一、超快脉冲激光沉积技术
随着激光技术的发展,人们发展了用皮秒、飞秒脉冲激光制备薄膜。年,澳大利亚的Gamaly等最早提出并设计制成了飞秒脉冲激光沉积薄膜装置。随后皮秒和飞秒脉冲激光沉积技术在美国、欧洲和澳大利亚等多个国家兴起。该技术采用低脉冲能量和高重复频率的方法达到高速沉积优质薄膜的目的。
超快PLD技术的特点如下∶
①采用较低的单脉冲能量来抑止大颗粒的产生。
②重复频率足够高,可以快速扫过多个靶材得到复杂组分的连续薄膜,制膜效率较高。
③沉积率是传统PLD方法的00倍。但在超快脉冲激光与固体交互作用方面仍有许多尚不为人们理解的现象待人们去研究解释,以加速脉冲激光沉积薄膜技术的实用化进程。
二、脉冲激光真空弧技术
脉冲激光真空弧(pulsedlaservacuumarc)技术是结合脉冲激光沉积和真空弧沉积技术而电产生的,其原理图见图4-2。其基本原理为∶在高真空环境下,在靶材和电极之间施加一个高电压,激光由外部引入并聚焦到靶材表面使之蒸发,从而在电极和靶材之间引发一个脉冲电弧。该电弧作为二次激发源使靶材表面再次激发,从而使基体表面脉冲形成所需的薄膜。在阴极的电弧燃烧点充分发展成为随机的运动之前,通过预先设计的脉冲电路切断电弧。
三、双光束脉冲激光沉积技术
双光束脉冲激光沉积(DBPID)技术是采用两个激光器或对一束激光分光的方法得到两束激光,同时轰击两个不同的靶材,并通过控制两束激光的聚焦功率密度,以制备厚度、化学组分可设计的理想梯度功能薄膜,可以加快金属掺杂薄膜、复杂化合物薄膜等新材料的开发速度。
四、激光分子束外延(LMBE)
激光分子束外延(laserMBE)技术是近年来发展起来的一项新型薄膜制备技术,它物MBE的超高真空、原位监测的优点和PLD的易于控制化学组分、使用范围广等优点结合根来,制备高质量外延薄膜,特别是制备多层及超晶格膜的有效方法。
五、脉冲激光液相外延法
激光液相外延法主要利用激光脉冲辐射靶林表面,产生含有中性原子分以及大量离子和电子的等离子体羽辉,等离子体羽辉在方个激光脉成为处于高温高压高密度状态的等离子体团,等离子体团与液相体系发生能量交换,并阻激光脉冲的结束而碎灭。在此过程中,体系中的活性粒子相互碰撞发生反应光能量和反应条件有关。脉冲激光液相外延法不仅具有脉冲激北沉积法所具有的!且拥有液相外延法的优势战但该方法的主要缺点是晶格的错配度小于%时才能生长出表面平滑、完整的薄膜,外延层的组分不仅和液相的组分有关,还和元素的分配系数有关。而且该方法对大液滴的抑制不够理想。年龚正烈等采用该方法在硅基上制备了Ni-Pd-P纳米薄膜。年朱杰等采用脉冲激光液相法制备出浓度和均匀度相对较好的纳米硅颗粒。
六、脉冲激光诱导晶化法
脉冲激光诱导晶化法常被用来晶化大面积非晶硅薄膜,其晶化过程可以实现瞬态处理,晶化后晶体薄膜具有较低的缺陷态密度。年李鑫等将传统等离子体增强化学气相沉积法制备的无机发光薄膜,用脉冲激光诱导晶化法处理,即先使用能量密度为mJ/cm的激光诱导,然后通过℃常规热退火处理30min,制备出了高密度、尺寸可控的纳米硅量子点薄膜。年乔峰等报道了脉冲激光诱导法制备的纳米-硅二氧化硅多层膜,结果表明,通过改变原始沉积的a-Si硅子层厚度,可以得到精确可控的纳米硅颗粒尺寸,而且晶化比率较高。荧光发射光谱显示,位于nm处的发光峰值强度随着激光辐照能量密度的升高而增加。
七、直流放电辅助脉冲激光沉积法
直流放电辅助脉冲激光沉积法的基本原理是脉冲激光烧蚀靶材,形成等离子体,然后通过在等离子体运动路径上实行强电流放电以进一步推动和加热等离子体,同时采用磁场过滤器滤除中性粒子。直流放电辅助脉冲激光沉积法突破传统脉冲激光沉积法的局限,通过直流放电,提高了等离子体的平均动能,有效降低了脉冲激光的输出能量。年郭建等报道了在不同的负直流衬底偏压下,用脉冲激光沉积法在单晶硅和K9玻璃衬底上沉积水晶碳膜。年童杏林等详细研究了直流放电辅助脉冲激光沉积法制备的硅基GaN薄膜。其结果显示,提高沉积气压有利于提高GaN薄膜的结晶质量,在入射激光脉冲50~mJ能量范围内,随着入射激光脉冲能量的提高,GaN薄膜表面结构得到改善。在℃衬底温度、20Pa的沉积气压和mJ的入射激光脉冲能量的优化工艺条件下,所沉积生长的GaN薄膜具有良好的质量。
八、脉冲激光沉积技术知识介绍脉冲激光沉积(PulsedLaserDeposition,PLD)制膜技术是利用高能激光束作为热源来轰击待蒸发材料,然后在基片上蒸镀薄膜的一种新技术。
激光光源可以采用准分子激光、CO2激光、Ar激光、钕玻璃激光、红宝石激光及钇铝石榴石激光等大功率激光器,并置于真空室之外。高能量的激光束透过窗口进入真空室中,经棱镜或凹面镜聚焦,照射到蒸发材料上,使之加热(或烧蚀)气化蒸发。聚焦后的激光束功率密度很高,可达06W/cm2以上。
年,Bell实验室的Venkatesan及其合作者首次使用PLD技术生长出了高质量的YBCO薄膜。PLD技术受到了人们的广泛