脉冲激光沉积
脉冲激光沉积
目录
定义
历史背景
发展历程
PLD的机制
PLD主要优点
编辑本段定义
脉冲激光沉积（Pulsed Laser Deposition，PLD），也被称为脉冲激光烧蚀（pulsed laser ablation，PLA），是一种利用激光对物体进行轰击，然后将轰击出来的物质沉淀在不同的衬底上，得到沉淀或者薄膜的一种手段。
编辑本段历史背景
早于1916年，爱因斯坦（Albert Einstein）已提出受激发射作用的假设。可是，首部以红宝石棒为产生激光媒介的激光器，却要到1960年，才由梅曼（Theodore H. Maiman）在休斯实验研究所建造出来。总共相隔了44年。使用激光来熔化物料的历史，要追溯到1962年，布里奇（Breech）与克罗斯（Cross）利用红宝石激光器，汽化与激发固体表面的原子。三年后，史密斯（Smith）与特纳（Turner）利用红宝石激光器沉积薄膜，视为脉冲激光沉积技术发展的源头。
编辑本段发展历程
不过，脉冲激光沉积的发展与探究，处处受制。事实上，当时的激光科技还未成熟，可以得到的激光种类有限；输出的激光既不稳定，重复频率亦太低，使任何实际的膜生成过程均不能付诸实行。因此，PLD在薄膜制作的发展比其它技术落后。以分子束外延（MBE）为例，制造出来的薄膜质素就优良得多。
往后十年，由于激光科技的急速发展，提升了PLD的竞争能力。与早前的红宝石激光器相比，当时的激光有较高的重复频率，使薄膜制作得以实现。随后，可靠的电子Q开关激光（electronic Q-switches lasers）面世，能够产生极短的激光脉冲。因此，PLD能够用来做到将靶一致蒸发，并沉积出化学计量薄膜。由于紫外线辐射，薄膜受吸收的深度较浅。之后发展出来的高效谐波激光器（harmonic generator）与激基分子激光器（excimer）甚至可产生出强烈的紫外线辐射。自此以后，以非热能激光熔化靶物质变得极为有效。
自1987年成功制作高温的Tc超导膜开始，用作膜制造技术的脉冲激光沉积获得普遍赞誉，并吸引了广泛的注意。过去十年，脉冲激光沉积已用来制作具备外延特性的晶体薄膜。陶瓷氧化物（ceramic oxide）、氮化物膜（nitride films）、金属多层膜（metallic multilayers），以及各种超晶格（superlattices）都可以用PLD来制作。近来亦有报告指出，利用PLD可合成纳米管（nanotubes）、纳米粉末（nanopowders），以及量子点（quantum dots）。关于复制能力、大面积递增及多级数的相关生产议题，亦已经有人开始讨论。因此，薄膜制造在工业上可以说已迈入新纪元。
编辑本段PLD的机制
PLD的系统设备简单，相反，它的原理却是非常复杂的物理现象。它涉及高能量脉冲辐射冲击固体靶时，激光与物质之间的所有物理相互作用，亦包括等离子羽状物的形成，其后已熔化的物质通过等离子羽状物到达已加热的基片表面的转移，及最后的膜生成过程。所以，PLD一般可以分为以下四个阶段：
1. 激光辐射与靶的相互作用
2. 熔化物质的动态
3. 熔化物质在基片的沉积
4. 薄膜在基片表面的成核（nucleation）与生成
编辑本段PLD主要优点
1. 易获得期望化学计量比的多组分薄膜，即具有良好的保成分性；
2. 沉积速率高，试验周期短，衬底温度要求低，制备的薄膜均匀；
3. 工艺参数任意调节，对靶材的种类没有限制；
4. 发展潜力巨大，具有极大的兼容性；
5. 便于清洁处理，可以制备多种薄膜材料。
脉冲激光沉积系统(PLD)的应用——制备GaN薄膜
李晓兰等：脉；中激光沉积系统（ＰＩ Ｄ）的应用——制备ＧａＮ薄膜
脉冲激光沉积系统（ＰＬＤ）的应用——制备ＧａＮ薄膜
李晓兰，薛 琴，王建秋
（江西师范大学物理与通信电子学院江西省光电子与通信重点实验室 江西南昌 ３３００２７）
摘要：采用脉冲激光沉积技术，在Ａ１ ０。衬底上生长ＧａＮ薄膜，利用ｘ射线衍射（ＸＲＤ）、原子力显微镜（ＡＦＭ）研究不 同沉积温度、不同沉积压强对所生长的ＧａＮ薄膜晶体结构特征的影响。研究表明，在７５０℃的沉积温度时，ＧａＮ薄膜的结 晶质量较高；在２Ｏ Ｐａ以下的沉积气压下，ＧａＮ薄膜的晶体质量随着沉积气压的升高而提高。 关键词：脉冲激光沉积系统；ＧａＮ材料；薄膜材料；沉积温度；沉积气压 ‘ 中图分类号：ＴＮ４０ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００４—３７３Ｘ（２００８）２２—０１ ２一Ｏ３
