vestiftИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series1561-83582524-244XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8358-2021-66-1-7-11vestift-642Research Article90 ЛЕТ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКОМУ ИНСТИТУТУ НАЦИОНАЛЬНОЙ АКАДЕМИИ НАУК БЕЛАРУСИФормирование коллоидных растворов наночастиц кремния в этиловом спирте ультракороткими лазерными импульсамиFormation of colloidal solutions of silicon nanoparticles in ethyl alcohol with ultra-short laser pulsesЛасковневА. П.LaskovnevA. P.

Ласковнев Александр Петрович – академик Национальной академии наук Беларуси, доктор технических наук, академик-секретарь Отделения физико-технических наук; главный научный сотрудник

пр. Независимости, 66, 220072, Минск, Республика Беларусь

ул. Купревича, 10, 220141, Минск, Республика Беларусь

Alexander P. Laskovnev – Academician of the National Academy of Sciences of Belarus, D. Sc (Engineering), Academician-Secretary of the Department of Physical and Technical Sciences; Chief Researcher

66, Nezavisimosti Ave., 220072, Minsk, Republic of Belarus

10, Kuprevich Str., 220141, Minsk, Republic of Belarus

МаркевичМ. И.MarkevichM. I.

Маркевич Мария Ивановна – доктор физико-математических наук, профессор, главный научный сотрудник лаборатории микроскопии и структурного анализа

ул. Купревича, 10, 220141, Минск, Республика Беларусь

Maria I. Markevich – D. Sc. (Physics and Mathematics), Professor, Chief Researcher, Laboratory of Microscopy and Structural Analysis

10, Kuprevich Str., 220141, Minsk, Republic of Belarus

a.chaplanov@gmail.comМалышкоА. Н.MalyshkoA. N.

Малышко Алексей Николаевич – научный сотрудник лаборатории микроскопии и структурного анализа

ул. Купревича, 10, 220141, Минск, Республика Беларусь

Alexey N. Malyszko – Researcher, Laboratory of Microscopy and Structural Analysis

10, Kuprevich Str., 220141, Minsk, Republic of Belarus

malyszko@outlook.comЖуравлеваВ. И.ZhuravlevaV. I.

Журавлева Валентина Илларионовна – кандидат физико-математических наук, доцент кафедры «Физика и общеинженерные дисциплины»

пр. Независимости, 220, 220057, Минск, Республика Беларусь

Valentina I. Zhuravleva – Ph. D. (Physics and Mathematics), Associate Professor of Department “Physics and General Engineering Disciplines”

220, Nezavisimosti Ave., 220057, Minsk, Republic of Belarus

ЧаплановА. М.ChaplanovA. M.

Чапланов Аркадий Михайлович – доктор физико-математических наук, профессор

Arkady M. Chaplanov – D. Sc. (Physics and Mathematics), Professor

a.chaplanov@gmail.comПрезидиум Национальной академии наук Беларуси; Физико-технический институт Национальной академии наук БеларусиPresidium of the National Academy of Sciences of Belarus; Physical-Technical Institute of the National Academy of Sciences of BelarusФизико-технический институт Национальной академии наук БеларусиPhysical-Technical Institute of the National Academy of Sciences of BelarusВоенная академия Республики БеларусьMilitary Academy of the Republic of Belarus202130032021661711Copyright © Ласковнев А.П., Маркевич М.И., Малышко А.Н., Журавлева В.И., Чапланов А.М., 20212021Ласковнев А.П., Маркевич М.И., Малышко А.Н., Журавлева В.И., Чапланов А.М.Laskovnev A.P., Markevich M.I., Malyshko A.N., Zhuravleva V.I., Chaplanov A.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestift.belnauka.by/jour/article/view/642

Проведено исследование морфологии поверхности мишени кремния после лазерного воздействия, формирование и исследование наночастиц, полученных методом лазерной абляции ультракороткими импульсами инфракрасного диапазона. Для обработки материала использован лазер на алюмоиттриевом гранате (LS-2134D) с длиной волны 1064 нм, генерирующий в двухимпульсном режиме (импульсы разделены временным интервалом 3 мкс, длительность импульсов 10 нс, частота следования импульсов 10 Гц, энергия одиночного импульса ~ 0,05 Дж). Методом лазерной абляции получены спиртовые растворы наночастиц кремния. Показано, что формируется ансамбль частиц разного размера (от 20 нм до 2,5 мкм), которые не имеют огранки. Методом сканирующей электрон- ной микроскопии установлены особенности морфологии поверхности кратера поликристаллического кремния, находящегося в этиловом спирте, при импульсной лазерной обработке в режиме сдвоенных импульсов. Показано, что структура кратера состоит из зерен кремния, отделенных друг от друга канавками, испарение материала происходит по границам зерен, образуются широкие канавки термического травления. Полученные результаты могут быть ис- пользованы при создании солнечных элементов.

