PLD技术
可编程逻辑器件(PLD)
PLD开发工具提供了完整的解决方案，包括设计输入、综合、布局布线、仿真和调试等功能。这些工 具支持多种PLD器件和编程语言，使得设计师能够高效地实现数字电路设计和PLD编程。
05
PLD的未来发展与挑战
PLD的未来发展趋势
更高的集成度
随着半导体工艺的进步，PLD将实现更高的集成度，具备更强大 的计算和数据处理能力。
现代阶段
随着技术不断发展，PLD 的集成度更高，功能更强 大，应用领域更广泛。
PLD的应用领域
通信领域
用于实现通信协议的转换、信号处理和调制 解调等功能。
工业控制
用于实现自动化控制、电机驱动和传感器数 据处理等功能。
数字信号处理（DSP）
用于实现图像处理、语音识别和数字信号处 理算法。
计算机硬件设计
安全与可靠性问题
随着PLD在关键领域的应用增加， 安全和可靠性问题成为关注的焦 点，需要加强安全机制和可靠性 设计。
知识产权保护
随着PLD技术的不断进步和应用 领域的拓展，知识产权保护成为 重要问题，需要加强知识产权保 护措施。
PLD的发展前景与展望
拓展应用领域
随着PLD技术的不断成 熟，其应用领域将进一 步拓展，尤其是在人工 智能、物联网、5G等领 域。
布线策略
选择合适的布线策略，确 保信号传输的可靠性和效 率。
物理验证
检查布局和布线后的设计 是否满足时序和功耗要求。
配置与下载
生成配置文件
根据设计结果，生成用于配置PLD的二进制 文件。
下载与配置
将配置文件下载到PLD中，完成硬件电路的 配置。
测试与验证
在实际硬件环境中测试设计的正确性和性能。
04
复杂可编程逻辑器件(CPLD)
PLD能做什么如何使用PLD
PLD是器件(Programable Logic Device)的简称，FPGA是现场可编程门阵列(Field Programable Gate Array)的简称，两者的功能基本相同，只是实现原理略有不同，所以我们有时可以忽略这两者的区别，统称为可编程逻辑器件或PLD/FPGA。
PLD是领域中最具活力和发展前途的一项技术，它的影响丝毫不亚于70年代单片机的发明和使用。
PLD能做什么呢?可以毫不夸张的讲，PLD能完成任何数字器件的功能，上至高性能CPU,下至简单的74电路，都可以用PLD来实现。
PLD如同一张白纸或是一堆积木，工程师可以通过传统的原理图输入法，或是硬件描述语言自由的设计一个数字系统。
通过软件仿真，我们可以事先验证设计的正确性。
在PCB完成以后，还可以利用PLD的在线修改能力，随时修改设计而不必改动硬件电路。
使用PLD来开发，可以大大缩短设计时间，减少PCB面积，提高系统的可靠性。
PLD的这些优点使得PLD技术在90年代以后得到飞速的发展，同时也大大推动了EDA软件和硬件描述语言(HDL)的进步。
如何使用PLD呢?其实PLD的使用很简单，学习PLD比学习单片机要简单的多，有数字电路基础，会使用计算机，就可以进行PLD的开发。
不熟悉PLD的朋友，可以先看一看可编程逻辑器件的发展历程。
当今社会是数字化的社会，是数字广泛应用的社会。
数字集成电路本身在不断地进行更新换代。
它由早期的电子管、晶体管、小中规模集成电路、发展到超大规模集成电路(VLSIC，几万门以上)以及许多具有特定功能的专用集成电路。
但是，随着微的发展，设计与制造集成电路的任务已不完全由半导体厂商来独立承担。
