Модификация поверхности германия при воздействии излучения наносекундного ультрафиолетового лазера

Modification of the polished {111} surface of single-crystal germanium (n-type, resistivity 47 Ohm · cm), exposed to radiation of a focused frequency-pulse nanosecond ultraviolet Nd : YaG laser, was studied by optical profilometry, scanning electron and probe microscopy. It was revealed, that the threshold of plasma formation with generation of a crater on the surface, occurs at an energy density of E ~ 1.2—1.3 J/cm2. When the sample was stationary, at E ~ 0.1 J/cm2 irreversible damage to the surface occurred. When scanning the surface with radiation at E ~ 0.50—1.15 J/cm2, in the absence of noticeable traces of crater formation, the generation of etching pits with a regular triangular shape was observed, the concentration of which was (3—5) · 105 cm2. The figures resemble dislocation-etching pits, usually obtained by selective chemical etching.Dislocations were detected by ablation because of exposure to laser radiation. The centers of ablation nucleation are dislocations that come to the crystal surface. The transverse dimension of etching pits was ~ 5—10 µm and their overlap led to an alternating picture of trihedral pyramids, formed by the {111} planes. The presented images show the rounded edges and tops of the pyramids and the height of the profile of the figures ~ 1—2 μm. The linear dimensions of the pits testify a rapid flow of the process. Based on the total time of exposure to radiation on the surface ~ 200 ns, the rate of formation of flat faces in the pits equal to ~ 0.1—0.3 m/s, which is several orders of magnitude higher, than the rate of formation of the same faces during crystal growth was established. The depth of the surface layer, in which the structure was formed, was ~ 15 μm.Методами оптической профилометрии, сканирующей электронной и зондовой микроскопии исследована модификация полированной поверхности {111} монокристаллического германия (n-тип проводимости, удельное сопротивление 47 Ом · см) в результате воздействия сфокусированным частотно-импульсным излучением наносекундного ультрафиолетового Nd : YaG лазера. Выявлено, что порог плазмообразования с образованием кратера на поверхности возникает при плотности энергии лазерного излучения Е ~ 1,2÷1,3 Дж/см2. При неподвижном положении образца при Е ~ 0,1 Дж/см2 возникали необратимые повреждения поверхности. При сканировании поверхности излучением при Е ~ 0,50÷1,15 Дж/см2, в отсутствии заметных следов кратерообразования, наблюдалось образование ямок травления с правильной трехгранной формой, концентрация которых  составляла (3—5) ⋅ 105 см-2. Фигуры напоминают дислокационные ямки травления, получаемые селективным химическим травлением.Выявление дислокаций происходило путем абляции в результате воздействия лазерного излучения. Центрами зарождения абляции являются дислокации, выходящие на поверхность кристалла. Поперечный размер ямок травления  составил ~5—10 мкм, и их перекрытие привело к чередующейся картине трехгранных пирамид, образованных плоскостями {111}. Наблюдали скругленные грани и вершины пирамид, высота профиля фигур составила ∼1—2 мкм. Линейные размеры ямок свидетельствуют о быстром протекании процесса. Исходя из суммарного времени воздействия излучения на поверхность ∼200 нc установлена скорость формирования плоских граней в ямках, которая составляет ∼0,1—0,3 м/с, что на несколько порядков превышает скорость формирования таких же граней при росте кристалла. Глубина поверхностного слоя, в котором происходило формирование структуры, составляла ∼15 мкм