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脉冲激光沉积法Pulsed Laser Deposition，PLD 制备铁酸铋薄膜材料组员：沈家骏 李涛 郎启明脉冲激光沉淀系统实体图l PLD定义及特点lPLD基本原理及示意图l PLD制备的物理过程l PLD制备的具体步骤lPLD与其他物理沉积法的区别l PLD优缺点脉冲激光沉积法（PLD）薄膜样品在光学显微镜下放大 1000 倍的表面形貌示意图BiFeO3薄膜样品的AFM具有较高质量的表面平滑度，颗粒的粒径分布比较均匀。For your listening！lPLD是将脉冲激光器所产生的高功率脉冲激光束聚焦作用于靶体材料表面，使靶体材料表面产生高温及熔蚀，并进一步产生高温高压等离子体(T104K)，这种等离子体定向局域膨胀发射并在衬底上沉积而形成薄膜。l沉积过程中的工艺参数可调，可以精确控制沉积薄膜的化学计量，得到的薄膜具有良好的平整度、表面光滑度，适用于超薄薄膜和多层薄膜的制备。l属于物理气相沉积法，是一种先进的薄膜制备技术。PLD定义及特点脉冲激光沉积装置示意图 脉冲激光沉积法基本原理PLD制备薄膜的物理过程制备薄膜的物理过程l(1)激光汽化靶材：表面熔蚀及等离子体产生l(2)等离子体的定向局域等温绝热膨胀发射，形成羽辉l(3)薄膜沉积：在衬底表面凝结成膜 PLD优缺点优缺点l第，可以生长与靶材成分一致的多元化合物薄膜,甚至含有易挥发元素的多元化合物薄膜,是其最突出的优点。由于等离子体的瞬间爆炸式发射,不存在成分择优蒸发效应,等离子体发射具有沿靶轴向空间约束效应,从而保证了膜的成分与靶材成分一致。l第，由于激光器安放在真空室外，因此易于根据需要调节激光参数，控制薄膜生长率。由于不同波长激光沉积出的薄膜特性不同，因此可选择不同激光(如二倍频或三倍频 Nd：YAG激光、各种准分子激光等)进行沉积，也可选用多种激光联合照射。l第，真空室可配备质谱仪、光谱仪、石英晶体振荡膜厚监测仪等仪器设备，实时监测、分析和调控薄膜的沉积。优点l第，使用范围广，几乎任何可以凝结的物质都能制成靶材，沉积成膜，解决了难熔材料(如钨、钼、硅、碳、硼等及其化合物)的薄膜沉积问题。l第，靶材制作方便，真空室中还可安放多个靶材，因此易于进行多元素掺杂，从而改变薄膜 的功能与特性。又由于脉冲激光沉积的过程是一种非平衡态的过程，与其他薄膜沉积过程相比，薄膜中的掺杂量大为提高，更有利于研究元素掺杂对薄膜结构与性能的影响。同时，脉冲激光沉积法还易于制备多层膜以及梯度膜。l第，基底温度低、实验周期短、制备的薄膜质量高。l第，由于脉冲宽度在纳秒(10-9秒)或飞秒(10-15秒)量级，因此可产生极高功率密度，使靶材汽化温度远远高于所含各种元素的沸点，从而使所有元素都机会均等地汽化。同时，通过等离子体发射沿靶材表面法线方向的空间约束效应，可准确控制薄膜 的成分结构。因此，脉冲激光沉积过程也被认为是“化学计量”过程。lFirst，不易于制备大面积膜，薄膜均匀区面积比较小（几个cm2）。lSecond，膜厚不够均匀。lThird，通常脉冲激光烧蚀等离子体羽辉中存在的尘埃（或称大颗粒）在薄膜表面沉积，不仅破坏了薄膜表面的光滑度，而且严重影响薄膜的质量。如何控制和解决大颗粒沉积问题是脉冲激光沉积薄膜技术发展的关键之一。缺点使用使用 PLD 系统沉积薄膜的具体步骤如下：系统沉积薄膜的具体步骤如下：l将基片放入 KH3200-B超声清洗仪中清洗；l将烧结好的靶材和基片安装在生长腔的相应位置，使靶材和基片之间的距离保持在70mm；l调控程序，生长腔抽真空至1Pa 一下；l调控程序，将基片加热到生长温度，并保温30min；l打开激光器，设定好激光器的模式、频率及脉冲，对生长腔实行预溅射；l打开气体阀，使生长腔内的氧压保持在 13Pa，按预定的生长参数沉积薄膜；l调控程序和气体阀，在一定的温度和氧压下按照预定的速率降温，再取出样品。真空室内部羽辉实景羽辉定向局域膨胀示意图