系统设计师们更愿意自己设计专用集成电路(ASIC)芯片，而且希望ASIC的设计周期尽可能短，最好是在实验室里就能设计出合适的AS，并且立即投入实际应用之中，因而出现了现场可编程逻辑器件(FPLD)，其中应用最广泛的当属现场可编程门阵列(FPGA)和复杂可编程逻辑器件(CPLD)。
激光脉冲沉积(PLD)设备安全技术措施
激光脉冲沉积(PLD)设备安全技术措施激光脉冲沉积（PLD）是一种常见的材料制备技术，它利用激光脉冲在瞄准材料表面进行击打，从而在表面形成薄膜。
PLD技术在研究和生产上具有广泛的应用，然而，在使用PLD设备时，操作人员需要注意安全问题，采取适当的技术措施来保护自己和其它人员的安全。
本文介绍了一些PLD设备安全技术措施。
操作前准备工作在操作PLD设备之前，操作人员应该进行一系列的准备工作，以确保操作的安全。
这些准备工作包括：1.确保操作人员已经接受过必要的培训和指导，了解PLD设备的工作原理和操作流程，并具备操作PLD设备的能力。
2.确保PLD设备处于适当的位置，防止其移动或倾倒。
3.请务必熟悉设备使用手册，并根据手册中的安全操作规范进行操作。
4.确保所有的安全设施已经安装到位，并处于可用状态，如：紫外光屏蔽面罩，激光压敏手套，防护眼镜等。
红外和紫外光屏蔽面罩PLD设备使用的激光脉冲在很短的时间内产生了高能量密度，因此非常危险。
在操作PLD设备时，需要带着面罩以保护眼睛和面部。
面罩应该能通过射线检测，并确定带着它可以防护紫外光、可见光和红外光线。
在紫外光线下，普通的眼睛保护镜是无效的，应该使用防辐射安全面屏，以降低花费时间的总辐射。
激光压敏手套和防护眼镜除了眼部保护，手的安全也同样需要注意。
在使用PLD设备时，应该带上激光压敏手套，以保护手部不受到激光伤害。
同时，应该选择适合于激光波长的防护眼镜来保护眼睛。
环保工作在使用PLD设备时，需要注意环保问题。
PLD过程产生较多的污染物，包括废气和废水。
操作人员应该了解相关的污染物法规要求，并进行相应的处理和处置。
操作过程中需要遵守的规定在使用PLD设备时，应该遵守以下规定：1.禁止用手、工具或其他东西去挡住激光。
2.禁止在激光工作区内留下杂物，以免导致人员受到伤害。
3.禁止在任何时候集中良好的视线看激光束，或盯着光源。
4.在激光工作期间，应该保持安静，不要干扰或打扰其他人。
PLD
3.比较高的重复频率，提升溅射速度。
4.激光器使用简单，寿命长，易于维护（这一点Nd:YAG 固态激光器要好于准分子激光器）
三、激光脉冲沉积的优缺点
1.激光脉冲沉积的优点
一.应用PLD非常方便，过程中须要控制的参数只有几个，例如激光 能量通量与脉冲重复频率。 二.与其它溅镀技术相比，利用PLD技术的靶体积细小。借着连续溶 化混杂的靶，制造不同物质的多层膜，十分容易。 三.透过控制脉冲的数量，可以精密调节薄膜厚度至单原子层。 四.PLD最重要的特色，是沉积膜保留了靶的化学计量成分。这是由 于脉冲激光照射，使靶表面的加热速率极高所致。这个原因导致靶 的组分元素或化合物一致蒸发，无须理会个别的蒸发点。也由于溶 化物质的高加热速率，晶体膜的激光沉积比其它薄膜生成技术，要 求更低的衬底温度。因此，半导体与它下面的集成电路能够抑制热 降解。 五.由于激光光子能量很高，可溅射制备很多困难的镀层：如高温超 导薄膜，陶瓷氧化物薄膜，多层金属薄膜等； PLD可以用来合成纳 米管，纳米粉末等。
一、PLD的定义及历史
2.PLD的历史
