин В. М., Лускин Б. М., Салащенко Н. Н. Сверхтонкие пленки полупроводников и многослойные структуры. Методы получения, , теоретические и экспериментальные исследования // Многослойные полупроводниковые структуры и сверхрешетки/ ИПФ АН СССР. Горький, 1984.

С 38-52.

108. Гапонов С. В., Голубев В.Н., Клюенков Е. Б.,Лучин В. И., Салащенко Н. Н., Стриковский М. Д. Авт. св. СССР Н284235 от 2S. 12. 87.

109. Гапонов С. В., Ильин Н. В. .Калягин М. А., Клюенков Е. Б.,Стриковский М. Д., Фишер Л. М. Анизотропия магнитных и электрических свойств тонких сверхпроводящих пленок YxBa2Cu307_¿ // Письма в ЖЭТФ. 1988. Т. 48, В.З. С. 155-158.