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｕｌｓｅｄ Ｌａｓｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ＰＬＤ Ｓｙｓｔｅｍ：Ｍａｋｉｎｇ ＧａＮ Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ
Ｉ．Ｉ Ｘｉａｏｌａｎ，ＸＵＥ Ｑｉｎ，ＷＡＮＧ Ｊｉａｎｑｉｕ （Ｊｉａｎｇｘｉ Ｏｐｔｉｃ—ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ＆Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｋｅｙ Ｌａｂ，Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ＆．Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｊｉａｎｇｘｉ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｃｈａｎｇ，３３００２７，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｙ ａ Ｐｕｌｓｅｄ Ｌａｓｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＰＩ Ｄ），ＧａＮ ｆｉｌｍｓ ｈａｖｅ ｇｒｏｗｎ ｏｎ Ａ１２ Ｏ３ ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ．Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｕｂ— ｓｔｒａｔｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｏｎ ｔｈｅ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｉｔｙ ｏｆ ＧａＮ ｆｉｌｍｓ ａｒｅ ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙ ｓｔｕｄｉｅｄ ｂｙ Ｘ～ｒａｙ Ｄｉｆ ｆｒａｃｔｉｏｎ（ＸＲＤ），Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ（ＡＦＭ）．Ｉｔ ｉｓ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｈｉｇｈ—ｑｕａｌｉｔｙ ｈｅｘａｇｏｎａｌ ｗｕｒｔｚｉｔｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｕｓｉｎｇ ａ ｓｕｂ— ｓｔｒａｔｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ７５０℃，ａｎｄ ｔｈｅ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ（ ａＮ ｆｉｌｍｓ ｉｓ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｗｉｔｈ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｔｏ ２０Ｐａ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＰＬＤ ｓｙｓｔｅｍ；（ ａＮ ｍａｔｅｒｉａｌ；ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ；ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｐｒｅｓｓｕｒｅ
无催化脉冲激光沉积方法制备氧化锌纳米棒阵列
河南科技
上工业技术INDUSTRYTECHNOLOGY
大连交通大学信息工程学院张凤张喜林
