脉冲激光法沉积薄膜实验

2020/4/23
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脉冲激光沉积的几个阶段
1. 激光与靶材相互作用产生等离子体
等离子体是由大量自由电子和离子及少量未电离的气体分子和原子组成，且 在整体上表现为近似于电中性的电离气体。
等离子体=自由电子+带正电的离子+未电离原子或分子，为物质的第四态。
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2.等离子体在空间的输运
靶材表面的高温(可达20000K)和高密度((1016-----1021)/cm3)的等离子体
在靶面法线方向的高温和压力梯度
等温膨胀发射(激光作用时)和绝热膨胀发射(激光终止后)
等离子体区
等离子体羽辉
沿靶面法线方向 轴向约束性
3.等离子体在基片上成核、长大形成薄膜
等安全隐患 不能让激光斑辐照到人体上，实验时要带好激光防护镜
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脉冲激光法沉积薄膜实验
Experiment for film deposition by pulsed laser
报 告 人：王金斌 报告时间：2008年5月
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化学气相沉积 直流溅射
分子束外延
超声喷雾热 解
薄膜制备方法
脉冲激光沉积
溶胶凝胶法
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脉冲激光沉积的实验仪器图
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脉冲激光沉积法
脉冲激光沉积法
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。
Fra Baidu bibliotek
影响薄膜的厚度
基体与靶的距离
影响薄膜的均匀性
激光能量，频率
影响沉积速率
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PLD法制备薄膜实验流程图
安装靶材与衬底
调整激光器参数
激光器为YAG固体激光器，波长
＝532nm(绿光）,激光脉宽为10ns, 频率为1Hz,3Hz,5Hz.能量为0---300mJ可调．
抽真空（机械泵与分子泵至10-5Pa）
开加热装置，通气体
导入激光进行镀膜
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实验注意事项
抽真空之前一定要注意接通冷却水 当真空度小于10 Pa才能开启分子泵抽高真空 激光输出前要确保冷却水运动正常 使用氧气时要确保气嘴干净无有误，实验室不能有火花
临界核的形成
粒子的长大
形成迷津结构
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读书使人充实 思考使人深邃 形交谈成连续薄膜
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脉冲激光沉积的优点
可以生长和靶材成分一致的多元化合物薄膜 易于在较低温度下原位生长取向一致的织构膜和外延单晶膜 由于激光的能量高，可以沉积难熔薄膜 灵活的换靶装置便于实现多层膜及超晶格膜的生长 生长过程中可以原位引入多种气体，提高薄膜的质量 污染小
缺点
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薄膜存在表面颗粒问题
基片靶材旋转法
很难进行大面积薄膜的均匀沉积
激光束运动
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PLD中的重要实验参数
基体的加热温度
影响沉积速率和薄膜的质量
氧气的压力
过高不利于薄膜择优取向的形成 过低导致化学配比失衡，内部缺陷增多
沉积时间