脉冲激光沉积(PLD)机理分析及其应用

脉冲激光沉积薄膜是近年来发展起来的使用范围最广,最有希望的制膜技术．该文阐述了脉冲激光沉积技术的机理、特点,薄膜生长主要包括三个过程：1)激光与物质相互作用产生等离子体;2)等离子体向基片扩散;3)等离子体中粒子在基片上生长薄膜．文章还分析了脉冲沉积过程中各主要沉积参数,如激光能量密度、沉积气压和衬底情况等对薄膜质量的影响,并介绍了其在制备半导体、高温超导、类金刚石、生物陶瓷薄膜等方面的应用。     

脉冲激光沉积过程中TiO2等离子体状态诊断及薄膜特性的研究

脉冲激光沉积技术由于具有较高的沉积速率和良好的兼容性,已广泛应用于各种纳米薄膜材料的制备.探究激光等离子体状态与沉积薄膜特性之间的关系,有助于进一步调控与优化脉冲激光技术对薄膜材料的沉积.本文将等离子体状态诊断与沉积薄膜性能相结合,讨论了不同脉冲激光能量下等离子体状态对沉积薄膜性能的影响.结果表明,低烧蚀能量下产生的等离子体更有助于获得质地更好,且与靶材晶相一致的优良薄膜材料.该结果也为探索和调控沉积过程提供参考.     

无氢类金刚石膜的光致发光特性研究

使用脉冲激光沉积（PLD）技术制备了系列无氢类金刚石（DLC）薄膜,测量了样品的Raman光谱、光吸收和光致发光,研究了光致发光与制备条件的依赖关系。结果表明,这种薄膜是有少量sp^2键和sp^2键组成的非晶碳膜。薄膜的光学带隙在1．68～2.46eV,发光在可见光区呈宽带结构。沉积温度对类金刚石薄膜的结构和发光性质有较大影响。当沉积温度从室温升高至400℃时,sp^2团簇的长大使C原子的有序度增强,从而导致薄膜的光学带隙变窄,发光峰红移且半高宽变小。     

超短激光脉冲在非均匀等离子体中的传输特性

用一维粒子模拟研究了超短激光脉冲在非均匀等离子体中传输时产生的光孤子结构和脉冲的分裂现象.比较了不同的激光强度和等离子体密度梯度对脉冲传播的影响.研究表明:超短激光脉冲在非均匀等离子体中传播时能产生传输的类孤子结构;随着入射激光强度的增大,等离子体对激光的反射密度反而减小,孤子脉冲的平均传播速度也减小;随着等离子体密度梯度的增大,等离子体对激光的反射密度变大,孤子脉冲的平均传播速度减小,孤子脉冲传播到高密度梯度的等离子体区域时,发生了全反射,反射的孤子脉冲在传播过程中由于能量的损失,低频脉冲被等离子体俘获,形成后孤子,而高频脉冲则继续传播,使得脉冲分裂.     

飞秒脉冲激光沉积法的动力学过程实验研究

用钛宝石飞秒激光器将最大峰值功率密度为1.14×1013 W/cm2的激光作用在Bi4Ti3O12陶瓷靶、Cu靶、FeSi2合金靶上,研究产生等离子体羽的颜色和形状一般规律:内芯均为白色对应于高温高压等离子体;紧跟内芯的是等离子体的复合形成中性粒子的区域;颜色单一的外层是温度较低的中性粒子和低温等离子体区.飞秒脉冲激光产生的等离子体呈cos4θ的角分布.在准分子脉冲激光沉积下衬底温度为500℃时-FeSi2薄膜的生长模式是Volmer-Weber模式,衬底温度为550℃时β-FeSi2薄膜的生长是Stranski-Krastanov模式.实验发现飞秒激光沉积技术能解决传统PLD法中产生大尺寸微滴的缺陷.     

使用微感应耦合等离子体射流源高速沉积类金刚石碳膜

提出了一种基于13．56MHz激发的微感应耦合等离子体射流源,含碳的等离子体射流在绕有水冷线圈的石英管中产生．激光拉曼光谱及紫外-可见光谱分别用以研究基片负偏压对所生长的非晶碳膜结构特征的影响．结果表明：碳基微等离子体射流具有很强的活性,碳膜的生长速率高达0．8μm／min,但随着衬底负偏压的增加而降低;Raman光谱显示在1350cm^-1、1580cm^-1附近存在D峰、G峰,是典型的类金刚石碳膜;薄膜中碳主要以sp^2、sp^3碳及无序的聚合碳链形式存在,随偏压的增加,薄膜中聚物碳链结构被打断,分解形成sp^2、sp^3碳杂化态,Raman荧光本底减弱,sp^2和sp^3的含量之比增加,光学带隙呈现降低趋势．     

计算机模拟二元ABAC结构薄膜生长

采用蒙特卡罗方法计算机模拟脉冲激光沉积ABAC结构薄膜生长. 模型采用三重空位扭转, 薄膜质量通过3个参数控制, 即基片温度、 脉冲粒子的剩余能量和单个脉冲覆盖度. 结果表明, 薄膜质量与3个参数相关, 通过分析薄膜的失配率, 得到制备高质量薄膜自组织分层生长的最合理参数.      

PLD制膜过程中等离子体羽辉演化的模拟

在建立脉冲激光沉积综合统一理论模型的基础上，进一步研究了制备了KTa0.65Nb0.35O3(KTN)薄膜过程中等离子体的空间演化规律，用有限差分法得到等离子体的速度在等温阶段和热阶段两个阶段的变化规律，并对这两个阶段粒子速度空间演化的物理机制进行了深入讨论，给出了相应演化过程的物理图像。     

脉冲激光沉积KTN薄膜动力学过程模拟

根据流体力学理论,对脉冲激光沉积ＫＴＮ薄膜的动力学过程地模拟,讨论了激光沉积的ＫＴＮ薄膜厚度分布随基片位置的变化规律,结果表明,等离子体在膨胀过程中会形成垂直靶表面的等离子体羽辉,当激光束的位置和方向不变时,ＫＴＮ薄膜的厚度分布不均匀,呈现类高斯分布形状,薄膜的最大厚度与基片和靶材的距离成负二次方关系。     

偏压对低气压等离子体增强化学气相沉积TiO2薄膜的结构和性能的影响

使用等离子体增强化学气相沉积(PE-CVD)的方法,以TTIP (Ti(OC4H7)4)为单体,用氧气为载气,以脉冲偏压为辅助在室温的玻璃基片上沉积无定型TiO2薄膜,分析探讨在射频等离子体增强化学气相沉积TiO2薄膜的过程中,基片上施加脉冲偏压和远离脉冲偏压的情况下成膜的比较.在沉积的过程中.利用USB-2000型光纤光谱仪对等离子体的发射光谱进行测量.定性分析等离子体沉积过程中的成分组成.用UV-1901探讨薄膜的光学特性,发现紫外和近紫外区域有一定吸收;用扫描电镜分析薄膜表面形貌的变化.可以看到偏压下的薄膜致密无孔,而远离偏压下的薄膜形貌粗糙;用红外光谱分析薄膜的结构组成,可以看到明显的T1-O吸收峰.脉冲偏压下得到的薄膜在化学、光学以及电学方面有很好应用前景.