Н. Х. ЧИНЬ, A. Р. ФАДАИЯН, А. П. ЗАЖОГИН
Белорусский государственный университет, Минск, Беларусь
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ОБРАЗОВАНИЯ НАНОЧАСТИЦ И ФРАКТАЛОВ ОКСИДОВ ЦИНКА
НА ПОВЕРХНОСТИ СТЕКЛА ПРИ НАПЫЛЕНИИ ТОНКИХ ПЛЕНОК СДВОЕННЫМИ ЛАЗЕРНЫМИ ИМПУЛЬСАМИ ПРИ АТМОСФЕРНОМ ДАВЛЕНИИ ВОЗДУХА
Для установления условий оптимального влияния дополнительного лазерного импульса на целенаправленное формирование компонентного и зарядового состава приповерхностной лазерной плазмы проведены исследования ее методом лазерной искровой спектрометрии (ЛИС). Изучены возможности получения пленок оксидов цинка, с достаточно хорошими механическими характеристиками, методом абляции сдвоенными лазерными импульсами цинковой мишени, установленной на расстояниях 5 мм под углом 450 к подложке в воздушной атмосфере.
Использование схем и методов двухимпульсного лазерного воздействия при различных углах падения на мишень и плазму дает возможность проводить высокочувствительный спектральный анализ, контроль концентрации возбужденных и заряженных частиц и управление составом плазмы, направляемой на подложку.
Для проведения исследований использовался лазерный многоканальный атомно-эмиссионный спектрометр LSS-1. В качестве источника абляции и возбуждения приповерхностной плазмы спектрометр включает в себя двухимпульсный неодимовый лазер с регулируемыми энергией и интервалом между импульсами (модель LS2131 DM).
Динамика напыления на поверхность стекла наночастиц Zn исследована при воздействии серии одиночных и сдвоенных лазерных импульсов на мишень из цинка, установленную под углом 45 градусов к падающему излучению и подложке на расстоянии 5 мм. Энергия каждого импульса излучения » 55 мДж, а временной интервал между импульсами – 10 мкс.
Одна из основных проблем в экспериментах по осаждению кластеров на поверхность – это дальнейшая судьба кластеров. При этом частицы сразу после падения на поверхность могут фрагментировать или частично проникать в глубь этой поверхности, а в дальнейшем диффундировать по поверхности и образовывать агрегации кластеров или кластерных фрагментов.
Изображения поверхности стекла с нанесенными покрытиями цинком, увеличенные с помощью микроинтерферометра Линника МИИ-4 в 480 раз, приведены на рис. 1.
При напылении оксидов цинка 1000-ми одиночными лазерными импульсами на поверхности полированного стекла появляется тонкая пленка с очень маленькими частицами (см. рис. 1а). Фотографии при напылении цинка сдвоенными лазерными импульсами с межимпульсным временным интервалом 10 мкс приведены на рис.1б. Видно, что при напылении сдвоенными лазерными импульсами оксидов цинка на поверхность полированного стекла, образуется довольно монолитная пленка.
а б
Рис. 1. Изображение поверхности стекла после напыления цинка 1000-ми лазерными импульсами: одиночными (а) и сдвоенными на полированную поверхности (б)
Таким образом, воздействие на мишень второго лазерного импульса с временным сдвигом 10 мкс относительно первого, приводит к существенному увеличению поступления вещества в плазму и естественно на поверхность стекла.
На примере синтеза тонкопленочных металлических покрытий показано, что использование высокоинтенсивных сдвоенных лазерных импульсов позволяет проводить лазерное напыление тонких пленок на стекло непосредственно в воздухе, снижая до приемлемого уровня негативное воздействие окружающей атмосферы на процессы осаждения (торможение осаждаемых частиц, внедрение атмосферных газов в объем пленки).
