Crystallinity in periodic nanostructure surface on Si substrates induced by near- and mid-infrared femtosecond laser irradiation

近-中赤外フェムト秒レーザー照射による周期的ナノ構造表面の結晶化

宮川 鈴衣奈*; 上林 大介*; 中村 浩隆*; 橋田 昌樹*; Zen, H.*; 染川 智弘*; 松岡 健史*; 小倉 広之*; 寒河江 大輔*; 瀬戸 雄介*; 菖蒲 敬久  ; 冨永 亜希; 江龍 修*; 尾崎 典雅*

Miyagawa, Reina*; Kamibayashi, Daisuke*; Nakamura, Hirotaka*; Hashida, Masaki*; Zen, H.*; Somekawa, Toshihiro*; Matsuoka, Takeshi*; Ogura, Hiroyuki*; Sagae, Daisuke*; Seto, Yusuke*; Shobu, Takahisa; Tominaga, Aki; Eryu, Osamu*; Ozaki, Narimasa*

大型放射光施設(SPring-8)にて原子力研究機構が有するビームラインBL22XUの応力イメージング装置を用いて、レーザー誘起周期構造(Laser-Induced Periodic Surface Structure: LIPSS)の結晶評価を行った。測定対象のLIPSSは、Ti:Sapphireレーザー(波長800nm)とMIR-FEL(中赤外自由電子レーザー:波長11.4m)の2種の近・中赤外フェムト秒レーザーを用い、Si基板上に形成された。これらのレーザーは波長の違いの他、レーザーパルスの構造に違いがあり、その違いが形成されるLIPSSの構造に与える影響があることが分かった。放射光XRDにより、Ti:Sapphireレーザーによって形成されたLIPSSは、転位などの欠陥は発生せずに結晶性を維持するものの残留歪が存在することが判明した。一方、MIR-FELによって形成されたLIPSSは、残留歪はないものの転位などの欠陥が発生していることが分かった。これらの結果から、LIPSSを形成する光源レーザーの選択により、結晶状態の異なるLIPSSが得られることが分かった。これらの情報は、今後のLIPSSの機能的応用に向けた取り組みにおいて、有用な情報となりうる。

We evaluated Laser-Induced Periodic Surface Structure (LIPSS) crystal structures using the stress imaging station at BL22XU of JAEA-BL on SPring-8. Crystallization of LIPPS was used different two types laser these are Ti:Sapphire laser (wavelength: 800 nm) and MIR-FEL (mid-infrared free electron laser, wavelength 11.4 m). These lasers are different in the laser pulse structure and the wavelength. We investigated on the effects of formed LIPSS crystallization using different kind of laser. Measured synchrotron X-ray energy is 30 keV and beam size is 20 m. Detector of diffracted X-ray is two-dimensional detector (PILATUS300K, DECTRIS). LIPSS formed using Ti:Sapphire laser has deformed structure with good crystallinity. LIPSS formed using MIR-FEL has dislocation or fault without structural stress. These results show depending on select of laser forming LIPPS structure. These information becomes important a point of the functional application of LIPSS.