脈沖激光沉積機制

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PLD的系統(tǒng)設備簡單，相反，它的原理卻是非常復雜的物理現(xiàn)象。它涉及高能量脈沖輻射沖擊固體靶時，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已加熱的基片表面的轉(zhuǎn)移，及膜的生成過程。在眾多的薄膜制備方法中，脈沖激光沉積技術的應用較為廣泛，可用來制備金屬、半導體、氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硅化物、硫化物及氟化物等各種物質(zhì)薄膜，甚至還用來制備一些難以合成的材料膜，如金剛石、立方氮化物膜等。所以，PLD一般可以分為以下四個階段：

1. 激光輻射與靶的相互作用

2. 熔化物質(zhì)的動態(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。

脈沖激光沉積原理

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脈沖激光沉積原理：在真空環(huán)境下利用脈沖激光對靶材表面進行轟擊，利用激光產(chǎn)生的局域熱量將靶材物質(zhì)轟擊出來，再沉積在不同的襯底上，從而形成薄膜。

脈沖激光沉積細節(jié)介紹

很多復雜氧化物薄膜在相對高的氧氣壓力（>100 Torr）下冷卻是有利的。所有Pioneer 系統(tǒng)設計的工作壓力范圍。從它們的額定初始壓力到大氣壓力。這也有益于納米粒子的生成。

Pioneer PLD 系統(tǒng)的激光束入射角為45°，保持了激光密度在靶材上的均勻性，同時避免使用復雜而昂貴的光學部件。淺的入射角能夠拉長靶材上的激光斑點，導致密度均勻性的損失。

為了避免使用昂貴的與氧氣兼容的真空泵流體，消除油的回流對薄膜質(zhì)量的影響，所有Pioneer 系統(tǒng)的標準配置都采用無油真空系統(tǒng)。

我們的研究表明靶和基片的距離是獲得較佳薄膜質(zhì)量的關鍵參數(shù)。Pioneer 系統(tǒng)采用可變的靶和基片的距離，對沉積條件進行較大的控制。

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脈沖激光沉積系統(tǒng)的配置介紹

1.靶: 數(shù)量6個，大小1-2英寸，被激光照射時可自動旋轉(zhuǎn)，靶的選擇可通過步進電機控制;

2.基板: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1200攝氏度，溫度差<3%，加熱時基板可旋轉(zhuǎn)，工作環(huán)境的壓力可達300mtorr;

3.基板加熱電源，高到1200度;

4.超高真空成膜室腔體:不銹鋼sus304材質(zhì)，內(nèi)表面電解拋光，本底真空度<5e-8 pa;

5.樣品搬運室:不銹鋼sus304材質(zhì)，內(nèi)表面電解拋光，本底真空度<5e-5 pa;

6.排氣系統(tǒng):分子泵和干式機械泵;

7.閥門: 采用超高真空擋板閥;

8.真空檢測:真空計;

9.氣路兩套: 采用氣體流量計控制;

10.薄膜生長監(jiān)控系統(tǒng): 采用掃描型差分RHEED;

11.監(jiān)控系統(tǒng):基板溫度的監(jiān)控和設定，基板和靶的旋轉(zhuǎn)，靶的更換等;

12.各種電流導入及測溫端子;

13.其它各種構(gòu)造:各種超高真空位移臺，磁力傳輸桿，超高真空法蘭，超高真空密封墊圈，超高真空用波紋管等;