近年来，半导体纳米结构因其在先进器件等方面存在广阔的应用前景，而成为国内外纳米领域人们关注的又一热点。其中，ZnO纳米阵列结构被认为是其中最具有应用前景之一。ZnO是一种宽禁带直接带隙II-IV族半导体材料，室温下禁带宽度为3.37eV，具有较大的激子束缚能（60meV），它具有良好的压电性和生物适合性，可用于机电耦合传感器和生物医药领域。而且，制备ZnO纳米结构的技术较多，如化学气相沉积（CVD）、金属有机化学气相沉积（MOCVD）、热蒸发、分子束外延（MBE）、脉冲激光沉积（PLD）等。因此，ZnO纳米结构成为众多研究者关注的焦点，许多研究人员通过不同制备技术得到了形貌各异的ZnO纳米结构。Wang等人采用固相-气相热升华方法制备出多种形貌的ZnO纳米结构。对于合成ZnO纳米结构，此方法是应用最为广泛的方法，通常采用金属Au，Co，Cu等作为催化剂，但同时也引入杂质。因此发展无催化技术制备ZnO纳米结构是非常重要的。Vayssieres通过无催化水液法合成ZnO纳米柱阵列和纳米线。Chen等人用无催化声化学方法合成花状ZnO纳米柱。但是，到目前还没有关于无催化PLD方法制备ZnO纳米结构的报道。据了解，目前没有关于采用PLD技术在磷化铟（InP）衬底上制备ZnO纳米结构的报道。PLD技术具有产生高能粒子、低温下成膜质量高、保持原材料化学计量比等特点而得到广泛应用。InP在半导体器件生产方面具有很多优势：易解理、导电性好、抗辐射等，已被广泛应用于军事、航空、航天领域。本研究选用InP（100）作为衬底，利用KrF激光器刻蚀ZnO陶瓷靶材在InP衬底上预沉积一层ZnO薄膜作为缓冲层。预沉积的ZnO薄膜在衬底表面形成均匀的小岛状结构，诱导生长ZnO纳米棒。生长的ZnO纳米棒具有良好的择优生长取向，均匀地垂直于衬底表面，晶体质量和光学性质较好。ZnO纳米棒的成功制备表明这是一种有效的无需金属催化的纳米结构合成方法。一、氧化锌纳米棒制备实验通过刻蚀ZnO陶瓷靶材（5N纯度）在InP（100）衬底上制备出ZnO纳米棒阵列。采用标准的半导体清洗工艺清洗InP基底：甲苯、丙酮、乙醇依次分别水浴超声清洗10min，再用去离子水（ρ＞18MΩ.cm）反复冲洗10min，之后用H2SO4∶H2O2∶H2O=4∶1∶1（体积比）的溶液腐蚀10分钟以去除表面的氧化物，去离子水冲洗10min。将清洗干净的InP衬底用高纯氮气吹干并在氮气的保护下放入生长室，以20℃/min的速率加热衬底。沉积过程中，采用KrF（248nm，5Hz）准分子激光刻蚀ZnO靶材，产生大约0.25cm2的放射区域，激光能量密度保持为2.5J/cm2，衬底与靶材之间距离为5。为了获得均匀的薄膜，衬底托保持的速率自转。通过下面的步骤制备ZO纳米棒：起初，腔体背景压强抽至10~3Pa，经过氧气净化装置处理后的干燥氧气通入生长室，流量为35SCCM（标准：立方厘米每分钟），生长室压强升至100Pa并在实验过程中维持此压强。保持衬底温度为300℃，在InP衬底上预沉积一层厚度大约100nm的ZnO薄膜作为缓冲层。之后升高衬底温度，维持衬底温度在450℃，且其他条件不变，生长90min后整个系统自然降至室温取出样品。可以看到一层白色的产物沉积在衬底表面。分别采用扫描电子显微镜（SEM），X射线衍射（XRD），光致发光谱（PL）表征制备出的ZnO样品的形貌、晶体结构和光学性质。二、实验结果图1是ZnO样品的表面形貌图。图1（a）是ZnO缓冲层的SEM图，从图中可以看出在衬底上形成了均匀的ZnO缓冲层，由于ZnO和InP衬底之间的晶格适配较大，因此在衬底表面形成小岛状ZnO核，对于生长ZnO纳米棒起到无催化作用，这是最初形成ZnO纳米棒的关键。ZnO纳米棒的最初形貌如图1（a）所示，可以看出最初的生长方向垂直于衬底。另外，可以看到纳米棒只在有小岛状ZnO核处形成，没有小岛状ZnO核的地方没有形成纳米棒，这证明了缓冲层对ZnO纳米棒生长起到诱导作用。ZnO缓冲层与ZnO纳米棒之间没有晶格适配，因此均匀的ZnO缓冲层诱导生长出均匀的ZnO纳米棒阵列。从图1（b）中可以清楚地看到彼此分立的ZnO纳米棒沿着垂直于衬底的方向形成阵列，纳米棒顶部呈现出光滑平整的六边形结构。ZnO纳米棒的平均直径为400nm，这可以在实际的激光媒体中得到重要应用。
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。因此，PLD激光脉冲沈积氟化物材料具有广泛的应用前景。
脉冲激光沉积AIN薄膜的结构表征和性能研究进展
脉冲激光沉积ＡｌＮ薄膜的结构表征和性能研究进展／谢尚异等 ・４５・
