脈沖激光沉積薄膜

關于脈沖激光沉積薄膜第1頁，共21頁，2022年，5月20日，6點29分，星期六引言脈沖激光沉積(PLD)技術(shù)是20世紀60年代出現(xiàn)的一門新興的薄膜制備技術(shù)。1965年Smith等進行了激光制膜的研究。脈沖激光沉積技術(shù)是制備薄膜一種重要的方法,在有機薄膜、有機-無機雜化薄膜以及多層有機薄膜的制備方面有其獨特的優(yōu)勢。近年來,國內(nèi)外開展了一些有機薄膜脈沖激光沉積的研究工作,并對該技術(shù)進行了發(fā)展和改進.近年來,人們將脈沖激光技術(shù)和有機薄膜的制備結(jié)合起來,開展了一系列有機薄膜和生物材料薄膜的脈沖激光沉積研究,并取得了不錯的成果。第2頁，共21頁，2022年，5月20日，6點29分，星期六PLD的特點和優(yōu)勢可以蒸發(fā)金屬、半導體、陶瓷、金屬氧化物等高溫難熔無機材料制膜?？梢灾苽溆袡C薄膜以及復雜成分的無機薄膜。能夠保持聚合物與有機分子結(jié)構(gòu)的完整性。在較低溫度下原位實現(xiàn)薄膜的生長。能夠制備高質(zhì)量的納米薄膜。適用范圍廣、設備簡單、易于操作。第3頁，共21頁，2022年，5月20日，6點29分，星期六PLD的基本原理及物理過程脈沖激光沉積技術(shù)就是將脈沖激光器產(chǎn)生的高功率脈沖激光束聚焦后作用于靶材表面,瞬間產(chǎn)生高溫高壓等離子體(T≥104K),等離子體定向局域絕熱膨脹發(fā)射并在襯底上沉積而形成薄膜．第4頁，共21頁，2022年，5月20日，6點29分，星期六PLD原理圖參考陳老師PPT第5頁，共21頁，2022年，5月20日，6點29分，星期六脈沖激光沉積示意圖主要分為3個過程:靶材的汽化和等離子體的產(chǎn)生。等離子體定向局域等溫絕熱膨脹發(fā)射。等離子體與襯底相互作用,在襯底上沉積而形成薄膜。TubeFurnaceQuartzTubetargetMgO

NanowiresLaserBeam第6頁，共21頁，2022年，5月20日，6點29分，星期六脈沖激光沉積示意圖第7頁，共21頁，2022年，5月20日，6點29分，星期六影響薄膜質(zhì)量的因素激光對薄膜質(zhì)量的影響環(huán)境壓強和氣氛種類的影響襯底到靶的距離(D)沉積溫度、種類及表面光潔度摻雜退火條件的選擇第8頁，共21頁，2022年，5月20日，6點29分，星期六Dual-beamPLD

解決大面積沉積膜厚不均的問題因為等離子體羽的方向接近于靶的法線方向，通過一聚焦的激光束掃射圓柱形靶，可以把等離子體羽拉長。合適的等離子體羽和基板的相對運動就可以得到適當厚度的薄膜。第9頁，共21頁，2022年，5月20日，6點29分，星期六CombinationoflargeareaPLD(left)andmagnetronsputterdeposition(right)第10頁，共21頁，2022年，5月20日，6點29分，星期六PLDofnanoparticlefilmsofAuNd:YAG激光器:波長1064nm．20Hz，脈沖長度6ns，真空室壓力5×10-5mbar.Si襯底距靶材9cm。平面朗格繆爾離子探針5mm2，偏壓-30V，距靶材8cm。一個石英晶體檢測器用來測量沉積材料的平均厚度。激光輻射40min前后靶材的質(zhì)量損失通過稱量確定。第11頁，共21頁，2022年，5月20日，6點29分，星期六AFMimagesforfilmsofequivalentthickness0.5nm2.5nm4nmAuonSi第12頁，共21頁，2022年，5月20日，6點29分，星期六Opticalabsorptionof0.5nm,2.5nm,3nmand4nmAuonAl2O3.第13頁，共21頁，2022年，5月20日，6點29分，星期六PLD法生長硅基ZnO薄膜激光器Nd：YAG脈沖激光器，輸出波1064nm，單脈沖能量208mJ，擊中靶的光斑面積為0.43mm2，產(chǎn)生48mJ/cm2的能量密度，重復頻率10Hz，脈寬10ns。靶材：燒結(jié)高純ZnO（99.99%）固體靶系統(tǒng)真空：抽至1.2×10–4Pa，加熱襯底溫度至400℃后，充入0.13Pa的高純氧（99.999%）

第14頁，共21頁，2022年，5月20日，6點29分，星期六實驗過程用聚焦的脈沖激光束通過成膜室的光學窗，與靶面成45°的方向燒蝕ZnO靶。沉積時間15min。待樣品降至室溫，取出樣品，用稱重法測出薄厚約為99nm。第15頁，共21頁，2022年，5月20日，6點29分，星期六實驗表征XRD分析FTIR分析SEM和TEM分析第16頁，共21頁，2022年，5月20日，6點29分，星期六XRD分析分析：2θ=34°處的峰是儀器分辨率范圍內(nèi)唯一的峰，其半高寬0.85°，表明所制備的ZnO薄膜C軸取向高度一致，薄膜質(zhì)量較好。由于ZnO晶粒（002）晶面最密排且表面能量密度最低，因而ZnO薄膜沿Ｚ軸擇優(yōu)取向長，其它晶面的生長受到了抑制。第17頁，共21頁，2022年，5月20日，6點29分，星期六FTIR分析分析；存在三個明顯的吸收峰．１）峰為Si—O鍵的非對稱伸縮振動吸收，為SiO2中的Si—O鍵２）屬于硅晶格中的替位碳的振動吸收３）對應Zn—O鍵的紅外光譜的特征吸收峰由于ZnO薄膜的生長過程中采用了400℃的襯底溫度，提高了Zn原子和O原子在襯底表面的遷移率進而提高了ZnO薄膜的結(jié)晶質(zhì)量，使得ZnO的吸收峰非常尖銳．第18頁，共21頁，2022年，5月20日，6點29分，星期六SEM和SAED分析分析：SEM和SAED表明薄膜表面平整致密，晶粒大小分布比較均勻，制備的ZnO薄膜為具有六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)的單晶薄膜。第19頁，共21頁，2022年，5月20日，6點29分，星期六參考文獻[1]BoLei,SongHan,ChaoLi,DaihuaZhang,ZuqinLiuandChongwuZhouNanotechnology18(2007)044019(8pp)[2]T.Donnelly,S.Krishnamurthy,K.Carney,N.McEvoy,J.G.LunneyAppliedSurfaceScience254(2007)1303–1306[3]R.Dietscha,*,Th.Holza,D.Wei?bacha,R.ScholzAppliedSurfaceScience197–198(2002)169–174[4]E.Cappellia,*,C.Scillettaa,S.Orland