1960年，激光首次出现。自此以后，激光受到多方面应用， 发展成为强效的工具。激光对物料加工的帮助，效果尤其 显著。激光具有许多独特的性质，例如狭窄的频率带宽、 相干性以及高能量密度。通常，光束的强度足以汽化最坚 硬与最耐热的物料。再加上激光精确、可靠、具备良好的 空间分辨能力（这些出色表现，所以得到功能薄膜、物料 改造、物料表面加热处理、熔接，及微型图案等工业广泛 使用。除此之外，多组分物质能够溶化，并沉积在底物上， 形成化学计量薄膜。最后提及的这个激光应用技术，就是 所谓的脉冲激光沉积（简称PLD）。
三、激光脉冲沉积的优缺点
1.激光脉冲沉积的缺点 一个是薄膜被溅污，或有微粒沉积在薄膜上。导 致溅污的物理机制包括：表面下的沸腾、冲击波 反冲压力造成的液态层喷溅，以及层离。微粒的 体积可能有几微米那么大。这些微粒非常阻碍随 后膜层的形成，亦大大影响薄膜的导电特性。 另一个是由于激光的绝热膨胀导致溶化核素分布 角度狭窄，在靶表面形成等离子羽状物及凹痕。 这些弊端削弱了PLD生产大面积均匀薄膜的用处， PLD因此未能在工业上大展身手。最近有人提出 了补救措施，插入障板能够有效阻挡大微粒，转 动靶与底物有助于形成较大的均匀薄膜。
pld激光脉冲沉积氟气的作用_解释说明以及概述
pld激光脉冲沉积氟气的作用解释说明以及概述1. 引言1.1 概述PLD（脉冲激光沉积）技术是一种能够制备高质量薄膜和纳米结构的先进工艺。
在过去的几十年中，PLD已被广泛应用于材料科学与工程领域，具有很大的潜力和发展前景。
其中，PLD激光脉冲沉积氟气作为一种重要的方法之一，引起了广泛关注。
1.2 文章结构本文主要分为五个部分进行阐述。
首先，在引言部分对文章的研究背景和目的进行简要介绍。
其次，将详细解释和说明PLD激光脉冲沉积氟气的作用及其原理机制。
然后，对实验方法与结果进行分析，并探讨其相关性。
随后，在第四部分中将列举一些应用案例，并深入研究氟化物材料在能源领域的应用以及典型案例中PLD激光脉冲沉积氟气的作用与效果分析。
最后，在结论与展望部分对全文进行总结，并提出未来研究方向及改进方面的建议。
1.3 目的本文旨在全面了解和探索PLD激光脉冲沉积氟气的作用及其在材料制备中的应用。
通过对相关文献资料的调查与分析，我们将深入剖析PLD激光脉冲沉积技术原理，探讨其机理，并介绍实验方法与结果分析。
同时，结合实际应用案例，在特定领域中阐明PLD激光脉冲沉积氟气的作用与效果，为进一步挖掘和优化该技术提供参考。
最后，将总结研究成果并展望未来发展方向，以推动PLD激光脉冲沉积氟气在各个领域的广泛应用。
2. Pld激光脉冲沉积氟气的作用解释说明：2.1 Pld激光脉冲沉积技术简介：Pld激光脉冲沉积技术是一种利用高功率激光脉冲瞬间加热和蒸发材料靶，使其通过凝聚成为薄膜或纳米颗粒的方法。
在这个过程中，使用的气体环境可以对沈积物的形态、组分和性质产生重要影响。
其中，氟气作为一种常用的气体环境原料，在PLD激光脉冲沈积中发挥着重要作用。
2.2 氟化物在材料制备中的应用：氟化物化合物因其特殊的化学性质而广泛应用于材料制备领域。
例如，三氟化铁可以用于制备单晶铁铁酸盐电池正极材料；四氟化硅可被应用于低摩擦材料、绝缘涂层和管道防腐等方面；五氟化钒则可以作为催化剂使用；六氟硼酸铵常被用于制备氢燃料电池等。
PLD技术说课
三、课程内容
1.学生岗位能力分析 学生以后从事于电子相关专业的开发、设计、 制造、应用等岗位。因此注重培养学生解决实 际问题的能力，动手能力，创新能力，兼顾可 持续发展的能力。
