Анотація до роботи:

Москаль Д.С. Дефектоутворення у приповерхневих шарах монокристалів GaAs під впливом низькорівневого просторово-модульованого лазерного опромінення. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07 – фізика твердого тіла. – Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна, Харків, Україна, 2008.

Дисертацію присвячено встановленню фізичних закономірностей утворення дефектів у приповерхневих шарах монокристалів GaAs під дією імпульсного лазерного опромінення з низьким рівнем інтенсивності. Досліджено вплив лазерного опромінення на активацію процесів дефектоутворення в кристалі при гауссовому або дифракційно-модульованому розподілі інтенсивності. Числовими методами визначено розподіл інтенсивності лазерного опромінення, полів температур, деформацій і термонапружень у приповерхневих шарах опромінених монокристалів GaAs. Проведені експерименти з використанням лазерних імпульсів мілісекундної тривалості з гауссовим розподілом інтенсивності і встановлені порогові значення густини енергії, при яких активуються різні механізми модифікації поверхні: плавлення, дислокаційної пластичності, утворення точкових дефектів. Виконані експерименти з опромінення монокристалів GaAs лазерними імпульсами мілі- і наносекундної тривалості з густиною енергії меншою від порогу пластичності та з дифракційно-модульованою інтенсивністю. Методами оптичної, електронної і атомно-силової мікроскопії доведена можливість створення періодичних дефектних структур у вигляді атомних кластерів за допомогою дифракційно-модульованого імпульсного лазерного опромінення низького рівня. Позиціювання таких структур задається законом просторової модуляції інтенсивності лазерного опромінення і таким чином розв’язується задача їх адресного і періодичного розподілу. Отримані результати сприяють розвиткові нового підходу до створення напівпровідникових приладів, який ґрунтується на використанні особливих властивостей кластерних структур.

У дисертаційній роботі вирішена поставлена наукова задача: з’ясовані фізичні закономірності дефектоутворення у приповерхневих шарах монокристалів GaAs при дії низькорівневого лазерного опромінення з просторовою модуляцією інтенсивності.

Основні наукові і практичні результати роботи:

1. Розв’язано рівняння теплопровідності з урахуванням температурної залежності коефіцієнтів поглинання, теплоємності і теплопровідності монокристалів GaAs. Знайдені часові залежності розподілу температур, деформацій і термічних напружень у межах зони опромінення лазерним імпульсом з гауссовим розподілом інтенсивності.

2. З використанням обчислювальної техніки розраховані методами зон Френеля і інтегральних сум Кірхгофа розподіли інтенсивності лазерного випромінювання при дифракції від нестандартних екранів: прямокутного вирізу, від клина з різною висотою сторін і від квадратного отвору.

3. Вперше розрахований розподіл полів температур, деформацій і термічних напружень, утворених у монокристалах GaAs, дифракційно-модульованим лазерним опроміненням. Запропоновано два варіанти розв’язання задачі щодо розподілу термічних напружень – через визначення компонент тензора деформації, або з урахуванням орієнтаційної залежності модуля Юнга.

4. Теоретично обґрунтовано і експериментально визначено значення граничної густини енергії () опромінення лазерними імпульсами мілісекундної тривалості, нижче якої домінують процеси точкового дефектоутворення.

5. Вперше показана можливість створення періодичних дефектних структур у вигляді атомних кластерів методом дифракційно-модульованого імпульсного () лазерного опромінення низького рівня. Позиціювання таких структур задається законом модуляції інтенсивності лазерного випромінювання і таким чином вирішується задача їх адресного і періодичного розподілу.

6. Експериментально встановлена можливість створення періодичної структури у вигляді кластерів модульованим за інтенсивністю наноімпульсним () лазерним опроміненням. Методом рентгенівського спектрального аналізу встановлено, що кластери утворюються внаслідок перерозподілу власних компонент Ga і As сполуки GaAs.

7. Запропоновано фізичний механізм деформаційно-дифузійного перерозподілу атомів у періодичному температурно-силовому полі у приповерхневому шарі і виконані торетичні розрахунки концентрації компонент у модифікованому монокристалі GaAs, які узгоджуються з експериментальними даними.

8. Розроблені фізичні основи методу лазерно-контрольованого формування впорядкованих структур у приповерхневих шарах монокристалів GaAs дифракційно-модульованим лазерним опроміненням з низькою інтенсивністю.

Публікації автора:

1. Структурні зміни у приповерхневому шарі Ge під дією лазерного імпульсу / В.О. Надточій, М.М. Голоденко, А.З. Калімбет, Д.С. Москаль // Фіз. і хім. твердого тіла. – 2003. – Т.4, №3. – С.556 – 559.

2. Структурные изменения в зоне действия лазерного луча в монокристаллическом германии / В.А. Надточий, В.П. Алехин, Н.К. Нечволод, Н.Н. Голоденко, Д.С. Москаль // Физ. и хим. обраб. материалов. – 2003. – №4. – С.9 – 12.

