关于脉冲激光沉积(PLD)薄膜技术的探讨
紫外激光脉冲沉积法制备高温超导(Bi,Pb)2Sr2CaCu2O8薄膜的研究
行 了讨 论
１ 引 言
高温超 导材料 的应 用 领域 十分 广 阔 ， 运 行 成 本 较 低， 抗 干扰 能力较 强 ， 比低温 超导设 备具 有更 大 的实 用 性 。 目前 超 导 温 度 最 高 的 为 Ｔ １ 一 Ｂ ａ — Ｃ ａ — Ｃ ｕ — Ｏ 和 Ｈｇ — Ｂ ａ — Ｃ ａ － Ｃ ｕ — Ｏ（ Ｈｇ 一 １ ２ ２ ３ 的 超 导 转 变 温 度 Ｔｃ 可 达
１ ３ ５ Ｋ） ， 但 由于 Ｔ ｌ 和 Ｈｇ的剧 毒性 而使 它们 的制 备 和
应 用 受 到 限制 ； Ｙ— Ｂ ａ — Ｃ ｕ — Ｏ、 Ｂ ｉ ２ Ｓ ｒ ２ Ｃ ａ Ｃ ｕ ＋ １ Ｏ２ ＋ ６ （ Ｂ ｉ 系） 高温超 导体 由于 化学稳定 性好 、 毒性 小 ， Ｔｃ均可 在 液氮 温度 以上 ， 因此 成为实 用化 的高温 超导 材料 体 系 。
高 温超导 材料 的应 用 ， 多 以包 复多 晶带 材及 薄 膜 形 式 为 主 。多晶带 材在 于 解 决 晶界 弱 连 接 问题 ， 从 而提 高 带 材 的临界 电流 密 度 Ｊ 。薄 膜 多 应 用 于射 频 及 微 波 通 讯领域 、 测热 辐射 仪 、 异质 结及 约瑟 夫森 结等 精密 测
膜技术 ， 最 大的 优点 在 于 能够 保 持 薄膜 的化 学计 量 与 多 晶靶 的一致 ， Ｐ Ｌ Ｄ 因此成 为 制备 高 质量 多 元 化合 物 高温超 导薄膜 最 常 用 的手 段 之 一Ｅ ｌ ｌ － Ｍ ］ ， 但 即使 采 用 该 种技术 在 生 长 Ｂ ｉ 一 ２ ２ １ ２薄 膜 时 ， 也 同样 可 能 面 临 着 薄 膜中 Ｂ ｉ 的缺 失 问题 ， 以及 其 它 杂 相 ｎ 。本 文 采 用 Ｐ Ｌ Ｄ技术 ， 通过 工艺条件 的摸 索和优 化 ， 获得 了具有 Ｃ
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。
常见镀膜方法调查
常见镀膜方法1、脉冲激光沉积（PLD）PLD原理：脉冲激光沉积法(PLD法)是一种全新的工艺,但是具有很大的潜力。
PLD法的原理是利用激光对物体进行轰击后被轰击出来的物质，将被轰击出来的物质沉淀在不同的衬底上，并得到沉淀或者薄膜的一种手段。
PLD优点：1、与其他工艺相比，作为一种全新的成膜技术，它的生长参数独立可调，并可精确控制化学计量比，从而易于实现超薄薄膜的生长和多层膜的制备，生长的薄膜结晶性能较好，膜的平整度也较高。
2、除非是极少数对该种激光而言是透明的材料，几乎所有的材料都可用PLD法制膜，可见PLD法可制膜种类之多。
3、PLD技术的成膜效率高，能够进行批量生产。
PLD缺点：1、在镀膜过程中，薄膜会被沉积在薄膜上的等离子体管中产生的微粒、气态原子和分子降低质量，采取一定的措施后也不能完全消除。
2、在控制掺杂、生长平滑的多层膜等方面PLD生长都比较困难，因此进一步提高薄膜的质量会比较困难。
3、PLD法镀膜厚度不够均匀,等离子体羽辉中的粒子速率在不同的方向有所不同,使粒子分布不均。
4、等离子局域分布难以形成大面积的薄膜。
应用及前景：有望在高质量ZnO薄膜的研究和生产中得到广泛的应用。
PLD法将在半导体薄膜、超晶格、超导、生物涂层等功能薄膜的制备方面发挥重要的作用；并能加快薄膜生长机理的研究和提高薄膜的应用水平,加速材料科学和凝聚态物理学的研究进程。
同时也为新型薄膜的制备提供了一种可行的方法。
2、化学气相沉积 (CVD)CVD原理：它是一种或几种气态反应物在衬底表面发生化学反应而沉积成膜的工艺。
反应物质是由金属载体化合物蒸汽和气体载体所构成，沉积在衬底上形成金属氧化物薄膜，衬底表面上发生的这种化学反应通常包括金属源材料的热分解和原位氧化。
优点：1、 CVD 技术所形成的膜层致密且均匀, 膜层与基体的结合牢固, 薄膜成分易控, 沉积速度快, 膜层质量也很稳定,某些特殊膜层还具有优异的光学、热学和电学性能, 因而可以实现批量生产。
Si(111)基片上Mg2Si薄膜的脉冲激光沉积
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟Si(111)基片上Mg2Si 薄膜的脉冲激光沉积采用脉冲激光沉积方法在Si(111) 基片上制备了Mg2 Si 薄膜。
