脉冲激光沉积 (PLD)的机制

2005/3/22/14:47       PLD的系统设备简单，相反，它的原理却是非常复杂的物理现象。它涉及高能量脉冲辐射冲击固体靶时，激光与物质之间的所有物理相互作用，亦包括等离子羽状物的形成，其后已熔化的物质通过等离子羽状物到达已加热的基片表面的转移，及最后的膜生成过程。所以，PLD一般可以分为以下四个阶段：
 
    1. 激光辐射与靶的相互作用
    2. 熔化物质的动态
    3. 熔化物质在基片的沉积
    4. 薄膜在基片表面的成核（nucleation）与生成
 
    在第一阶段，激光束聚焦在靶的表面。达到足够的高能量通量与短脉冲宽度时，靶表面的一切元素会快速受热，到达蒸发温度。物质会从靶中分离出来，而蒸发出来的物质的成分与靶的化学计量相同。物质的瞬时溶化率大大取决于激光照射到靶上的流量。熔化机制涉及许多复杂的物理现象，例如碰撞、热，与电子的激发、层离，以及流体力学。
 
    在第二阶段，根据气体动力学定律，发射出来的物质有移向基片的倾向，并出现向前散射峰化现象。据辛吾（R. K. Singh）描述，空间厚度随函数cosⁿθ而变化，而n>>1。激光光斑的面积与等离子的温度，对沉积膜是否均匀有重要的影响。靶与基片的距离是另一个因素，支配熔化物质的角度范围。花房亦发现，将一块障板放近基片会缩小角度范围。
     第三阶段是决定薄膜质素的关键。放射出的高能核素碰击基片表面，可能对基片造成各种破坏。下图表明了相互作用的机制。高能核素溅射表面的部分原子，而在入射流与受溅射原子之间，建立了一个碰撞区。膜在这个热能区（碰撞区）形成后立即生成，这个区域正好成为凝结粒子的最佳场所。只要凝结率比受溅射粒子的释放率高，热平衡状况便能够快速达到，由于熔化粒子流减弱，膜便能在基片表面生成。