脉冲激光沉积ＡＩＮ薄膜的结构表征和性能研究进展
谢尚羿，何欢，符跃春
（广西大学材料科学与工程学院有色金属及材料加工新技术教育部重点实验室，南宁５３０ＯＯ４）
摘要 脉冲激光沉积法（ＰＬＤ）以其低温成膜优势被公认为是宽禁带半导体Ａ１Ｎ薄膜的优选制备方法。获得
高质量的Ａ１Ｎ薄膜需要最佳的薄膜／衬底匹配和Ｘ－艺参数。综述了各种常见异质外延衬底与Ａ１Ｎ薄膜的取向关系， 分析了影响薄膜质量的工艺因素，介绍了薄膜在电、光、热方面的性能研究现状，并指出了今后工作的方向。 关键词 脉冲激光沉积ＡＩＮ薄膜衬底工艺参数性能
Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉ０ｎ ａｎｄ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ＡＩＮ Ｆｉｌｍ
Ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ Ｐｕｌｓｅｄ Ｌａｓｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ
ＸＩＥ Ｓｈａｎｇｓｈｅｎｇ，ＨＥ Ｈｕａｎ。ＦＵ Ｙｕｅｃｈｕｎ
（Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｎｅｗ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ｎｏｎｆｅｒｒｏｕｓ Ｍｅｔａｌ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｏｆ Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，
Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌ，Ｇｕａｎｇｘｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｎｉｎｇ ５３０００４）
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｐｕｌｓｅｄ ｌａｓｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＰＬＤ）ｈａｓ ｂｅｃｏｍｅ ａｎ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｔｏ ｆａｂｒｉｃａｔｅ ｔｈｅ ｗｉｄｅ ｂａｎｄｇａｐ Ａ１Ｎ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｆｉｌｍ ｄｕｅ ｔｏ ｉｔｓ ｌｏｗ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ｏｐｔｉｍａｌ ｆｉｌｍ／ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｍａｔｃｈｉｎｇ ａｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ
ａｒｅ ｎｅｅｄｅｄ ｔｏ ｏｂｔａｉｎ ｈｉｇｈ－ｑｕａｌｉｔｙ Ａ１Ｎ ｆｉｌｍｓ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｓｅｖｅｒａｌ ｈｅｔｅｒｏ ｓｕｂ— ｓｔｒａｔｅｓ ａｎｄ Ａ１Ｎ ｆｉｌｍｓ ｉｓ ｒｅｖｉｅｗｅｄ．Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｎ ｔｈｅ ｆｉｌｍ ｑｕａｌｉｔｙ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ，
脉冲激光沉积制备ZnO电致发光器件的研究进展
：１ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ 研究报告
脉冲激光沉积制备Ｚ ｎ ０电致发光器件的研究进展①
史冬霞 梁齐 周思林 王亚飞 李坤明 牛少华 （合肥工业大学电子科学与应用物理学院 合肥 ２３０００９）