研究了激光能量密度、退火气氛及压强、退火温度、退火时间等工艺条件对Mg2 Si 薄膜生长的影响。
用X 射线衍射仪分析了Mg2Si 薄膜的物相，用原子力显微镜、高分辨场发射扫描电镜表征了薄膜的形貌。
实验结果表明: 在激光能量密度为2.36 J /cm2 ，Si(111) 基片上室温、真空( 真空度10-6 Pa) 条件下沉积，在Ar 气压强为10 Pa，500℃，30 min 条件下原位退火得到了纯相、结构均匀、表面平整、厚度约为900 nm 的Mg2Si 多晶薄膜。
随着电子工业的发展和信息产业的兴起，为了实现器件的轻薄短小化和系统集成化，需要材料以薄膜的形式应用。
特别是随着半导体技术的飞速发展以及基于光电集成的设想，在Si 基片上生长Mg2Si 薄膜具有重要的意义。
基于硅衬底的Mg2Si 薄膜在光学材料、热电材料、太阳能电池、储氢材料以及合金材料改性等领域将具有广阔的潜在应用价值，Mg2Si 薄膜的制备成为学者研究的热点。
目前，制备Mg2Si 薄膜的方法主要有电化学技术、固相退火、分子束外延生长、溅射技术、辉光放电技术等方法[2 - 6]。
但由于Mg 的冷凝系数低、蒸气压高，而Mg 又极易挥发引起薄膜组分偏离化学计量比等问题，使得单相、多晶Mg2Si 薄膜沉积困难。
脉冲激光沉积( Pulsed Laser Deposition，PLD) 方法可以保证靶材和薄膜成分的一致性，在制备化合物薄膜方面具有其独特的优势，但目前有关采用PLD 技术在Si 基底上生长Mg2Si 薄膜的报道还很鲜见。
本文采用PLD 技术，在Si(111) 基片上制备Mg2Si 薄膜，研究PLD 工艺参数对Mg2Si 薄膜制备的影响，通过工艺优化制备得到纯相、结构均匀、表。
P型ZnO薄膜的脉冲激光沉积法制备及其特性研究
P型ZnO薄膜的脉冲激光沉积法制备及其特性研究氧化锌(ZnO)是一种重要的直接带隙宽禁带半导体材料,其室温下的禁带宽度为3.37 eV,激子束缚能为60 meV,理论上可以实现室温下的紫外光受激发射,这使其有望成为制造紫外光电器件的理想材料。
但是目前Zn0同质结发光二极管(LED)和激光二极管(LD)仍处于研究阶段,远未达到商业化应用水平,其中的一个重要原因就是高质量的p型ZnO难于制备。
针对这一情况,本文采用脉冲激光沉积(PLD)技术对p型ZnO薄膜的制备进行了较为细致的研究,主要研究内容概括如下：在不同生温度下制备了四组未掺杂ZnO薄膜,发现55℃生长的薄膜结晶质量和发光特性最好。
这表明,在我们的实验条件下,550℃是生长ZnO薄膜较为理想的温度。
制备了掺Sb的ZnO薄膜,研究了退火温度和生长温度对ZnO:Sb薄膜性质的影响。
发现550℃生长、950℃退火的ZnO:Sb薄膜导电类型为p型,空穴浓度达到2.290x1017cm-3。
该样品低温PL谱出现了强烈的A0X跃迁。
通过与相同条件制备的未掺杂ZnO 薄膜低温PL谱对比,证实了A0X发光峰与Sb的掺入有关。
氧空位是Zn0中一种常见的施主缺陷,为了防止高温退火使样品中的氧原子逃逸而产生氧空位,我们在ZnO:Sb薄膜上面覆盖了一层A1N薄膜,研究了AlN层对ZnO:Sb薄膜的保护作用。
实验结果表明,在较高温度下AlN层能够减少氧原子的逃逸,对ZnO:Sb薄膜起到有效保护作用。
这有利于制备高质量p型ZnO薄膜。
制备了掺P的ZnO薄膜,研究了生长温度对ZnO：P薄膜性质的影响。
350℃和450℃生长的样品呈现p型导电性,其中450℃生长的样品具有较低的电阻率1.846Ω·cm,和较高的霍尔迁移率6.63 cm2V-1s-1。
低温PL谱测试结果显示350℃和450℃生长的样品出现了很强的A0X跃迁。
通过与相同条件制备的未掺杂ZnO薄膜低温PL谱比较,证实了ZnO：P样品PL谱中的A0X发光峰与P的掺入有关。
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。
脉冲激光沉积技术制备超导薄膜的研究进展(综合评述)
高达 90 K 的 Y-Ba-Cu-O 高温超导体,实现了 T c 从液氦温区到液氮温区的跨越 [18-19] 。 目前常压下 T c 的最高
纪录( ~ 134 K) 仍然由铜氧化物超导体 Hg-Ba-Ca-Cu-O 保持 [20] 。
膜
[5]
YBCO 高温超导被发现的同一年,Bell 实验室的科学家们就成功地利用 LD 技术制备出该体系的薄
