所謂“脈衝(chong) 激光沉積技術”是將脈衝(chong) 準分子激光所產(chan) 生的高功率脈衝(chong) 激光束聚焦作用於(yu) 真空室內(nei) 的靶材表麵,使靶在極短的時間內(nei) 加熱熔化、氣化直至使靶材表麵產(chan) 生高溫高壓等離子體(ti) ,形成一個(ge) 看起來像羽毛狀的發光團—羽輝;等離子體(ti) 羽輝垂直於(yu) 靶材表麵定向局域膨脹發射從(cong) 而在襯底上沉積形成薄膜。
脈衝(chong) 激光沉積(PLD)是一種新型的製膜技術,PLD製備薄膜大體(ti) 可分為(wei) 三個(ge) 過程:激光與(yu) 靶材相互作用產(chan) 生等離子體(ti) ;等離子體(ti) 在空間的輸運;等離子體(ti) 在基片上沉積形成薄膜。與(yu) 其它製膜技術相比,PLD具有以下特點和優(you) 勢:
一、所沉積形成的薄膜可以和靶材成分保持一致。由於(yu) 等離子體(ti) 的瞬間爆炸性發射,不存在成分擇優(you) 蒸發效應以及等離子體(ti) 發射的沿靶軸向的空間約束效應,因此膜與(yu) 靶材的成分保持一致。由於(yu) 同樣的原理,PLD可以製備出含有易揮發元素的多元化合物薄膜。
二、可在較低溫度下原位生長織構膜或外延單晶膜。由於(yu) 等離子體(ti) 中原子的能量比通常蒸發法產(chan) 生的離子能量要大得多,原子沿表麵的遷移擴散更劇烈,故在較低溫度下也能實現外延生長,而低的脈衝(chong) 重複頻率也使原子在兩(liang) 次脈衝(chong) 發射之間有足夠的時間擴散到平衡的位置,有利於(yu) 薄膜的外延生長。PLD的這一特點使之適用於(yu) 製備高質量的高溫超導、鐵電、壓電、電光等多種功能薄膜。
三、能夠獲得連續的極細薄膜,製備出高質量納米薄膜。由於(yu) 高的離子動能具有顯著增強二維生長和抑製三維生長的作用,故PLD促進薄膜的生長沿二維展開,並且可以避免分離核島的出現。
四、生長速率較快,效率高。比如,在典型的製備氧化物薄膜的條件下,1小時即可獲得1微米左右的膜厚。
五、生長過程中可原位引入多種氣體(ti) ,包括活性和惰性氣體(ti) ,甚至它們(men) 的化合物。氣氛氣體(ti) 的壓強可變範圍較大,其上限可達1torr.甚至更高,這點是其它技術難以比擬的。氣氛氣體(ti) 的引入,可在反應氣氛中製膜,使環境氣體(ti) 電離並參與(yu) 薄膜沉積反應,對於(yu) 提高薄膜質量具有重要意義(yi) 。
六、由於(yu) 換靶位置靈活,便於(yu) 實現多層膜及超晶格薄膜的生長,這種原位沉積所形成的多層膜具有原子級清潔的界麵。
七、成膜汙染小。由於(yu) 激光是一種十分幹淨的能源,加熱靶時不會(hui) 帶進雜質,這就避免了使用柑禍等加熱鍍膜原材料時對所沉積的薄膜造成汙染的問題。
正因為(wei) 脈衝(chong) 激光沉積技術具有上述突出優(you) 點,再加上該技術設備較簡單,操作易控製,可采用操作簡便的多靶台,靈活性大,故適用範圍廣,並為(wei) 多元化合物薄膜、多層膜及超晶格膜的製備提供了方便。目前,該技術已被廣泛運用於(yu) 各種功能性薄膜的製備和研究,包括高溫超導、鐵電、壓電、半導體(ti) 及超晶格等薄膜,甚至可用於(yu) 製備生物活性薄膜,顯示出廣泛的應用前景。
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