2.学生情况分析 高职学生处于一个半幼稚和半成熟、独立性和 依赖性错综复杂、充满矛盾的时期。 一方面拥有强烈的求知欲，另一方面又很情绪、 很懒惰。 因此课程既要有一定的深度和广度，又要保持 在学生能够接受的范畴。
五、教学评价与考核设计
1.平时考核 学生平时作业。 实验操作，实验报告。 根据情况调整教学内容和过程。 2.结果考核 笔试 课程设计
《PLD技术》课程教学设计
鞠雨霏
一、课程设置——专业定位
PLD技术是一门电类专业的普适型专业课。 属于数字电路的后续课程。 培养学生的数字系统开发能力。
二、课程设置——教学目标
培养学生能够使用硬件描述语言进行编程。 培养学生能够使用PLD开发工具进行仿真、 编译、下载。 培养学生的数字系统设计能力。
四、教学过程设计
1.教学准备 了解学生情况，准备相适应的PPT。 使学生明确学习目的，做好心理上的准备。
2.开展教学活动 复习与本次课相关的内容 告知学习目标 呈现教学材料（PPT等） 提供学习指导（板书、答疑等） 提供反馈（表扬、鼓励、眼神等） 引起注意（提高语调，体态等）
3.学生学法设导的 作用。 在不同的过程中，引导不同情况的学生参与。
3、课程内容 ① PLD器件概述 ② VHDL语言 ③ MAX PLUS II 开发工具 ④ 数字系统设计 ⑤ 实验
4.教学内容单元范例 例：设计一个快速乘法器 构设：快速乘法器的概念 引入：乘法竖式形成解决方案。 A、创建外部端口 B、分解内部框图 C、每部分分别设计 D、用图形形式进行综合（介绍元件例化方式） E、仿真，纠正时序错误。
pld的工作原理
pld的工作原理
脉冲激光沉积（Pulsed Laser Deposition，简称PLD）是一种用于生长薄膜和纳米结构材料的沉积技术。
其基本原理是激光与目标材料之间的相互作用。
在PLD过程中，使用高能量脉冲激光照射到目标材料上，产生的激光脉冲能量足够高，可以蒸发目标材料的表面，并形成等离子体云。
然后，这些蒸发的原子或离子沉积在衬底表面上，形成薄膜。
通过控制激光脉冲的能量、持续时间和频率等参数，可以调节薄膜的生长速率和性质。
PLD具有许多优点，使其成为一种常用的薄膜制备技术。
pld原理
pld原理PLD原理1. PLD的概述•定义：PLD（Programmable Logic Device）是可编程逻辑器件的简称，它是一种集成电路芯片，可以根据用户需求进行编程和配置，实现各种逻辑功能。
•特点：PLD具有灵活性高、成本低、开发周期短等优点，因此在数字系统设计中得到了广泛应用。
2. PLD的组成•PAL（Programmable Array Logic）：具有固定的与门阵列和可编程的或门阵列，可实现与或逻辑功能的PLD。
•PLA（Programmable Logic Array）：具有可编程的与门阵列和或门阵列，可实现复杂的逻辑功能的PLD。
•GAL（Generic Array Logic）：与PAL类似，但具有更高的逻辑密度和更低的功耗。
•CPLD（Complex Programmable Logic Device）：由多个可编程逻辑单元组成的PLD，可实现复杂的逻辑功能。
3. PLD原理•PLD的原理是基于可编程器件内部的逻辑门阵列和触发器阵列实现逻辑功能。
•PLD内部包含一个或多个逻辑功能的阵列，该阵列可通过编程和配置改变其逻辑功能。
•PLD的编程是指使用专门的编程设备将用户逻辑设计上传到PLD 芯片中，从而改变其逻辑功能。
•PLD的配置是指将编程后的逻辑设计数据存储在PLD芯片中的非易失性存储器（如EPROM或FLASH）中，以保持其逻辑功能。
