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NPD-4000(M)PLD脈沖激光沉積系統
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PLD激光脈沖沉積技術
NPD-4000(M)PLD脈沖激光沉積系統機制:
PLD的系統設備簡單,相反,它的原理卻是非常復雜的物理現象。它涉及高能量脈沖輻射沖擊固體靶時,激光與物質之間的所有物理相互作用,亦包括等離子羽狀物的形成,其后已熔化的物質通過等離子羽狀物到達已加熱的基片表面的轉移,及z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. 熔化物質的動態
3. 熔化物質在基片的沉積
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,到達蒸發溫度。物質會從靶中分離出來,而蒸發出來的物質的成分與靶的化學計量相同。物質的瞬時溶化率大大取決於激光照射到靶上的流量。熔化機制涉及許多復雜的物理現象,例如碰撞、熱,與電子的激發、層離,以及流體力學。
在第二階段,根據氣體動力學定律,發射出來的物質有移向基片的傾向,并出現向前散射峰化現象??臻g厚度隨函數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,支配熔化物質的角度范圍。亦發現,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量的關鍵。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。膜在這個熱能區(碰撞區)形成后立即生成,這個區域正好成為凝結粒子的z佳場所。只要凝結率比受濺射粒子的釋放率高,熱平衡狀況便能夠快速達到,由於熔化粒子流減弱,膜便能在基片表面生成。
1. 易獲得期望化學計量比的多組分薄膜,即具有良好的保成分性;
2. 沉積速率高,試驗周期短,襯底溫度要求低,制備的薄膜均勻;
3. 工藝參數任意調節,對靶材的種類沒有限制;
4. 發展潛力巨大,具有極大的兼容性;
5. 便于清潔處理,可以制備多種薄膜材料。