亮点 | 有前途的高性能薄膜制备利器——脉冲激光沉积技术（PLD）

就是将激光聚焦于靶材上一个较小的面积，利用激光的高能量密度将部分靶材料蒸发甚至电离，使其能够脱离靶材而向基底运动，进而在基底上沉积，从而形成薄膜的一种方式。

整个PLD镀膜过程通常分为三个阶段。

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。

2.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。

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 产生不同程度的粗射式损伤，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。

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上要标志。

(2)反应迅速，生长快。通常情况下一小时可获 1μm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lOOOeV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,故对沉枳腔污染要少得多。

(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。

在众多的薄膜制备方法中，脉冲激光沉积技术的应用最为广泛，可用来制备金属、半导体、氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硅化物、硫化物及氟化物等各种物质薄膜，甚至还用来制备一些难以合成的材料膜，如金刚石、立方氮化物膜等。

本文所有内容文字、图片和音视频资料，版权均属科学指南针网站所有，任何媒体、网站或个人未经本网协议授权不得以链接、转贴、截图等任何方式转载。