nitride and titanium oxide films by PLD is reviewed, and two developed PLD methods like superconducting long-tape and
large-area-film techniques for the practical application of high-T c superconductors are introduced. Additionally, an advanced
be successfully employed for building high-dimensional phase diagrams, exploring more key quantitative laws and then
understanding the underlying mechanism of high-T c superconductivity.
第6 期
林泽丰等:脉冲激光沉积技术制备超导薄膜的研究进展
1037
起了超导应用的半壁江山。 另一方面,超导薄膜在超导机理探索方面起着至关重要的作用,这是因为随着超
导材料库的不断扩大,人们发现有些超导体系难以合成高质量的单晶或多晶块材,而这些体系往往只能以亚
脉冲激光沉积PLD
脉冲激光沉积PLD
简单来说，脉冲激光沉积PLD(Pulsed Laser Deposition)确实是脉冲激光光束聚焦再固体靶面上，激光超强的功率使得靶物质快速等离子化，然后溅镀到目标物上。
脉冲激光沉积的优点有：
1.由于激光光子能量专门高，可溅射制备专门多困难的镀层：如高温超导薄膜，陶瓷氧化物薄膜，
多层金属薄膜等；PLD能够用来合成纳米管，纳米粉末等
2.PLD能够专门容易的连续融解多个材料，实现多层膜制备
3.PLD能够通过操纵激光能量和脉冲数，周密的操纵膜厚。
脉冲激光沉积对激光器的要求有：
1.尽可能幸免热效应：激光波长越短，越容易实现〝冷加工〞因此193nm,248nm的准分子激光器和
266nm,355nm的高次谐波ND:YAG固态激光器为客户所常用
2.大能量，短脉冲制造超过靶材的阈值的功率密度
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，易于爱护〔这一点Nd:YAG固态激光器要好于准分子激光器〕
先锋公司相关产品
激光光源部分：法国Quantel公司的脉冲Nd:YAG激光器，(链接)
举荐型号：
1.Brillant B 系列：即插即用型3倍频〔355nm〕，4倍频〔266nm〕结构；用户使用方便，也是商
用PLD系统OEM厂家的选择。
2.YG980系列：高能量输出，工作稳固，爱护方便。
是科研用PLD系统的首选。
测试系统部分：
1.等离子体光谱测试系统：英国Andor公司，
2.真空腔残余气体分析仪：美国SRS公司RGA200等
3.红外热像仪：美国Electrophysics公司PV320等。
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《表面科学与技术》课程作业关于脉冲激光沉积（PLD）薄膜技术的探讨摘要：薄膜材料广泛应用在半导体材料、超导材料、生物材料、微电子元件等方面。
为了得到高质量的薄膜材料，科学家一直在寻找和探讨各种新的技术，脉冲激光沉积（Pulsed Laser Diposition PLD）薄膜技术是近年来快速发展起来的使用范围最广，最有前途的制膜技术之一。
本文介绍了脉冲激光沉积(PLD)薄膜技术的原理及特点，并与其他薄膜技术进行对比，探讨衬底温度、靶材与基底的距离、退火温度、靶材的致密度、激光能量、激光频率等参数对薄膜质量的影响。
分析了脉冲激光沉积技术在功能薄膜材料中的应用和研究现状，并展望了该技术的应用前景。
关键字：脉冲激光沉积（PLD）等离子体薄膜技术前言上世纪60年代第一台红宝石激光器的问世，开启了激光与物质相互作用的全新领域。
科学家们发现当用激光照射固体材料时，有电子、离子和中性原子从固体表面逃逸出来，这些跑出来的粒子在材料附近形成一个发光的等离子区，其温度估计在几千到一万度之间，随后有人想到，若能使这些粒子在衬底上凝结，就可得到薄膜，这就是最初激光镀膜的概念。
最初有人尝试用激光制备光学薄膜，这种方法经分析类似于电子束打靶蒸发镀膜，没有体现出其优势来，因此这项技术一直不被人们重视。
