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脉冲激光沉积技术

导读: 所谓“脉冲激光沉积技术”是将脉冲准分子激光所产生的高功率脉冲激光束聚焦作用于真空室内的靶材表面,使靶在极短的时间内加热熔化。

  所谓“脉冲激光沉积技术”是将脉冲准分子激光所产生的高功率脉冲激光束聚焦作用于真空室内的靶材表面,使靶在极短的时间内加热熔化、气化直至使靶材表面产生高温高压等离子体,形成一个看起来像羽毛状的发光团—羽辉;等离子体羽辉垂直于靶材表面定向局域膨胀发射从而在衬底上沉积形成薄膜。

  脉冲激光沉积(PLD)是一种新型的制膜技术,PLD制备薄膜大体可分为三个过程:激光与靶材相互作用产生等离子体;等离子体在空间的输运;等离子体在基片上沉积形成薄膜。与其它制膜技术相比,PLD具有以下特点和优势:

  一、所沉积形成的薄膜可以和靶材成分保持一致。由于等离子体的瞬间爆炸性发射,不存在成分择优蒸发效应以及等离子体发射的沿靶轴向的空间约束效应,因此膜与靶材的成分保持一致。由于同样的原理,PLD可以制备出含有易挥发元素的多元化合物薄膜。

  二、可在较低温度下原位生长织构膜或外延单晶膜。由于等离子体中原子的能量比通常蒸发法产生的离子能量要大得多,原子沿表面的迁移扩散更剧烈,故在较低温度下也能实现外延生长,而低的脉冲重复频率也使原子在两次脉冲发射之间有足够的时间扩散到平衡的位置,有利于薄膜的外延生长。PLD的这一特点使之适用于制备高质量的高温超导、铁电、压电、电光等多种功能薄膜。

  三、能够获得连续的极细薄膜,制备出高质量纳米薄膜。由于高的离子动能具有显著增强二维生长和抑制三维生长的作用,故PLD促进薄膜的生长沿二维展开,并且可以避免分离核岛的出现。

  四、生长速率较快,效率高。比如,在典型的制备氧化物薄膜的条件下,1小时即可获得1微米左右的膜厚。

  五、生长过程中可原位引入多种气体,包括活性和惰性气体,甚至它们的化合物。气氛气体的压强可变范围较大,其上限可达1torr.甚至更高,这点是其它技术难以比拟的。气氛气体的引入,可在反应气氛中制膜,使环境气体电离并参与薄膜沉积反应,对于提高薄膜质量具有重要意义。

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