脈衝激光沉積（PLD）已經不是什麽新的技術了。脈衝激光沉積一般是用一個準分子激光衝擊目標物，激光脈衝氣化目標物上的材料，氣化後的材料在基板（工件）表麵積聚，形成薄膜。PLD技術一個最主要的優勢就是無論是基板（工件）還是目標物，都不需要具有磁性和導電性。
掃描係統在工業應用中也不是什麽新技術了：小巧、輕質的反射鏡合並在這些係統中，用於在工件表麵以極快的速度移動焦點位置。如今，普朗克固體研究所的科學家們研發出一種真正全新的技術：結合了掃描振鏡和PLD的成功技術。采用掃描鏡頭的創新激光沉積方法（CLD），打破了 PLD技術中焦點位置固定的局限。
皮秒級別崎嶇不平的表麵
在PLD加工中，目標物上的可用區域是很小的，激光脈衝每次衝擊它的時候，它就會變得粗糙，激光會在表麵爆炸出越來越多不均勻的“塊”，形成一個皮秒級別崎嶇不平的表麵。於是，更大“塊”的粒子開始沉積在基板上，形成液滴。由於目標物隻能夠提供材料單一的覆層，要實現多層覆層，就需要多個加工步驟。
還有一種方式是使用激光進行加工，僅需一個加工步驟就可聚焦在不同的目標物上，盡管每次切換聚焦點在不同的目標物都會造成覆層的不均勻。如果覆層需要結合多種元素，就可以使用一個“預混合”的目標材料，或在純元素組成的單個目標物之間快速交替聚焦。這兩種方法中的元素往往都是以一個稍有不同的比例聚集，這是取決於目標物中不同的消融率。
CLD加工
在CLD加工中，一個目標物可以為所有覆層提供元素。此外，該技術在加工中會產生複合層。這是通過在一個合適的幾何形狀裏排列覆層元素得到的。
在CLD加工中，掃描振鏡將激光脈衝並列在一起，一行一行地掃描覆蓋整個目標物。這時加工使用整個目標物表麵，同時用連續、完整的覆層係統為大麵積基板覆層。在單層中，它甚至可以形成梯度，均勻地增加或降低覆層元素的濃度。
馬克斯普朗克研究所研發了這項新技術，將其作為用鋁鈦铌覆層係統為藍寶石覆層這個項目的一部分。他們采用鈦盤作為目標物，在裏麵安置了楔形的分段目標物，並且以一個铌圓盤為中心。這項實驗使用飛秒激光器，並保持目標溫度在25和500攝氏度之間。
衝擊目標物的激光波長為516納米，脈衝能量在0.3和0.6毫焦耳之間，脈衝頻率為1000赫茲。隨後，研究人員檢查了目標物和在基板上的沉積和元素。
沒有液滴形成
這一係列的實驗表明，PLD的最大困難是液滴的形成甚至不會發生。總的來說，得益於飛秒激光器的高頻率脈衝，新的CLD技術能夠轉移更多的材料。然而，超短脈衝激光單脈衝消融量雖然較少，但能更均勻地消融目標材料。
此外，焦點的位置是在目標物上不斷移動的，而不是在同一點上不斷衝擊，這使其表麵非常光滑。實驗中所用的基材，精選混合均勻的鋁鈦铌塗層顆粒，尺寸在20和200納米之間。在25攝氏度和500攝氏度，覆層之間的差異可以忽略不計。
所有這三個組成部分能在任何溫度下積累成結晶，而不形成合金。1 : 1 : 1 的理想組合使覆層能夠實現。研究人員還發現，當目標燒蝕率改變時，在沉積覆層中的元素也立即會有相同比例的變化。
此外，科學家們發現，掃描線的位置可以直接控製組件的消融率，沉積覆層的檢查結果表明，消融率和沉積率也隨著激光功率產生相應比例的變化，是一個快速並且“無阻力”的變化。因此，激光輸出功率，目標物上掃描線的位置和目標的運動都是能精確控製的加工參數。
激光為王牌
成就這個工藝的王牌就是激光器。通快公司使用TruMicro激光器進行實驗，實驗表明一個高生產率和穩定的覆層過程可以通過工業皮秒激光器來實現。通過使用更強大的激光器，更短的脈衝和更高的重複率可以提升工藝的速度，這一加工還能進一步發展。
因此，隨著科學家們繼續研發飛秒級別的工業激光器，CLD技術將變得越來越穩定。CLD技術具有為大型基板，如平板顯示器和太陽能電池板覆層的能力，並且加工成本低，加工速度快，與PLD技術相比，前景更加廣闊。
更多信息
自1998以來，這篇文章的作者Dieter Fischer博士一直在普朗克固體研究所致力於研究原子的固體合成。研究最終推進了Martin Jansen教授在CLD技術研究方麵的發展。
不同的覆層係統可以通過以不同的方式在目標物上排列的元素來獲得：目標物1、產生A層：B層，目標物2、產生交替的A層和B層。目標物3、在C層中交替插入A層和B層，目標物4、產生一個相應變化比例的A層：B層 。目標物5、先沉積一個純的C層，接著依次產生交替的A層：C層和B層：C層。
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