PLD简介

Laser-MBE原理
激光分子束外延(Laser-MBE) 生长薄膜的基本过程是，一 束强激光脉冲通过光学窗口入射到靶材上，使靶材局部 瞬间加热。每一脉冲激光能量可以达到上百毫焦，对应 于入射到靶材上的激光能量密度为 1-5J/cm2 。高密度的 激光能量能够瞬间加热靶材表面，并使其局部温度加热 到2000-3500K ，从而使靶材表面熔融蒸发出含有靶材成 分的原子、分子或分子团簇。这些原子、分子团簇进一 步吸收激光能量而形成等离子体羽辉。通常，羽辉中物 质以极快的速度(~ 105cm/s)沿靶面法线射向基片表面并 重新凝聚成固态薄膜。通过 RHEED图样的实时监测，激 光分子束外延实现以原子层或元胞层的精度控制膜层的 外延生长。
Laser-MBE主要组成部分：
一、腔体：主要由主腔（chamber）和load lock组成。主腔由机械泵、分子泵、离 子泵和Ti泵来维持10-9-10-10mbar的超高真空；load lock用一个分子泵来提高真空度。 二、Laser-MBE用KrF准分子激光器来产生能量最大到1J的波长为248nm的脉冲激光。 三、加热系统：有红外激光加热和直流加热两种方式，温度均可达到1000摄氏度 的高温。通过红外测温标定温度。并且对于激光加热系统，可以通过红外测温反 馈到激光加热，实现电脑控制定速的持续升温和降温。 四、RHEED（反射式高能电子衍射）系统。 五、两个分子源：用于以MBE的方式生长薄膜或者调控表面重构。 六、磁控溅射：主要用Ar离子溅射基片表面，达到清理基片或者控制重构的作用。 七、五维样品台：长膜时，用于放置样品，可以在x、y、z三个方向调整位置，并 且可以进行主轴旋转和面内旋转，因此称为五维台。 八、靶台：可以实现最多五个靶材的依次使用。
Laser-MBE简介
Laser-MBE起源
1983年，J. T. Cheung等首先提出激光分子束外延（PLD）的概念[52-54]。他们用脉 冲激光靶代替了MBE的束源炉。1991年，M. Kanai等设计并成功研制了全新的激光 分子束外延技术(Laser-MBE)。不同于离子束溅射或热蒸发，激光分子束外延可以在 高压气体氛围中使用，这使得它可以用于磁控溅射或热蒸发无法生长的材料，比如 高质量的氧化物薄膜。早期的激光分子束处延因成功地用于生长高质量的高温超导 薄膜YBCO而受到关注并因此获得快速的发展和应用，比如后继的高压RHEED系统。
Laser-MBE的特点：

激光分子束外延技术集成了传统MBE与PLD的主要优点，同时又克服了它们的不足。主要 具有以下特点与优势[57]： (1)可以实时精确地控制原子层或元胞层尺度的外延薄膜生长。适于进行薄膜生长的人工设 计，有利于生长多层膜和超晶格。 (2)可以原位生长与靶材成分相同化学计量比的薄膜。即使靶材成分复杂，只要能形成致密 靶材，就能制成高质量薄膜。 (3)应用范围广。由于激光羽辉的方向性很强，羽辉中物质对系统的污染很少，便于清洁。 在一台设备上可以制备多种材料的薄膜。尤其有利于制备各种含氧化物结构的薄膜。 (4)系统可以配有RHEED实时监控薄膜生长的过程，便于研究激光与物质的相互作用动力学 过程和成膜机理等基本物理问题。 (5)可以通过调节激光能量密度，气体分压，衬底温度和衬底表面结构等因 素，优化参数，生长出高质量的薄膜。
实验步骤： 1.将基片（3x12x0.5或2x10x0.5mm）固定在样品托，一般是用Ta片压，注意压的时 候左右两边受力要均匀，这样加热的时候基片温度才均匀。 2.将基片传入内部处于大气气氛下的load lock中，抽真空。 3.Load lock真空度与chamber真空度量级上一致或者只差一个数量级时，打开闸板 阀，将样品传入chamber中的五维台上。 4.关闭闸板阀，将样品进行Ar溅射以清理表面。 5.再用直流加热或者激光加热，加热样品到退火温度，进行退火。加热时速度要 足够缓慢，不能超过50摄氏度/min，此外激光加热可以用软件控制以固定速率升 温。 6.退火后，打开RHEED，观察晶格表面。 7.可以利用两个蒸发源对基片表面进行重构的调控。 8.打开激光，用shutter挡住样品，进行扫靶，清洁靶面。 9.调整靶基距，氧压，温度，激光能量，激光频率等参数，开始生长；生长的过 程中，通过观察RHEED图像情况，实时控制生长。 10.生长完毕，关闭激光，可选择是否进行后退火。降温，一定要慢，大概以15摄 氏度/min的速度降温，否则样品容易裂开。关RHEED，注：RHEED关的时候同样要 慢，以免灯丝烧断。