4. PLD的工作步骤•设计逻辑功能：根据需求，设计所需的逻辑功能电路，可以使用硬件描述语言（如VHDL或Verilog）进行描述。
•编写编程文件：使用专门的开发软件编写逻辑功能的编程文件，将逻辑功能电路转换为逻辑编程代码。
•编译和综合：将编程文件进行编译和综合，生成PLD芯片可以理解的逻辑配置文件。
•编程和配置：使用编程设备将逻辑配置文件烧录到PLD芯片的非易失性存储器中，实现编程和配置。
•验证和测试：对已编程的PLD芯片进行验证和测试，确保其逻辑功能与设计要求一致。
可编程逻辑器件中的编程方法
可编程逻辑器件中的编程方法可编程逻辑器件（Programmable Logic Device，简称PLD）是一种集成电路芯片，可以按照用户需求进行编程，实现特定的功能。
在现代电子技术中，PLD已经广泛应用于数字逻辑电路设计、嵌入式系统和数字信号处理等领域。
本文将探讨可编程逻辑器件中的编程方法，并介绍几种常见的PLD编程工具和技术。
一、PLD编程工具和技术概述PLD编程工具是指用于将用户逻辑设计转化为PLD可执行文件的软件工具。
根据PLD的不同类型和厂商，常见的PLD编程工具有：1. HDL（Hardware Description Language）：硬件描述语言是一种用于描述数字电路的语言，常见的HDL包括VHDL和Verilog。
通过编写HDL代码，可以描述逻辑电路的行为和结构，并使用PLD编程工具将其转化为逻辑逻辑文件，然后下载到PLD芯片中。
2. Schematic Entry：原理图输入工具是一种以图形化的方式描述逻辑电路的工具。
用户可以使用各种逻辑元件和线缆绘制逻辑电路图，然后利用PLD编程工具将其转化为可执行文件。
3. 编程器：编程器是一种硬件设备，用于将编程数据下载到PLD芯片中。
根据PLD芯片的接口类型，常见的编程器有USB编程器、JTAG编程器和并行口编程器等。
除了以上的PLD编程工具，还有一些特定用途的编程方法和技术，比如：1. IP（Intellectual Property）核的利用：IP核是一种现成的、可重用的硬件设计模块，可以加速PLD的开发过程。
用户可以通过使用IP核，将一些常见的功能模块（比如UART、DMA等）直接集成到PLD芯片中，而无需自己从零开始设计。
2. 启动存储器（Boot Memory）编程：某些PLD芯片具有内置的启动存储器，可以在加电时从内存中加载程序代码。
用户可以通过编程将程序代码写入启动存储器，从而实现自动加载和执行。
3. 软件编程工具：一些PLD芯片支持通过软件进行编程，而不需要使用专门的编程工具。
专业实验——脉冲激光淀积
脉冲激光淀积(PLD)方法制备薄膜实验PLD是一种制备薄膜材料的技术，它是伴随着激光技术的发展而一步步发展起来的。
在20世纪60年代，世界上第一台红宝石激光器诞生后不久，人们就开始了激光与物质相互作用方面的研究。
1987年，美国贝尔实验室的D.Dijkkamp等人用PLD技术(KrF准分子激光器)成功制备了高温超导薄膜.而后，Greer等人通过激光束扫描靶材的方法制备了较大面积的薄膜，从此在世界范围内掀起了一个用PLD技术制备薄膜的热潮，从而使PLD技术获得迅速发展。
现在 PLD 技术己经成为一种很有发展潜力的薄膜生长技术而且它具有极大的兼容性便于引入新技术。
现在用它制备的各类薄膜己经超过200种，尤其在制备具有多元素和复杂层状结构的各种氧化物薄膜等方面显示出了其独特的优越性。