摘要：电致发光器件吴有广阔的应用前景。而ｚｎｏ具有优良的发光特性，已成为制备电致发光器件材料的研究热点。近年来人们一直积 极探索利用各种工艺方法制备ＺｎＯ电致发光器件，希望获得发光效率高的器件，其中利用脉冲激光沉积（ＰＬＤ）法制备ＺｎＯ电致发光器件成 为备受关注的课题，本文综述了用脉冲激光沉积制备ＺｎＯ电致发光器件的研究进展，包括ＺｎＯ同质结器件和ＺｎＯ异质结器件。 关键词：ＺｎＯ 脉冲激光沉积 电致发光 中图分类号：ＴＮ３８３．１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７４－０９８Ｘ（２０１ｏ）ｏ７（ａ）－００１０－－０２
１引言
随着半导体工艺技术的发展，人们正
积极探索高发光效率的半导体材料与器
件，ＺｎＯ是Ⅱ一Ⅵ族宽禁带化合物半导体，
因其原料丰富、价格低廉、对环境无毒无害
等优点获得了很大关注。室温下，ＺｎＯ的禁
带宽度为３．３７ｅＶ，大于可见光的光子能量，
结晶质量良好的ＺｎＯ薄膜在可见光波段的
透射率可达９Ｏ％以上。ＺｎＯ材料的激子束缚
能高达６０ｍｅＶ，高于ＧａＮ（２５ｍｅＶ）、ＺｎＳ
（４０ｍｅＶ）等其他宽禁带半导体材料，能有效
工作于室温及更高温度，而且光增益系数
高于ＧａＮ［ 。这些特性使其具备了室温下短
波长发光的优越条件，有望开发出紫外、绿
光、蓝光等多种发光器件 。近年来，人们
不断努力尝试，希望研制出发光效率高具
有应用价值的的Ｚｎ０发光器件。
许多方法被用于制备ＺｎＯ材料，如金属
有机物化学气相沉积【６】、射频磁控溅射［７］、激
光分子束外延生长ｆ 】及物理热蒸法例等。随
着高功率脉冲激光技术的发展，脉冲激光
沉积（ｐｕｌｓｅｄ ｌａｓｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，ＰＬＤ）技术作
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
脉冲激光沉积技术
第２４卷第４期 ２００８年８月 山西大同大学学报（自然科学版） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｈａｎｘｉ Ｄａｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ） Ｖｏ１．２４．Ｎｏ．４ Ａｕｇ．２００８
脉冲激光沉积技术
王萍，解廷月，李海
（山西大同大学物理与电子科学学院，山西大同０３７００９）
摘要：薄膜技术作为一种有效的手段为材料的集成和器件的制备提供了坚实的基础．本文主要介绍脉冲激光
沉积技术的基本原理、特点、优点和缺点．该方法尤其适合用来生长多组分、化学结构复杂的过渡金属氧化物薄膜．
关键词：脉冲激光沉积 薄膜技术
中图分类号：ＴＮ２４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７４—０８７４（２００８）０４—００１９—０４
在材料科学研究领域中，早期的工作大都集中
于对已有材料性能的研究而忽视了其潜在的应用；
现如今，人们更热衷于为实现某一特殊功能而对材
料进行专门的设计、合成、分析和应用，这其中一
些化学成分和结构复杂的材料往往以薄膜的形式
出现在人们的研究工作之中．上世纪８Ｏ年代中期，
高温超导电性的发现无论是在基础理论研究方面
还是在实际应用方面都显示出巨大的吸引力．但是，
这些高温超导铜氧化物材料通常具有四种或更多
的元素且晶体结构复杂．因此，如何生长高质量的
高温超导薄膜成为当时摆在科研工作者面前的一
个难题．显然，传统的薄膜沉积方法，如化学气相沉
积（ＣＶＤ）根本不可能生长出高质量的单相的铜氧化
物超导体．在当时，人们认为似乎只有通过溅射沉
积（ＳＤ）技术可以“容易地”得到这些材料的薄膜【ｎ．出
人意料的是，在１９８７年，Ｖｅｎｋａｔｅｓａｎ及其合作者首
次使用当时鲜为人知的技术——脉冲激光沉积技
术（ＰＬＤ）生长出了高质量的ＹＢＣＯ薄膜Ｉ２Ｊ．因此。在
一定程度上可以说：正是高温超导电性的发现使得
人们对薄膜生长技术的研究进入了一个新的时代．
在此后的５年中。仅文献中报道的可以用ＰＬＤ方法
脉冲激光气相沉积技术及其在ICF薄膜靶制备中的应用
第
14卷 第
6期强激光与粒子束
Vol.14,No.6
2002年
11月
HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSNov.,2002
文章编号
:
10012
4322(
2002)
062
08732
04
