Анотація до роботи:

Стерлігов В.А. Процеси розсіяння світла нано- та мікроскопічними об’єктами в напівпровідниках та діелектриках. – Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.05 - оптика, лазерна фізика. – Інститут фізики НАН України, Київ, 2005.

Дисертація присвячена дослідженню процесів розсіяння світла нанорозмірними об’єктами та структурами на поверхні напівпровідникових кристалів і діелектричних плівок, значно меншими за довжину хвилі оптичного випромінювання. Встановлено, що розсіяння поверхневих хвиль наночастинками характеризується просторовим розподілом інтенсивності розсіяного світла, котрий істотно залежить від функції розподілу наночастинок за розмірами. Розроблено метод порівняння результатів розсіяння поверхневих і однорідних хвиль. Цей метод застосовано для металевих наночастинок та одновимірних дефектів поверхні. Встановлено, що при розсіянні світла наномембранами відбувається когерентна інтерференція від джерел розсіяння, розподілених по товщині плівки. Експериментально продемонстровано субатомну чутливість розсіяння світла до рельєфу поверхні. Запропоновано метод дискримінації розсіяння світла рельєфом поверхні та нетопографічними дефектами на ній. Продемонстровано значний внесок нетопографічного розсіяння в процеси розсіяння світла поверхнею пластин кремнію та арсеніду галію. Показано, що кутова залежність інтегральної інтенсивності розсіяння поверхневих хвиль є індикатором плазмон-поляритонного резонансу в значно ширшому інтервалі зміни оптичних параметрів прилеглого середовища, ніж це забезпечує традиційно використовуваний мінімум коефіцієнта дзеркального відбиття. Розроблено експериментальні методики послідовного та паралельного вимірювання у межах півсфери просторового розподілу розсіяного світла.

У дисертації розв’язано важливу наукову проблему встановлення загальних закономірностей процесів розсіяння об‘ємних та поверхневих хвиль нано- та мікроскопічними структурами і дефектами на поверхні та в об’ємі напівпровідників і діелектриків, отримання на основі цих закономірностей інформації про об’єкти, що розсіюють випромінювання.

Аналіз отриманих результатів має значний науковий інтерес, оскільки він дозволив пояснити ряд малодосліджених явищ і розкрити їх механізми, а також уточнити і узагальнити відомі закономірності процесів взаємодії світла з такими об’єктами. Одержані результати є перспективними з огляду на застосування в сучасній оптиці та мікроелектроніці.

Основні висновки дисертаційної роботи:

1) Показано, що розсіяння поверхневих хвиль наночастинками характеризується просторовим розподілом інтенсивності розсіяного світла, який суттєво залежить від функції розподілу наночастинок за розмірами, змінюючись від потужного максимуму в напрямі, попутному до напряму розповсюдження поверхневих хвиль у випадку наночастинок Ga, до двох максимумів у попутному та зустрічному напрямках у випадку наночастинок Sn такого ж середнього розміру.

2) Розроблено метод порівняння результатів розсіяння поверхневих і об’ємних хвиль, який полягає в корекції інтенсивності розсіяння згідно з фактором косинуса полярного кута розсіяння та лінеаризації просторових залежностей інтенсивності розсіяння при перерахунку отриманих даних до системи координат просторових частот або хвильових векторів. Зазначений метод застосовано для металевих наночастинок та одновимірних дефектів поверхні.

3) Теоретично встановлено, що при розсіянні світла наномембранами відбувається когерентна інтерференція розподілених по товщині плівки джерел розсіяння. Результати обчислень за цією теоретичною моделлю досить добре співпадають з відповідними експериментальними даними, одержаними в дисертаційному дослідженні.

4) Експериментально продемонстровано субатомну чутливість розсіяння світла до рельєфу поверхні, розмірів поверхневих дефектів, а також можливість реконструкції атомарної поверхневої структури.

