脉冲激光沉积概念及使用

2005/3/22/14:44    脉冲激光沉积可使多组分物质能够溶化，并沉积在底物上，形成化学计量薄膜。

    PLD的概念简单易懂。脉冲激光束聚焦在固体靶的表面上。固体表面大量吸收电磁辐射，导致靶物质快速蒸发。蒸发的物质由容易逃出与电离的核素组成。若果溶化作用在真空之下进行，核素本身会实时在靶表面上形成光亮的等离子羽状物。

    应用PLD非常方便，过程中须要控制的参数只有几个，例如激光能量通量与脉冲重复频率。与其它溅镀技术相比，利用PLD技术的靶体积细小。借着连续溶化混杂的靶，制造不同物质的多层膜，十分容易。而且，透过控制脉冲的数量，可以精密调节薄膜厚度至单原子层。PLD最重要的特色，是沉积膜保留了靶的化学计量成分，这是由于脉冲激光照射，使靶表面的加热速率极高（108开尔文∕秒）所致。这个原因导致靶的组分元素或化合物一致蒸发，无须理会个别的蒸发点。亦由于溶化物质的高加热速率，晶体膜的激光沉积比其它薄膜生成技术，要求更低的底物温度。因此，半导体与它下面的集成电路能够抑制热降解。

       撇开论及的好处，使用PLD这种技术时，发现了一些缺点。其中一个比较严重的问题，就是薄膜被溅污，或有微粒沉积在薄膜上。引致溅污的物理机制包括：表面下的沸腾、冲击波反冲压力造成的液态层喷溅，以及层离。微粒的体积可能有几微米那么大。这些微粒非常阻碍随后膜层的形成，亦大大影响薄膜的导电特性。PLD的另一个问题，是由于激光的绝热膨胀导致溶化核素分布角度狭窄，在靶表面形成等离子羽状物及凹痕。这些弊端削弱了PLD生产大面积均匀薄膜的用处，PLD因此未能在工业上大展身手。最近有人提出了补救措施，插入障板能够有效阻挡大微粒，转动靶与底物有助于形成较大的均匀薄膜。