脉冲激光气相沉积技术及其在
ICF
薄膜靶制备中的应用Ξ
吴卫东
, 许 华
, 魏 胜
, 唐永建
, 陈正豪
(中国工程物理研究院激光聚变研究中心
,四川绵阳
621900)
摘 要
: 在
ICF实验及天体物理的辐射不透明实验中
,经常用到多层薄膜靶
,激光脉冲气相沉积(
PLD)技
术是制备多层薄膜靶的较好方法。论述了
PLD技术的原理、实验方法和装置的设计
,用该方法初步制备了原
子级光滑的
Cu及
CuΠ
Fe薄膜。
Cu薄膜的均方根粗糙度为
0.2nm,Fe薄膜的均方根粗糙度为
0.4nm。
关键词
: 脉冲激光气相沉积
;
ICF; 靶制备
中图分类号
:
TL639.11 文献标识码
:
A
在间接驱动
ICF实验中
,驱动燃料靶丸的能量来自激光加热黑腔产生的软
X射线
,因此改善黑腔的材料以
增强产生软
X射线的能量和提高软
X射线的利用率是一个重要的问题
,而多层膜和混合膜是解决这一问题的
有效途径
;同时在进行辐射不透明度的研究时也常常用到多层靶和合金靶。因此
,多层金属薄膜靶的制备技术
日益受到人们关注。
脉冲激光器在过去的三十多年被用来产生高温高密度等离子体。二十世纪八十年代以来
,人们开始使用
功率密度稍低的准分子激光器来沉积薄膜材料[1～6]
。利用大功率激光的热效应来制备薄膜[7～9]
,其原理是将激
光束经过窗口引入真空容器内
,照射并加热蒸发蒸镀材料
,使其沉积在基片上。这种方法的特点可概括如下
:
(
1)可以蒸镀能吸收激光的高熔点物质(如石墨
,其熔点
>3500℃)
;(
2)可得到极大的蒸发速率
;(
3)使用脉冲
激光仅使靶表面层熔化、蒸发
,蒸镀方法特殊
;(
4)材料加热源与蒸镀材料、基片不处于同一腔室
,因此容易控
制蒸镀环境气氛。例如可使环境气氛保持在超高真空下
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〕
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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
脉冲激光沉积的原理及应用
脉冲激光沉积的原理及应用
1. 前言
脉冲激光沉积是一种先进的加工技术，它利用高能脉冲激光束对材料进行瞬间加热和冷却，从而实现材料的沉积和成型。本文将介绍脉冲激光沉积的原理以及它在不同领域中的应用。
2. 脉冲激光沉积的原理
脉冲激光沉积的原理可以简单概括为以下几个步骤：
• 步骤一：利用适当的铺层方法，将一层金属粉末均匀铺在工作台上。
• 步骤二：使用高能脉冲激光束对金属粉末进行瞬间加热，使其表面熔化并融合在一起。
• 步骤三：脉冲激光束停止后，融化的金属粉末迅速冷却固化，形成一层固体金属沉积物。
• 步骤四：重复以上步骤，逐渐堆积多层金属沉积物，最终形成所需的三维结构。
脉冲激光沉积的原理是利用高能脉冲激光束的瞬间加热和冷却特性，实现金属粉末的快速熔化和固化，以及其在三维空间中的沉积和成型。
3. 脉冲激光沉积的应用
脉冲激光沉积技术在众多领域中都有广泛的应用。以下是一些典型的应用领域。
3.1 高精度制造
脉冲激光沉积技术可以实现高精度的制造，特别适用于制造复杂形状的零部件或器件。例如，在航空航天领域，可以使用脉冲激光沉积技术制造具有复杂内部结构的燃烧室等零部件，以提升发动机的性能和可靠性。
3.2 修复与再制造
脉冲激光沉积技术可以用于修复和再制造各种零部件。通过在损伤或磨损部位进行局部加热和沉积，可以修复或增强零部件的功能。这在汽车制造、机械制造等行业中具有重要应用价值。 3.3 仿生医学
脉冲激光沉积技术可以用于制造仿生医学器件，如人工骨骼、关节和牙齿等。通过将生物材料与金属粉末混合，脉冲激光沉积技术可以制造出具有高度仿真生物结构和功能的器件，为医学研究和临床治疗提供了新的可能性。
3.4 材料研究
脉冲激光沉积技术在材料研究领域中也有广泛的应用。通过控制脉冲激光的参数和材料粉末的性质，可以制备出具有特殊结构和性能的材料。这对于研究新型材料的特性和应用具有重要意义。
4. 总结
脉冲激光沉积技术是一种先进的加工技术，利用高能脉冲激光束对材料进行瞬间加热和冷却，实现材料的沉积和成型。它在高精度制造、修复与再制造、仿生医学以及材料研究等领域都有广泛的应用。随着技术的不断进步和创新，脉冲激光沉积技术将为各个领域的发展带来更大的贡献。