5) Запропоновано метод дискримінації розсіяння світла рельєфом поверхні і нетопографічними дефектами на ній, який полягає в розрахунку просторового розподілу відношення інтенсивностей розсіяння для двох різних довжин хвиль падаючого випромінювання та напрямів розсіяння, що породжуються тими ж компонентами Фур’є - декомпозиції форми поверхні. Проведено експериментальний аналіз такої дискримінації і продемонстровано значний внесок нетопографічного розсіяння в процеси розсіяння світла поверхнею Si та GaAs пластин

6) Розроблено експериментальні методики послідовного та паралельного вимірювання у межах напівсфери просторового розподілу розсіяного світла, які дозволили вивчати двовимірну структуру досліджуваних об’єктів.

7) Показано, що аналіз просторового розподілу світла, розсіяного різними модами плоского хвилеводу, надає можливість дискримінації внеску в спостережуваний розподіл від зовнішнього і внутрішнього інтерфейсів хвилеводу. Розсіяння світла модами низького порядку переважно породжується розсіянням на зовнішньому інтерфейсі хвилеводу, тоді як мода вищого порядку зумовлює розсіяння на внутрішньому інтерфейсі.

8) Запропоновано високочутливий метод контролю забруднення поверхні шляхом вимірювання часової інтенсивності хвилеводного розсіяння.

9) Показано, що кутова залежність інтегральної інтенсивності розсіяння поверхневих хвиль є індикатором плазмон-поляритонного резонансу в значно ширшому інтервалі зміни оптичних параметрів прилеглого середовища ніж порівнянні з традиційно використовуваною кутовою залежністю мінімуму коефіцієнта дзеркального відбиття.

10) Розроблено модель механізму фоточутливості голографічного запису інформації на плівках GeOx, яка полягає в локалізації нерівноважних носіїв на рівнях, зумовлених ненасиченими валентними зв’язками германію.

11) Запропоновано новий метод контролю процесу голографічного формування рельєфу поверхні, який полягає в одночасній модуляції інтенсивності та напряму розповсюдження одного з світлових пучків, що бере участь у формуванні інтерференційної картини.

Достовірність отриманих результатів підтверджується комплексністю проведених досліджень із застосуванням сучасних експериментальних методів і методик, відтворюваністю результатів досліджень, використанням атестованих приладів, оцінкою похибки експериментів, комп’ютерним моделюванням фізичних явищ, що добре узгоджується з експериментальними результатами, відповідністю отриманих результатів даним інших авторів, високим міжнародним рейтингом і impact-фактором наукових видань, у яких опубліковано основні роботи по темі дисертації, у тому числі Applied Optics, Optics Express, Optics Communications, Physica Statatus Solidi, European Journals of Physics, Оптика и спектроскопия, Физика и техника полупроводников а також широкою апробацією матеріалів роботи на вітчизняних та міжнародних конференціях.

Основні результати дисертації опубліковано в роботах:

1. Стерлигов В.А., Снитко О.В. Высокочастотные голографические дифракционные решетки на поверхности монокристаллов CdS // ФТП.– 1983.– T.17, №11.– С.2018-2021.

2. Способ контроля процесса изготовления голографической дифракционной решетки: А.с. 1267334 СССР, МКИ G 02B 5/18 / Н.А. Власенко, Ф.А. Назаренков, В.А. Стерлигов (СССР).–№3477217/18-10; Заявл. 04.05.82; Опубл. 30.10.86, Бюл. №40.–181 с.

3. Власенко Н.А., Назаренков Ф.А., Снитко О.В., Стерлигов В.А. Механизм фотостимулированных процессов в пленках GeO // Поверхность.– 1991, №1.– С.81-86.

4. Nazarenkov F.A., Sterligov V.A. Mechanism of Photo-Stimulated Processes in GeO_x Films // Thin Solid Films.– 1995.– Vol.254.– P.164-168.

5. Domashev G.E., Shirshov Yu.M., Sterligov V.A., Subbota Yu.V., Svechnicov S.V. On the informative possibility of light scattering method for structural perfection testing of both Silicon surface and near surface layer // Proc. SPIE.– 1994.– Vol.2113.– P.205-213.