一、实验目的1．了解脉冲激光沉积方法制备薄膜的实验原理2．学会利用脉冲激光沉积方法制备薄膜二、实验仪器中科院沈阳科学仪器研究所生产的PLD450型脉冲激光沉积系统；德国Lambda Physik公司生产的准分子激光器（型号Compex Pro 102 KrF）；用于调整光路的紫外光反射镜；用来将紫外激光汇聚到靶表面的凸透镜。
三、实验原理1. PLD的基本物理过程PLD是将脉冲激光器所产生的高功率脉冲激光束聚焦作用于靶材表面，使靶材表面产生高温及熔蚀，并进一步产生高温高压等离子体，这种等离子体定向局域膨胀发射，并在衬底上沉积而形成薄膜。
目前在所用的脉冲激光器中以准分子激光器效果最好。
强脉冲激光作用下的靶材物质聚集态迅速发生变化，成为新的状态而跃出，直达基片表面凝结成薄膜，具体可以分为以下三个物理过程。
高强度脉冲激光照射靶材时，靶材吸收光波能量，温度迅速升高至蒸发温度而产生熔蚀，使靶材气化蒸发。
瞬时蒸发气化的气化物质与光波继续作用，使其绝大部分电离并形成局域化的高浓度等离子体，表现为一个具有致密核心的闪亮的等离子体火焰。
等离子体火焰形成后，继续与激光束作用，吸收激光束的能量，产生进一步电离，使等离子体区的温度和压力迅速提高，使其沿靶面法线方向向外作等温（激光作用时)和绝热(激光终止后)膨胀发射，这种高速膨胀发射的轴向约束性，可形成一个沿靶法线方向向外的细长的等离子体区，即所谓的等离子体羽辉。
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PLD 是将脉冲激光器所产生的高功率脉冲激光聚焦作用于靶材表面，使靶材表面产生高温及烧蚀，并进一步产生高温高压等离子体（T>104K），这种等离子体定向局域膨胀，在基片上沉积形成薄膜。
薄膜的沉积可分为三个阶段：首先，在高强度脉冲激光的照射下的材料一致汽化，产生高浓度的等离子体；接着，等离子体与激光束继续作用，温度和压力迅速升高，沿靶面法向作定向局域等温绝热膨胀发射；最后，作绝热膨胀发射的等离子体迅速冷却，遇到位于靶对面的衬底后即在衬底上沉积形成薄膜。
整个PLD 镀膜过程通常分为三个阶段。
1.1. 1 激光与靶材相互作用产生等离子体
激光束聚焦在靶材表面, 在足够高的能量密度下和短的脉冲时间内, 靶材吸收
激光能量并使光斑处的温度迅速升高至靶材的蒸发温度以上而产生高温及烧蚀, 靶材汽化蒸发, 有原子、分子、电子、离子和分子团簇及微米尺度的液滴、固体颗粒等从靶的表面逸出。
这些被蒸发出来的物质反过来又继续和激光相互作用, 其温度进一步提高, 形成区域化的高温高密度的等离子体, 等离子体通过逆韧
致吸收机制吸收光能而被加热到104K 以上, 形成一个具有致密核心的明亮的等离子体火焰。
1. 1. 2 等离子体在空间的输运(包括激光作用时的等温膨胀和激光结束后的绝热膨胀)
等离子体火焰形成后, 其与激光束继续作用, 进一步电离, 等离子体的温度和
压力迅速升高, 并在靶面法线方向形成大的温度和压力梯度, 使其沿该方向向
外作等温(激光作用时) 和绝热(激光终止后) 膨胀,此时, 电荷云的非均匀分布形成相当强的加速电场。
在这些极端条件下, 高速膨胀过程发生在数十纳秒瞬间, 迅速形成了一个沿法线方向向外的细长的等离子体羽辉。
1. 1. 3 等离子体在基片上成核、长大形成薄膜
激光等离子体中的高能粒子轰击基片表面, 使其产生不同程度的辐射式损伤,
其中之一就是原子溅射。
入射粒子流和溅射原子之间形成了热化区, 一旦粒子的凝聚速率大于溅射原子的飞溅速率, 热化区就会消散, 粒子在基片上生长出薄膜。
