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脈沖激光沉積(PLD)技術是目前最有前途的靶材鍍膜技術

點擊次數:839   更新時間:2021-06-25 13:46:10     來源:本站

脈沖激光沉積 (PLD),就是將激光聚焦于靶材上一個較小的面積,利用激光的高能量密度將部分靶材料蒸發甚至電離,使其能夠脫離靶材而向基底運動,進而在基底上沉積,從而形成薄膜的一種方式。

<img src="https://www.xk-sputteringtarget.cn/uploads/images/20210526/20210526031514826.jpg" alt="“脈沖激光沉積靶材鍍膜”style="max-width:" 100%;"="" style="display: inline-block; vertical-align: middle; border: none; margin: 0px; padding: 0px;">


脈沖激光沉積 (PLD)原理
整個PLD鍍膜過程通常分為三個階段。
1.激光與靶材相互作用產生等離子體。激光束聚焦在靶材表面,在足夠高的能量密度下和短的脈沖時間內,靶材吸收激光能量并使光斑處的溫度迅速升高至靶材的蒸發溫度以上而產生高溫及燒蝕,靶材汽化蒸發,有原子、分子、電子、離子和分子團簇及微米尺度的液滴、固體顆粒等從靶的表面逸出。這些被蒸發出來的物質反過來又繼續和激光相互作用,其溫度進一步提高,形成區域化的高溫高密度的等離子體,等離子體通過逆韌致吸收機制吸收光能而被加熱到104K以上,形成一個具有致密核心的明亮的等離子體火焰。

2.等離子體火焰形成后,其與激光束繼續作用,進一步電離,等離子體的溫度和壓力迅速升高,并在靶面法線方向形成大的溫度和壓力梯度,使其沿該方向向外作等溫(激光作用時)和絕熱(激光終止后)膨脹, 此時,電荷云的非均勻分布形成相當強的加速電場。在這些極端條件下,高速膨脹過程發生在數十納秒瞬間,迅速形成了一個沿法線方向向外的細長的等離子體羽輝。

3.等離子體在基片上成核、長大形成薄膜。激光等離子體中的高能粒子轟擊基片表面,使其 產生不同程度的粗射式損傷,其中之一就是原子濺射。入射粒子流和濺射原子之間形成了熱化區,一旦粒子的凝聚速率大于濺射原子的飛濺速率,熱化區就會消散,粒子在基片上生長出薄膜。


脈沖激光沉積 (PLD)特點

脈沖激光沉積技術是目前最有前途的制膜技術, 該技術簡單且很多優點。
(1)可對化學成分復雜的復合物材料進行全等同鍍膜,易于保證鍍膜后化學計量比的穩定。與靶材成分容易一致是PLD的最大優點,是區別于其他技術的上要標志.
(2)反應迅速,生長快。通常情況下一小時可獲 1μm左右的薄膜。
(3)定向性強、薄膜分辯率高,能實現微區沉積。
(4)生長過程中可原位引入多種氣體,引入活性或惰性及混合氣體對提高薄膜質量有重要意義。
(5)易制多層膜和異質膜,特別是多元氧化物的異質結,只需通過簡單的換靶就行。
(6)靶材容易制備不需加熱,等離子能量高能量 大于10eV,離子能量lOOOeV左右,如此高的能量可降低膜所需的襯底溫度,易于在較低溫度下原位生長 取向一致的結構和外延單晶膜。
(7)高真空環境對薄膜污染少可制成高純薄膜; 羽輝只在局部區域運輸蒸發,故對沉枳腔污染要少得多。
(8)可制膜種類多,幾乎所有的材料都可用PLD 制膜,除非材料對該種激光是透明的。

脈沖激光沉積 (PLD)應用
在眾多的薄膜制備方法中,脈沖激光沉積技術的應用最為廣泛,可用來制備金屬、半導體、氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硅化物、硫化物及氟化物等各種物質薄膜,甚至還用來制備一些難以合成的材料膜,如金剛石、立方氮化物膜等。


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