6. Domashev G.E., Shirshov Yu.M., Sterligov V.A., Subbota Yu.V., Svechnikov S.V. Atomic structure display of a real Silicon surface under light scattering // Appl. Opt.– 1995.– Vol.34, №13 .– P.2367-2371.

7. Sterligov V.A. Angle-resolved light scattering from semiconductors // Physica Status Solidi (A).– 1998.– Vol.170, №2.– P.443-450.

8. Sterligov V.A., Subbota Yu.V., Shirshov Yu.M., Pochekaylova L.P., Venger E.F., Konakova R.V., Il'yin I.Yu. Elastic laser light scattering by GaAs surfaces // Appl. Opt.– 1999.– Vol.38, №12.– P.2666-2676.

9. Sterligov V.A., Cheyssac P, Lysenko S.I., El Fidali Y., Kofman R., Stella A. Influence of metal nanoparticles on electromagnetic surface waves and laser light scattering // Eur. Phys. J. D.– 1999.– Vol.9.– P.581-584.

10. Cheyssac P., Sterligov V.A., Lysenko S. I., Kofman R. Scattering of surface plasmon-polaritons and light by metallic nanoparticles // Opt. Comm.– 2000.– Vol.175, №4-6.– P.383-388.

11. Cheyssac P., Sterligov V.A., Lysenko S.I., Kofman R. Surface Plasmon-Polaritons, part 1: Interaction with 1D objects // Physica Status Solidi (a).– 1999.– Vol.175, №1.– P.253-258.

12. Sterligov V.A., Cheyssac P., Lysenko S.I., Kofman R. Surface Plasmon-Polaritons, part 2: Scattering by metallic nanoparticles // Physica Status Solidi (a).– 1999.– Vol.175, №1.– P.259-264.

13. Лысенко С.И., Снопок Б.А., Стерлигов В.А., Костюкевич Е.В., Ширшов Ю.М. Рассеяние света молекулярно организованными пленками на поверхности поликристаллического золота // Оптика и спектроскопия.– 2001.– T.90, №4.– С.606–616.

14. Sterligov V.A., Cheyssac P., Lysenko S.I, Kofman R. Elastic scattering of surface electromagnetic waves by 1D surface relief // Opt. Comm.– 2000.– Vol.177, №1-6.– P.1-8.

15. Sterligov V.A., Cheyssac P., Lysenko S.I., Kofman R. Relationship between the scattering of homogeneous and evanescent electromagnetic waves by metallic nanoparticles // Opt. Comm.– 2000.– Vol.186, №1-3.– P.27-33.

16. Sterligov V.A., Cheyssac P., Kofman R., Lysenko S.I., Lytvyn P.M., Vohnsen B., Bozhevolnyi S.I., and Maradudin A.A. Near/far-field investigations of the interaction between surface waves and nanoparticles // Phys.Stat.Sol.(b).– 2002.– Vol.229, №3.– P. 1283-1294.

17. Лысенко С.И., Снопок Б.А., Стерлигов В.А., Ширшов Ю.М. Статистические свойства поверхностей: Особенности расчета автоковариационной функции из индикатрисы рассеянного света // Опт. и спектр.– 2001.– T.91, №5.– С.852-861.

18. Sterligov V.A., Lysenko S.I., Aschieri P., Baldi P., Chanvillard L., De Micheli M. Elastic light scattering by a LiNbO₃ waveguide // Appl. Opt.– 2002.– Vol.41, №7.– P.1418-1423.

19. Sterligov V.A., Cheyssac P. Diffusion lastique de la lumire et contrle des proprits d'une surface // Proc. of the 3th Colloquium “Mthodes et Techniques Optiques pour l'Industrie”.– Saint Aubin de Mdoc (France), 2002.– P.165-169.

20. Sterligov V.A., Cheyssac P., Blau W., Krll M. Scattering and reflective properties of a hexagonal lattice of nanorods // Opt. Comm.– 2003.– Vol.226, №1-6.– P.125-134.