直到1987年，美国Bell实验室首次成功地利用短波长脉冲准分子激光制备了高质量的钇钡铜氧超导薄膜，这一创举使得脉冲激光沉积(Pulsed Laser Deposition，简称PLD)技术受到国际上广大科研工作者的高度重视，从此PLD成为一种重要的制膜技术]1[1。
由于脉冲激光沉积技术具有许多优点，它被广泛用于铁电、半导体、金刚石(类金刚石)等多种功能薄膜以及生物陶瓷薄膜的制备上，可谓前途光明。
1. PLD 技术装置图及工作原理1.1 PLD系统脉冲沉积系统样式比较多，但是结构差不多，一般由准分子脉冲激光器、光路系统(光阑扫描器、会聚透镜、激光窗等)；沉积系统(真空室、抽真空泵、充气系统、靶材、基片加热器)；辅助设备(测控装置、监控装置、电机冷却系统)等组成]2[2，如图1-1所示。
1[1]邓国联，江建军．脉冲沉积技术在磁性薄膜制备中的应用[J]．材料导报2003，17(2)：66—68．原文：“1987年，美国Bell实验室首次成功地利用短波长脉冲准分子激光制备了高质量的钇钡铜氧(YBCO)超导薄膜，脉冲激光沉积(Pulsed Laser Deposition，简称PLD)技术才成为一种重要的制膜技术受到国际上广大科研工作者的高度重视。
”2[2] 高国棉陈长乐陈钊李谭王永仓金克新赵省贵(1西北工业大学理学院，西安1-1PLD系统设备结构示意图1.2 PLD镀膜原理脉冲激光沉积技术的主体是物理过程，但有时也会引入活性气体含化学反应过程。
其溅射过程使用的激光是多维脉冲激光，多是用来制备纳米薄膜。
PLD 镀膜技术是将准分子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熔蚀物，并进一步产生高温高压等离子体，这种等离子体能够产生定向局域膨胀发射并在衬底上沉积成膜]3[3。
脉冲激光作为一种新颖的加热源，其特点之一就是能量在空间和时间上高度集中。
从靶材经过激光束作用产生等离子体到粒子最后在基片表面凝结沉积成膜，整个PLD镀膜过程通常分为三个阶段]4[4：1.2.1激光与靶材相互作用产生等离子体脉冲激光烧蚀固体靶产生的等离子体过程非常复杂，而此过程对激光烧蚀沉积又非常关键。
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710072；2空军工程大学理学院，西安7l0052) 脉冲激光沉积(PLD)的研究动态与新发展材料导报2005年第19卷第2期原文：“典型PLD工艺的装置主要由激光器、真空系统和检测系统组成。
”3[3] 马玉英硕士学位论文脉冲激光沉积PLD制备FeSi2薄膜及性能研究2011年4月10日原文：“PLD 镀膜技术是用足够强度的激光照射凝聚态物质产生等离子体，等离子体与基片作用并在基片表面凝结成膜。
”4[4] 唐亚陆杜泽民(1．昆明理工大学光电子新材料研究所，云南昆明650093；2．淮阴工学院，江苏淮安223001；3．淮安军星科技学校，江苏，淮安223001) 脉冲激光沉积(PLD)原理及其应用桂林电子工业学院学报2006年2月第26卷第1期原文：“1激光与靶材相互作用产生等离子体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) 3等离子体在基片上成核、长大形成薄膜。
”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。
靶材离化蒸发量与吸收的激光能量密度之间有下列关系]5[5：H I I R d ∆--=∆.)()1(0ρτd ∆ 是靶材在束斑面积内的蒸发厚度；R 是材料的反射系数；τ 是激光脉冲持续时间；I 是入射激光束的能量密度；0I 是激光束蒸发的阈值能量密度，它与材料的吸收系数等有关；ρ 是靶材的体密度；∆H 是靶材的汽化潜热。
靶材表面附近形成了一种复杂的层状结构如图1-2所示。
A — 固态靶；B —熔化的液态层；C —气态和等离子体层；D —膨胀后的等离子体1-2 脉冲过程靶表面的结构示意图1.2.2 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较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]6[6，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。
