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第三讲脉冲激光沉积3.1脉冲激光沉积概述是一种真空物理沉积工艺,是将高功率脉冲激光聚焦于靶材表面,使其产生 高温及烧蚀,而产生高温高压等离子体,等离子体定向局域膨胀发射并在衬 底上沉积形成薄膜。PLD系统示意图发展过程优点:1)无污染且易于控制 2)能量高,靶膜成分接近一致 3)易于掺杂 4)适合超薄薄膜的生长 5)沉积速率高 缺点:1)不易于制备大面积的薄膜 2)容易在薄膜表面产生微米-亚微米尺度的颗粒物污染 3)某些材料靶膜成分不一致3.2脉冲激光沉积原理激光与物质的相互作用等离子体在空间的输运(1)烧蚀物的运动在气体中激发声波 (2)声波前沿与烧蚀物之间的气体被压缩 烧蚀物的运动比声波快,声波前沿与烧蚀物之间的距离会不断缩小,其间的气体则不断受到压缩,被压缩气体的温度可达上万度,密度可比未压缩气体提高数倍,压强也相应的激增 (3)声波前沿处形成一个气体状态的间断面 声波前沿处气体的温度、密度则突然下降到未压缩气体的水平 这个间断面就是所谓的激波激波的形成阶段 激波的传输阶段 声波阶段第三阶段是决定薄膜质量的关键。放射出的高能离子碰击基片表面,可能对基片造成各种破坏。下图表明了相互作用的机制。高能核素溅射表面的部分原子,而在入射流与受溅射原子之间,建立了一个碰撞区。膜在这个热能区(碰撞区)形成后立即生成,这个区域正好成為凝结粒子的最佳场所。只要凝结率比受溅射粒子的释放率高,热平衡状况便能够快速达到,由於熔化粒子流减弱,膜便能在基片表面生成。PLD中的重要实验参数PLD法制备薄膜实验流程图3.3薄膜的生长激光能量密度的影响沉积气压的影响衬底对薄膜质量的影响3.4PLD技术的主要应用