The study of surface morphology of a silicon target after laser exposure, the formation and study of nanoparticles, obtained by laser ablation by ultrashort infrared pulses, were conducted. The material was processed using a yttrium aluminum garnet laser (LS-2134D) with a wavelength of 1064 nm, generating in a two-pulse mode (pulses are separated by a time interval of 3 μs, pulse duration is 10 ns, pulse repetition rate is 10 Hz, single pulse energy ~ 0.05 J). Alcohol solutions of silicon nanoparticles were obtained by laser ablation. It is shown that an ensemble of particles of different sizes (from 20 nm to 2.5 μm) is formed, which have no faceting. Using the method of scanning electron microscopy, the features of the morphology of the surface of the crater of polycrystalline silicon, which is in ethyl alcohol during pulsed laser processing in the double pulse mode, have been established. It is shown that the structure of the crater consists of silicon grains separated from each other by grooves; the material evaporates along the grain boundaries, and wide thermal etching grooves are formed. These results can be used to create solar cells.

наночастицырастворылазерная абляцияморфология поверхностирастровая микроскопияэлементный анализкратерканавки термического травленияnanoparticlessolutionslaser ablationsurface morphologyscanning microscopyelemental analysiscraterthermal etching groovesReferencesЛазерный синтез наночастиц селена в жидкостях мономерах / Н. А. Зулина [и др.] // Науч.-техн. вестн. информ. технологий, механики и оптики. – 2018. – Т. 18, № 3. – С. 2–25.Zulina N. A., Fokina M. I., Cherkashin E. G., Nosenok T. N. Laser synthesis of selenium nanoparticles in liquid monomers. Nauchno-tekhnicheskii vestnik informatsionnykh tekhnologii, mekhaniki i optiki = Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics, 2018, vol. 18, no. 3, pp. 2–25 (in Russian).Формирование наноструктур селена лазерной абляцией / А. С. Подольцев [и др.] // Изв. Гомел. гос. ун-та им. Ф. Скорины. – 2006. – № 6 (39). – Ч. 2. – С. 3–6.Podoltsev A. S., Markevich M. I., Ivanov L. I., Kazilin E. E., Kovalenko L. V., Folmanis G. E., Yanushkevich V. A. Formation of selenium nanostructures by laser ablation. Izvestiya Gomel’skogo gosudarstvennogo universiteta imeni F. Skoriny = Proceedings of Francisk Skorinа Gomel State University, 2006, no. 6 (39), part 2, pp. 3–6 (in Russian).Маркевич, М. И. Структурные превращения в тонких металлических пленках при импульсном лазерном воз- действии / М. И. Маркевич, А. М. Чапланов // Вес. Нац. акад. навук Беларусі. Сер. фіз.-мат. навук. – 2016. – № 1. – С. 28–35.Markevich M. I., Chaplanov A. M. Structural transformations in thin metal films under pulsed laser irradiation. Vestsі Natsyianal’nai akademіі navuk Belarusі. Seryia fіzіka-matematychnykh navuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physics and Mathematics series, 2016, no. 1, pp. 28–35 (in Russian).Markevich, M. I. Pulsed Laser-Induced Synthesis of Metal Sulphides in Sulphurous Liquids Under Action of Shock Waves / M. I. Markevich, F. A. Piskunov // High Power Lasers – Science and Engineering / Kluber Akademic Publishers Advanced Study Іnstitute. – Published cooperation with NATO Scientific Affairs Division, 1996. – P. 561–565. https://doi.org/10.1007/978-94-015-8725-9_36Markevich M. I., Piskunov F. A. Pulsed Laser-Induced Synthesis of Metal Sulphides in Sulphurous Liquids Under Action of Shock Waves. High Power Lasers – Science and Engineering. Published cooperation with NATO Scientific Affairs Division, 1996, pp. 561–565. https://doi.org/10.1007/978-94-015-8725-9_36Формирование коллоидных растворов металлов в воде методом лазерной абляции / В. К. Гончаров [и др.] // Актуальные проблемы физики твердого тела: ФТТ-2009: сб. докл. Междунар. науч. конф., 20–23 окт. 2009 г. – Минск, 2009. – С. 381–382.Goncharov V. K., Kozadaev K. V., Markevich M. I., Puzyrev M. V., Chaplanov A. M. The formation of colloidal solutions of metals in water by laser ablation. Aktual’nye problemy fiziki tverdogo tela: FTT-2009: sbornik dokladov Mezhdunarodnoi nauchnoi konferentsii, 20–23 oktyabrya 2009 g. [Actual Problems of Solid State Physics. collection of reports of the International Scientific Conference, October 20-23, 2009]. Minsk, 2009, pp. 381–382 (in Russian).Исследование коллоидных растворов селена, созданных по лазерной технологии / Е. Е. Казилин [и др.] // Перспективные материалы. – 2008. – № 3. – С. 60–63.Kazilin E. E., Markevich M. I., Konkin S. V., Chaplanov A. M., Folmanis G. E., Ivanov L. I., Kovalenko L. V. Study of colloidal solutions of selenium created by laser technology. Perspektivnye materialy [Prospective Materials], 2008, no. 3, pp. 60–63 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.