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鍍膜

脈沖激光沉積技術(shù)

星之球激光 來源:鋼聯(lián)資訊2012-08-20 我要評論(0 )   

所謂脈沖 激光 沉積技術(shù)是將脈沖準(zhǔn)分子激光所產(chǎn)生的高功率脈沖激光束聚焦作用于真空室內(nèi)的靶材表面,使靶在極短的時(shí)間內(nèi)加熱熔化、氣化直至使靶材表面產(chǎn)生高溫高壓等離...

       所謂“脈沖激光沉積技術(shù)”是將脈沖準(zhǔn)分子激光所產(chǎn)生的高功率脈沖激光束聚焦作用于真空室內(nèi)的靶材表面,使靶在極短的時(shí)間內(nèi)加熱熔化、氣化直至使靶材表面產(chǎn)生高溫高壓等離子體,形成一個(gè)看起來像羽毛狀的發(fā)光團(tuán)—羽輝;等離子體羽輝垂直于靶材表面定向局域膨脹發(fā)射從而在襯底上沉積形成薄膜。

  脈沖激光沉積(PLD)是一種新型的制膜技術(shù),PLD制備薄膜大體可分為三個(gè)過程:激光與靶材相互作用產(chǎn)生等離子體;等離子體在空間的輸運(yùn);等離子體在基片上沉積形成薄膜。與其它制膜技術(shù)相比,PLD具有以下特點(diǎn)和優(yōu)勢:

  一、所沉積形成的薄膜可以和靶材成分保持一致。由于等離子體的瞬間爆炸性發(fā)射,不存在成分擇優(yōu)蒸發(fā)效應(yīng)以及等離子體發(fā)射的沿靶軸向的空間約束效應(yīng),因此膜與靶材的成分保持一致。由于同樣的原理,PLD可以制備出含有易揮發(fā)元素的多元化合物薄膜。

  二、可在較低溫度下原位生長織構(gòu)膜或外延單晶膜。由于等離子體中原子的能量比通常蒸發(fā)法產(chǎn)生的離子能量要大得多,原子沿表面的遷移擴(kuò)散更劇烈,故在較低溫度下也能實(shí)現(xiàn)外延生長,而低的脈沖重復(fù)頻率也使原子在兩次脈沖發(fā)射之間有足夠的時(shí)間擴(kuò)散到平衡的位置,有利于薄膜的外延生長。PLD的這一特點(diǎn)使之適用于制備高質(zhì)量的高溫超導(dǎo)、鐵電、壓電、電光等多種功能薄膜。

  三、能夠獲得連續(xù)的極細(xì)薄膜,制備出高質(zhì)量納米薄膜。由于高的離子動(dòng)能具有顯著增強(qiáng)二維生長和抑制三維生長的作用,故PLD促進(jìn)薄膜的生長沿二維展開,并且可以避免分離核島的出現(xiàn)。

  四、生長速率較快,效率高。比如,在典型的制備氧化物薄膜的條件下,1小時(shí)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,包括活性和惰性氣體,甚至它們的化合物。氣氛氣體的壓強(qiáng)可變范圍較大,其上限可達(dá)1torr.甚至更高,這點(diǎn)是其它技術(shù)難以比擬的。氣氛氣體的引入,可在反應(yīng)氣氛中制膜,使環(huán)境氣體電離并參與薄膜沉積反應(yīng),對于提高薄膜質(zhì)量具有重要意義。

       六、由于換靶位置靈活,便于實(shí)現(xiàn)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面。

  七、成膜污染小。由于激光是一種十分干凈的能源,加熱靶時(shí)不會帶進(jìn)雜質(zhì),這就避免了使用柑禍等加熱鍍膜原材料時(shí)對所沉積的薄膜造成污染的問題。

  正因?yàn)槊}沖激光沉積技術(shù)具有上述突出優(yōu)點(diǎn),再加上該技術(shù)設(shè)備較簡單,操作易控制,可采用操作簡便的多靶臺,靈活性大,故適用范圍廣,并為多元化合物薄膜、多層膜及超晶格膜的制備提供了方便。目前,該技術(shù)已被廣泛運(yùn)用于各種功能性薄膜的制備和研究,包括高溫超導(dǎo)、鐵電、壓電、半導(dǎo)體及超晶格等薄膜,甚至可用于制備生物活性薄膜,顯示出廣泛的應(yīng)用前景。

 

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