脈沖激光沉積機(jī)制

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PLD的系統(tǒng)設(shè)備簡(jiǎn)單，相反，它的原理卻是非常復(fù)雜的物理現(xiàn)象?；?采用適合于氧氣環(huán)境鉑金加熱片，大小2英寸，加熱溫度可達(dá)1200攝氏度，溫度差<。它涉及高能量脈沖輻射沖擊固體靶時(shí)，激光與物質(zhì)之間的所有物理相互作用，亦包括等離子羽狀物的形成，其后已熔化的物質(zhì)通過等離子羽狀物到達(dá)已加熱的基片表面的轉(zhuǎn)移，及膜的生成過程。所以，PLD一般可以分為以下四個(gè)階段：

1. 激光輻射與靶的相互作用

2. 熔化物質(zhì)的動(dòng)態(tài)

3. 熔化物質(zhì)在基片的沉積

4. 薄膜在基片表面的成核（nucleation）與生成。

脈沖激光沉積

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在一階段，激光束聚焦在靶的表面。達(dá)到足夠的高能量通量與短脈沖寬度時(shí)，靶表面的一切元素會(huì)快速受熱，到達(dá)蒸發(fā)溫度。物質(zhì)會(huì)從靶中分離出來，而蒸發(fā)出來的物質(zhì)的成分與靶的化學(xué)計(jì)量相同。它涉及高能量脈沖輻射沖擊固體靶時(shí)，激光與物質(zhì)之間的所有物理相互作用，亦包括等離子羽狀物的形成，其后已熔化的物質(zhì)通過等離子羽狀物到達(dá)已加熱的基片表面的轉(zhuǎn)移，及膜的生成過程。物質(zhì)的瞬時(shí)熔化率大大取決于激光照射到靶上的流量。熔化機(jī)制涉及許多復(fù)雜的物理現(xiàn)象，例如碰撞、熱，與電子的激發(fā)、層離，以及流體力學(xué)。

在第二階段，根據(jù)氣體動(dòng)力學(xué)定律，發(fā)射出來的物質(zhì)有移向基片的傾向，并出現(xiàn)向前散射峰化現(xiàn)象?？臻g厚度隨函數(shù)cosnθ而變化，而n>>1。激光光斑的面積與等離子的溫度，對(duì)沉積膜是否均勻有重要的影響。另外，PLD是一種“數(shù)字”技術(shù)，在納米尺度上進(jìn)行工藝控制（A°/pulse）。靶與基片的距離是另一個(gè)因素，支配熔化物質(zhì)的角度范圍。亦發(fā)現(xiàn)，將一塊障板放近基片會(huì)縮小角度范圍。

第三階段是決定薄膜質(zhì)量的關(guān)鍵。放出的高能核素碰擊基片表面，可能對(duì)基片造成各種破壞。高能核素濺射表面的部分原子，而在入射流與受濺射原子之間，建立了一個(gè)碰撞區(qū)。電拋光腔體，主腔呈方形，其前部是鉸鏈門，方便更換基底和靶材3。膜在這個(gè)熱能區(qū)（碰撞區(qū)）形成后立即生成，這個(gè)區(qū)域正好成為凝結(jié)粒子的較佳場(chǎng)所。只要凝結(jié)率比受濺射粒子的釋放率高，熱平衡狀況便能夠快速達(dá)到，由於熔化粒子流減弱，膜便能在基片表面生成。

脈沖激光沉積的優(yōu)點(diǎn)

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1. 易獲得期望化學(xué)計(jì)量比的多組分薄膜，即具有良好的保成分性；

2. 沉積速率高，試驗(yàn)周期短，襯底溫度要求低，制備的薄膜均勻；

3. 工藝參數(shù)任意調(diào)節(jié)，對(duì)靶材的種類沒有限制；

4. 發(fā)展?jié)摿薮螅哂袠O大的兼容性；

5. 便于清潔處理，可以制備多種薄膜材料。

脈沖激光沉積選件介紹

激光分子束外延(Laser MBE )

激光MBE 是普遍采用的術(shù)語，該法是一種納米尺度薄膜合成的理想方法，高真空下的PLD 與在線工藝監(jiān)測(cè)的反射高能電子衍射（RHEED）的聯(lián)合應(yīng)用，用戶提供了類似于MBE 的薄膜生長(zhǎng)的單分子水平控制。

正確的設(shè)計(jì)是成功使用RHEED 和PLD 的重要因數(shù)

RHEED 通常在高真空（<10-6 torr）環(huán)境下使用。然而，因?yàn)樵谀承┨厥馇闆r下，PLD 采用較高的壓力，差動(dòng)抽氣是必要的，

維持RHEED 槍的工作壓力，同時(shí)保持500 mTorr 的PLD 工藝壓力。同時(shí)，設(shè)計(jì)完整的系統(tǒng)消除磁場(chǎng)對(duì)電子束的影響是至關(guān)重要的。Neocera 的激光MBE 系統(tǒng)可以為用戶提供在壓力達(dá)到500 mTorr 時(shí)所需的單分子層控制。

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