21. Mtayer C., Sterligov V.A., Meunier A., Bossis G., Persello J., Svechnikov S.V. Field induced structures and phase separation in electrorheological and magnetorheological colloidal suspensions // J.Phys. Cond. Matt.– 2004.– Vol.16.– P.S3975-S3986.

22. Mtayer C., Coquelle E., Sterligov V.A., Meunier A., Bossis G., Persello J. Importance of controlling interparticle gaps for novel material properties // Int. J. Mod. Phys. B. – 2005. – Vol.19, №7-9.– P. 1290-1296.

23. Appareil et procd de caractrisation optique d'un objet А.с. № FR2832795 (France) МКИ G01B-011/30, G 01N 21/84 / Sterligov V.A., (Ukraine) Cheyssac P. (France).–№01 15232 Заявл. 23.11.2001; Опубл. 30.05.2003 Bull. №03/22.

24. Sterligov V.A., Kretschmann M. Scattering of surface electromagnetic waves by Sn nanoparticles // Opt. Express. – 2005. - Vol.13. - №11. – P.4134-4140.

25. Sterligov V.A. Scattering and reflective properties of ordered mesoporous silica films // Appl. Opt. -2005. - Vol.44. - №21. - P.4538-4546.

26. Стерлигов В.А., Снитко О.В. Исследование процессов фотоэлектрохимического травления поверхностных дифракционных решеток с малыми периодами на монокристаллах CdS // Тезисы докладов V Всесоюзного совещания "Физика и техническое применение полупроводников А^II B^VI" Вильнюс. -1983. - Т.2. – С.97-98.

27. Назаренков Ф.А., Стерлигов В.А. Исследование лазерного фотохимического травления пленок GeO_x // Тезисы докладов VII Всесоюзной конференции по взаимодействию оптического излучения с веществом. – 1990. -Том 2. – С.136-137.

28. Sterligov V.A., Cheyssac P., Lysenko S.I., Kofman R. Interaction of Homogeneous and Surface Waves with Metal Nanoparticles // Epioptics 2000. Proceedings of the 19th Course of the International School of Solid State Physics. A.Cricenti, A.Zichichi ed., World Scientific Publishing Company (Erice, Sicily, Italy, 19-25 juillet 2000). – 2001. –P.115-120.

29. Суббота Ю.В., Примаченко И.А., Ширшов Ю.М., Стерлигов В.А., Карплюк А.И. Сканирующее лазерное устройство контроля загрязнений кремниевых пластин // Информационный листок о научно-техническом достижении. – 1989.- №89-2879.

30. Горба В.А., Карплюк А.И., Примаченко И.А., Стерлигов В.А., Суббота Ю.В., Ширшов Ю.М. Сканирующие лазерные устройства контроля поверхности кремниевых пластин // Электр. пром.– 1989. –№6.– С.32-33.

31. Стерлигов В.А. Суббота Ю.В., Ширшов Ю.М. Оптический дефлектор // ПТЭ. -1990. - №2. –С.7.

32. Sterligov V.A. Elastic Light Scattering by Structure Defects // Electromagnetic and Light Scattering - Theory and Application III, T.Wriedt, Yu.Eremin, ed., Bremen.- 1998. - P.271-277.

33. Sterligov V.A., Schintke S., Hinrichs K., Frisch A.-M., Esser N., Richter W. Angle resolved light scattering measurements on In/GaAs(001) and In/Sb/GaAs(001) // Surface and Interface Optics. Book of Extended Abstracts. Raaen S. and Bremer J. Ed. Aalesund -1997. –P.107-108.

34. Sterligov V.A., Domashev G.E., Shirshov Yu.M., Subbota Yu.V., Svechnikov S.V. Investigation of Silicon Wafers Surface Monatomic Structure by Elastic Laser Light Scattering // The physics and chemistry of SiO₂ and the Si-SiO₂ interface. H.Z.Massoud, E.H.Pointdexter, and C.R.Heims, Ed. Pennington, NJ. - Proc. -1996. - Vol.96-1.-P.604-613.