3. Дислокації у приповерхневому шарі Ge, спричинені лазерним імпульсом / В.О. Надточій, М.К. Нечволод, М.М. Голоденко, Д.С. Москаль // Вісник Харківського університету, серія “Фізика”. – 2005. – № 601, вип. 8. – С.130 – 135.

4. Nadtochy V., Golodenko M., Moskal D. Investigation of dislocations in Ge single crystals by scanning electron beam // Functional Materials. – 2004. – V.11, № 1. – P.40 – 43.

5. Moskal D., Nadtochy V., Golodenko M. Formation of periodic structures in GaAs near-surface layers irradiated by laser pulse // Photoelectronics. – 2005. – V.14 – Р. 105–107.

6. Moskal D., Nadtochy V., Golodenko M. Periodic structure formation in GaAs near-surface layer by laser beam with diffraction modulated intensity // Functional Materials. – 2006. – V.13, №1. – P.100 – 103.

7. Москаль Д.С., Надточий В.А. Голоденко Н.Н. Анализ рельефа поверхности GaAs, сформированного воздействием дифракционно-модулированного лазерного излучения // Физика. Известия высших учебных заведений. – 2007. – Т.50, № 11. – С. 86-89. Стаття опублікована також у англомовній редакції: Moskal D.S., Nadtochy V.A. and Golodenko N.N. Analysis of the relief of the GaAs surface formed upon exposure to diffraction-modulated laser radiation // Russian study – Springer New York (USA), 2007. – Vol.50, №11.– P.1154–1157.

8. Moskal D.S., Fedorenko L.L., Yusupov M.M., Golodenko M.M. // Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics. – 2007.– Vol. 10, №3.– Р. 80–83.

9. Москаль Д.С., Надточій В.О., Голоденко М.М. Розрахунок термопружних полів у кристалах GaAs, спричинених дією лазерного променя з дифракційною просторовою модуляцією // Наука і молодь: Збірник наукових праць міжнародної наукової конференції «Політ – 2005». – Київ. – Національний авіаційний університет. – Вип. 5.– 2005. – С. 23–25.

10. Надточій В.О., Голоденко М.М., Москаль Д.С. Про фізичний механізм виникнення дислокацій у приповерхневих шарах Ge при малих інтенсивностях лазерного опромінювання мілісекундної тривалості // Збірник тез Всеукраїнської конференції студентів і молодих науковців з теоретичної та експериментальної фізики “Еврика – 2003”. – Львів: Львівський національний університет ім. Івана Франка, 2003. – С. 136.

11. Москаль Д.С. Периодические приповерхностные структуры GaAs, созданные пространственно-модулированным наноимульсом лазерного излучения // Збірник матеріалів 10–го ювілейного міжнародного молодіжного форуму «Радіоелектроніка і молодь в ХХI ст.», 10-12 квітня 2006. – Харків: Харківський національний університет радіоелектроніки. – С. 136.

12. Надточий В.А., Голоденко Н.Н., Москаль Д.С. Исследование дислокаций сканирующим электронным пучком // Відкрита Всеукраїнська конференція молодих вчених та науковців “Сучасні питання матеріалознавства”. Тез. доп., 9 – 13 вересня 2003 р. – Харків: НТК “Інститут монокристалів”. – 2003. – С.95.

13. Москаль Д.С., Надточій В.О., Голоденко М.М. Розрахунок термопружних полів у кристалах GaAs, спричинених дією лазерного променя з дифракційною просторовою модуляцією // V Міжнародна наукова конференція “Політ - 2005”. Тез. доп., 12 – 13 квітня 2005 р. – Київ: Національний авіаційний університет. – 2005. – С.94.

14. Надточій В.О., Нечволод М.К., Москаль Д.С. Мікропластичність алмазоподібних кристалів // ХІ Міжнародна конференція з фізики і технології тонких плівок та наносистем, Тез. доп., 7-12 травня 2007 р. – Івано-Франківськ: Прикарпатський національний університет. – Т.2. – С. 122–123.

15. Москаль Д.С., Надточий В.А., Голоденко Н.Н. Анализ рельефа поверхности GaAs, сформированного под воздействием дифракционно-модулированного лазерного излучения // Сборник тезисов 45-й Международной конференции «Актуальные проблемы прочности», 25 –28 сентября 2006 г. – Белгород: Белгородский государственный университет. – 2006. – С. 117–118.

16. Москаль Д.С. Распределение термоупругих напряжений по облучаемой лазерным импульсом поверхности монокристаллов GaAs // Международная конференция «Мезоскопичекие явления в твердых телах», Тез. докл., 26 февраля – 1 марта 2007 г. – Донецк: Донецкий физико-технический институт ім. А.А. Галкіна НАН України. – 2007. – С. 50.

17. Москаль Д.С., Надточій В.О., Фєдоренко Л.Л., Юсупов М.М., Дифузійний механізм формування кластерів у GaAs під дією просторово-періодичного лазерного опромінення // Конференція молодих вчених з фізики напівпровідників «Лашкарьовські читання – 2008», Тез. доп. 21 – 23 квітня 2008 р. – Київ: Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України. – 2008. – С. 40–41.