1.2.3 等离子体在基片上成核、长大形成薄膜5 [5] 刘玫 山东师范大学 硕士学位论文 脉冲激光沉积PLD 半导体材料结构特性的研究 2006年4月10日 原文：“等离子体一旦形成，它又以新的机制吸收光能而被加热到10T4以上，表现为一个具有致密核心的闪亮的等离子体火焰。
靶材离化蒸发量与吸收的激光能量密度之间有下列关系……”6 [6] 高国棉 陈长乐 王永仓 陈 钊 李 谭 脉冲激光沉积（PLD ）技术及其应用研究 空军工程大学学报 2005年6月 第5卷 第3期激光等离子体与基片相互作用的机理如图1-3所示，开始时向基片输入高能离子，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，形成一个高温和高离子密度的对撞区，阻碍了落入离子流直接通向基片。
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（溅射区）]7[7，一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。
1-3粒子流的相互作用图2. PLD技术相比其他制模技术的特点由于脉冲激光沉积的独特物理过程，和其它制膜技术相比，简单易操作，主要有下述优点：（1）适用于多组元化合物的沉积，可对化学成分复杂的复合物材料进行全等同镀膜，激光法的非选择一致蒸发有利于沉积此类薄膜，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]8[8。
（2）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得多。
（3）反应迅速，生长快，能够沉积高质量纳米薄膜，通常情况下一小时可获1 m左右的薄膜。
高的离子动能具有显著增强二维生长和显著抑制三维生长的作用，促进薄膜的生长沿二维展开，因而能获得连续的极细薄膜而不形成分离核岛。
原文：“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。
”7[7] 牵美成陈学康杨建平王菁赵连城脉冲激光纳米薄膜制备技术红外与激光工程2010年12月第29卷第6期原文：“根据对激光等离子体在固体表面附近作用过程的研究和分析，激光等离子体与片基表面相互作用的机理可描述如下。
开始时向片基输入高能离子，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，形成了一个高温和高粒子密度的对撞区，阻碍了落入离子流直接通向片基”8[8] 吕珂脉冲激光沉积PLD技术及其应用（华东交通大学基础学院物理系，江西南昌330013）2009年5月原文：“激光法的非选择一致蒸发有利于沉积此类薄膜，与靶材成分容易一致是PLD的最大优点。
”(4)定向性强、薄膜分辩率高，能实现微区沉积。
（5）沉积温度低，可以在室温下原位生长取向一致的织构膜和外延单晶膜。
（6）换靶装置简单，便于实现多层膜及超晶格的生长，多层膜的原位沉积便于产生原子级清洁的界面。
(7)靶材易制备不需加热，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]9[9。
(8) 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。
(9) 可以蒸发金属、半导体、陶瓷等无机材料，有利于解决难熔材料的薄膜沉积问题]10[10。
尽管脉冲激光沉积技术有许多优点，但是也有一些缺点，主要体现在：(1) 激光与靶材作用时溅射出的熔融状态小颗粒和碎片严重影响了制备薄膜的质量。
(2) 薄膜厚度不够均匀。
激光烧蚀产生的等离子体在不同空间方向上的粒子速率不同，造成空间粒子能量和数量的不均匀分布；(3) 等离子定向局域膨胀，颗粒分布空间有限，难以制备大面积薄膜。
3.影响PLD镀膜表面质量的因素要探讨影响镀层薄膜质量的因素首先必须要了解PLD镀膜工艺的流程。
PLD 镀膜基本工艺流程为：衬底清洗——靶材安装——衬底放置——靶基距调节——光路准直——抽真空——衬底加热——沉积薄膜——退火。
影响工艺流程的因素也必将影响成膜的表面质量，脉冲激光沉积薄膜质量的好坏与入射激光的波长、激光能量密度、衬底溅射温度、靶基距等工艺参数的选取是否合理有关。