这里薄膜的形成与晶核的形成和长大密切相关。
而晶核的形成和长大取决于很多因素, 诸如等离子体的密度、温度、离化度、凝聚态物质的成分、基片温度等等。
随着晶核超饱和度的增加, 临界核开始缩小, 直到高度接近原子的直径, 此时薄膜的形态是二维的层状分布。
1. 2 PLD 特点
脉冲激光沉积技术是目前最有前途的制膜技术,该技术简单且有很多优点。
(1) 可对化学成分复杂的复合物材料进行全等同镀膜, 易于保证镀膜后化学计
量比的稳定。
与靶材成分容易一致是PLD 的最大优点, 是区别于其他技术的主要标志。
(2) 反应迅速, 生长快。
通常情况下一小时可获1Lm 左右的薄膜。
(3) 定向性强、薄膜分辩率高, 能实现微区沉积。
(4) 生长过程中可原位引入多种气体, 引入活性或惰性及混合气体对提高薄膜
质量有重要意义。
(5) 易制多层膜和异质膜, 特别是多元氧化物的异质结, 只需通过简单的换靶
就行。
(6) 靶材容易制备不需加热, 等离子能量高能量大于10eV , 离子能量1000eV 左右, 如此高的能量可降低膜所需的衬底温度, 易于在较低温度下原位生长取向一致的结构和外延单晶膜。
(7) 高真空环境对薄膜污染少可制成高纯薄膜;羽辉只在局部区域运输蒸发, 故对沉积腔污染要少地多。
(8) 可制膜种类多, 几乎所有的材料都可用PLD制膜, 除非材料对该种激光是透明的。
同时PLD 技术也存在一些缺点, 主要表现在: ①脉冲瞬间沉积时不能避免产生液滴及大小不一的颗粒的形成. 会以大的团簇形状存留在膜中, 影响膜的质量;
②薄膜厚度不够均匀. 融蚀羽辉具有很强的方向性, 在不同的空间方向, 等离子体羽辉中的粒子速率不尽相同, 使粒子的能量和数量的分布不均匀; ③等离子局域分布难以形成大面积的薄膜。
目前PLD 制备薄膜所使用的激光器大多是准分子激光器和Nd:YAG激光器。
由于Nd:YAG 激光与材料之间有热消融作用,这会使材料的消融区出现伸展裂纹,有可见的热损害,因而不是PLD制备薄膜的最理想激光光源。
准分子激光器的发射波长几乎都在200～400nm之间,光子能量大符合薄膜沉积的需要。
这是因为吸收系数随着光波长的变短而趋于增加,大多数用于薄膜沉积的材料在此光谱区间都表现出了强烈的吸收特性,而使激光进入靶材的穿透深度变小,靶材被溅射的表面层厚度也将变小。
同时,在短波段的强烈吸收还有助于溅射流阈值的降低。
但是,当激光光波长小于200nm时,分子氧的Schumann-Runge带吸收将变强,导致了色心的出现,使得溅射工作变得困难,靶材也将受到损坏。
目前使用较多的是工作气体为KrF、波长为248nm的准分子激光。
其他准分子激光的工作气体及其光波波长(nm ) 分别为: Kr2: 145、F2: 157、Xe2: 172、ArF: 193、KrCl:222、XeCl: 308、XeF: 351等。
清洗衬底—安装靶材—放置衬底—抽真空—衬底加热—充氧—沉积薄膜—退火。
关键步骤如下:
(1) 分子泵抽真空: 直到真空度小于10- 4Pa 时,才达到镀膜要求。
真空度低时会引入杂质。
(2) 对衬底加热: 在抽真空过程中, 应边抽边缓慢地增加衬底温度, 直到衬底温度达到沉积膜时需要的温度, 同时用红外测温仪对衬底温度进行实时监控。
(3) 开机械泵管阀充氧: 让流入的氧与被机械泵抽出去的氧达到动态平衡。
(4) 沉积薄膜: 同时打开靶自转开关让靶自转,就可打开激光开始沉积薄膜, 沉积时间为20m in.
