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PLD激光脈沖沉積技術(shù)
NPD-4000(A)全自動PLD脈沖激光沉積系統(tǒng)機(jī)制:
PLD的系統(tǒng)設(shè)備簡單,,相反,,它的原理卻是非常復(fù)雜的物理現(xiàn)象。它涉及高能量脈沖輻射沖擊固體靶時,,激光與物質(zhì)之間的所有物理相互作用,,亦包括等離子羽狀物的形成,其后已熔化的物質(zhì)通過等離子羽狀物到達(dá)已加熱的基片表面的轉(zhuǎn)移,,及zui后的膜生成過程,。所以,PLD一般可以分為以下四個階段:
1. 激光輻射與靶的相互作用
2. 熔化物質(zhì)的動態(tài)
3. 熔化物質(zhì)在基片的沉積
4. 薄膜在基片表面的成核(nucleation)與生成
在*階段,,激光束聚焦在靶的表面。達(dá)到足夠的高能量通量與短脈沖寬度時,,靶表面的一切元素會快速受熱,,到達(dá)蒸發(fā)溫度。物質(zhì)會從靶中分離出來,,而蒸發(fā)出來的物質(zhì)的成分與靶的化學(xué)計(jì)量相同,。物質(zhì)的瞬時溶化率大大取決於激光照射到靶上的流量。熔化機(jī)制涉及許多復(fù)雜的物理現(xiàn)象,,例如碰撞,、熱,與電子的激發(fā),、層離,,以及流體力學(xué)。
在第二階段,,根據(jù)氣體動力學(xué)定律,,發(fā)射出來的物質(zhì)有移向基片的傾向,并出現(xiàn)向前散射峰化現(xiàn)象,??臻g厚度隨函數(shù)cosnθ而變化,而n>>1,。激光光斑的面積與等離子的溫度,,對沉積膜是否均勻有重要的影響。靶與基片的距離是另一個因素,,支配熔化物質(zhì)的角度范圍。亦發(fā)現(xiàn),將一塊障板放近基片會縮小角度范圍,。
第三階段是決定薄膜質(zhì)量的關(guān)鍵,。放射出的高能核素碰擊基片表面,可能對基片造成各種破壞,。下圖表明了相互作用的機(jī)制,。高能核素濺射表面的部分原子,而在入射流與受濺射原子之間,,建立了一個碰撞區(qū),。膜在這個熱能區(qū)(碰撞區(qū))形成后立即生成,這個區(qū)域正好成為凝結(jié)粒子的*場所,。只要凝結(jié)率比受濺射粒子的釋放率高,,熱平衡狀況便能夠快速達(dá)到,由於熔化粒子流減弱,,膜便能在基片表面生成,。
1. 易獲得期望化學(xué)計(jì)量比的多組分薄膜,,即具有良好的保成分性,;
2. 沉積速率高,試驗(yàn)周期短,,襯底溫度要求低,,制備的薄膜均勻;
3. 工藝參數(shù)任意調(diào)節(jié),,對靶材的種類沒有限制,;
4. 發(fā)展?jié)摿薮螅哂袠O大的兼容性,;
5. 便于清潔處理,,可以制備多種薄膜材料。
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