(5) 退火: 待沉积薄膜时间到时, 关闭激光器, 设定退火温度和退火氧压, 此时就开始缓慢退火, 退火时间一般为1h. 待退火时间到时, 缓慢地降低温度到室温, 然后关氧, 关电源, 完成镀膜过程。
给衬底加热有利于颗粒在膜上加快迁移, 有利于结晶。
若衬底温度低, 沉积原子还来不及排列好, 又有新的原子到来,则往往不能形成单晶膜; 若温度甚低, 原子很快冷却,难以在衬底上迁移, 这样会形成非晶薄膜。
若衬底温度过高, 则热缺陷大量增加, 也难以形成单晶膜。
距离太远时羽辉中的离子就会复合成大颗粒; 太近时羽辉的离子能量大、速度快就会把膜和衬底打坏。
薄膜的生长机理可描述如下：开始时向基片输入高能量离子，基片会产生辐
射式损伤，其中一部分表面原子溅射出来。
由于输入离子流和从表面打出的原子相互作用，形成了一个高温的高粒子密度的对撞区，阻碍了离子流直接通向基片，如图三所示。
热化区是凝聚粒子源，它吸收入射粒子流能量而凝聚速度上升，其速度超过由靶材跃出粒子速度的瞬间起，热化区开始膨胀瓦解，到达衬底的粒子依然具有较大的动能，这有助于原子在衬底表面的迁移并进入合适的晶格位置，凝结聚集成理想配比薄膜。
如果等离子体流的密度较低，则热化区不能形成，薄膜的生长只能靠离子流本身的特性。
1.1 激光与靶材相互作用及等离子体的产生与膨胀
激光与靶材相互作用过程对沉积薄膜的成分、组织结构和均匀性影响至关重要。
当高强度脉冲激光照射到靶材时，靶材吸收激光束能量并使被照射表面下的一个薄层被加热，结果使表面温度上升，与此同时向靶材物质的内层发生热传导，因此使被加热层的厚度增加。
由于热传导引起的热输运速度随时间而减慢，因此热传导不能使足够的热量进入物质内部，这导致表面和表面附近的温度持续上升，直到蒸发开始。
因蒸气温度很高，足以使相当多的原子被激发和离化，于是靶材物质被气化蒸发，瞬时蒸发气化的气化物质与光波继续作用，使绝大部分电离并形成区域化的高浓度等离子体。
等离子体一旦形成后，又会吸收激光能量而温度升高，表现为一个具有致密核心的闪亮的等离子体火焰。
最终在靶表面附近形成复杂的层状结构，这个层状结构将随时间向靶的深处推进，同时在最外层靶材以等离子体状态喷出。
实际烧蚀物中不仅包括中性原子，还包括大量电子和电离离子及少量的团簇和微米尺度的液体和固体颗粒物。
激光能量密度要超过一定的阈值才能使靶材消融溅射，这是因为激光能量密度必须大到使靶表面出现等离子体，从而在靶表面出现复杂的层状结构Knudsen 层。
激光辐照使靶材料蒸发出的粒子的密度可达（1016～1021）/cm3，如此高密度的粒子能够发生可观的相互碰撞，结果使蒸发物粒子的速度重新进行了调整和分布。
研究表明这些碰撞发生在靶表面约几个气体自由程的区域内，该区域中的过程是高度非平衡的，称之为Knudsen 层。
Knudsen 层是激光与靶相互作用的最大特征，它的存在从根本上使激光对靶的作用不同于蒸发，人们常称的所谓烧蚀，这是PLD 能保持靶膜成分一致的根本原因。
在激光脉冲辐照下，靶表面形成致密等离子体后，这些等离子体继续与激光作用，将吸收激光束的能量，产生进一步的电离，而使自身的温度和压力迅速升高，形成在靶面法线方向的高温和压力梯度，使其沿靶面法线方向向外进行等温（激光作用时）和绝热（激光终止后）膨胀发射，这种膨胀发射过程极短，具有瞬间微爆炸的特性以及沿靶面法线方向发射的轴向约束性，可形成一个沿靶面法线方向向外的细长的等离子区，即所谓的等离子体羽辉。
其空间分布形状可用高次余弦函数来表示，相对靶面法线的夹角的典型值为5～10，随靶材而异。