脉冲激光气相沉积技术及其在ICF薄膜靶制备中的应用

在ICF实验及天体物理的辐射不透明实验中,经常用到多层薄膜靶,激光脉冲气相沉积(PLD)技术是制备多层薄膜靶的较好方法。论述了PLD技术的原理、实验方法和装置的设计,用该方法初步制备了原子级光滑的Cu及Cu Fe薄膜。Cu薄膜的均方根粗糙度为0.2nm,Fe薄膜的均方根粗糙度为0.4nm。

靶衬间距对脉冲激光沉积薄膜均匀性的影响

以国产脉冲激光沉积设备(PLD-Ⅲ型)在玻璃衬底上沉积Ti O2薄膜为例,研究了PLD法制膜过程中靶衬间距对薄膜均匀性的影响.实验过程中,以Ti O2陶瓷片作为靶材,玻璃作为衬底,保持其他工艺条件(如单脉冲能量、脉冲频率、沉积脉冲总数、衬底温度等)不变,专门考察了不同靶衬间距下,Ti O2薄膜在整个衬底台平面区域的沉积分布状况.结果表明,按样品的表观灰度划分,薄膜沉积的相对均匀区可分为2～3个轴对称区域,分别对应不同的沉积速率和厚度;在一定范围内调节靶衬间距(3.00～7.00 cm),可使高速率沉积区逐渐由轴对称的圆环状变为中心大圆斑(直径约2.20 cm).结合PLD沉积原理与靶衬之间的几何关系,分析了导致上述结果的机理.

靶基距对脉冲激光沉积β-FeSi_2薄膜质量的影响

常用的分子束外延、粒子束沉积法难以获得均匀、致密性好的单一相β-FeSi2薄膜,利用脉冲激光沉积及热退火处理法在P型Si(100)基片上制备了均匀的单一相β-FeSi2薄膜。利用X射线衍射仪、扫描电镜、原子力显微镜及红外光谱仪研究了靶基距对β-FeSi2薄膜的结构、组分、结晶质量、表面形貌及光吸收特性的影响。结果表明:随着靶基距的增加,薄膜的晶化程度先变差后增强再变差,晶粒尺寸先减小后增大再减小,颗粒分布均匀性先变好后变差;表面粗糙度先减小后增大;靶基距为40 mm时,β-FeSi2薄膜的结晶度较高,颗粒大小均匀、趋于球形化,薄膜致密性较好,粗糙度较低,对红外光的吸收较好。

NaF薄膜的脉冲激光沉积法制备与结构研究

采用脉冲激光沉积(PLD)方法在Si(100)衬底上制备了NaF薄膜。在激光重复频率2 Hz,能量密度3 J/cm2,本底真空度5×10-5Pa的条件下,研究衬底温度对薄膜沉积速率及结构的影响。台阶仪分析表明:薄膜的沉积速率随衬底温度增加呈指数函数增加,算出NaF薄膜的反应激活能为48.67 kJ/mol。原子力显微镜分析表明:薄膜致密而光滑,均方根粗糙度为0.553 nm。扫描电镜截面微观形貌分析表明:薄膜呈现柱状结构。X射线衍射分析表明:NaF薄膜为面心立方晶体结构,并具有显著的择优取向;当衬底温度约为400℃时,平均晶粒尺寸最大(129.6 nm),晶格微应变最小(0.225%)。

高功率多结905nm垂直腔面发射激光器

本文针对激光雷达等中、远距离传感应用,设计并制备了3结905 nm垂直腔面发射激光器(VCSEL)。通过PICS3D软件对多结VCSEL相邻有源区间距和P型分布布拉格反射镜(DBR)对数进行仿真计算,设计了具有2λ的相邻有源区间距和14对P型DBR的3结VCSEL。在此基础上,外延生长和制备了100单元3结905 nm VCSEL阵列,单元氧化孔径为15μm。在窄脉冲条件下(脉冲宽度100 ns,占空比0.05%),该阵列的最大峰值功率达到24.7 W,峰值功率密度为182 W/mm^(2)。

无催化脉冲激光沉积方法制备氧化锌纳米棒阵列

近年来,半导体纳米结构因其在先进器件等方面存在广阔的应用前景,而成为国内外纳米领域人们关注的又一热点。其中,ZnO纳米阵列结构被认为是其中最具有应用前景之一。ZnO是一种宽禁带直接带隙II-IV族半导体材料。

AZO薄膜双靶PLD沉积及其光学性能分析

介绍了利用锌靶和铝靶在氧气气氛中进行掺铝氧化锌(AZO)透明导电薄膜的脉冲激光沉积(PLD)新方法,并与利用ZnO陶瓷靶沉积AZO薄膜的方法进行了对比,分析了此方法的优势和特点。描述了利用该方法在玻璃和硅片上沉积AZO薄膜的实验过程。通过透射光谱分析了沉积的透明导电膜在可见光区的透射性能,用X-射线衍射谱(XRD)研究了薄膜的结构。

激光烧蚀制备纳米Si晶粒尺寸均匀性与靶衬间距的关系

为了对纳米Si薄膜中晶粒尺寸的分布进行定量研究,首次提出“晶粒尺寸均匀度”的概念,并对Lowndes等人采用脉冲激光烧蚀方法制备纳米Si薄膜的实验结果进行了定量分析。结果表明,随着靶衬间距的增大,晶粒尺寸均匀度先减小后增大,也就是说,存在靶衬间距的最佳值,使所制备的纳米Si晶粒的尺寸均匀性最好。MonteCarlo模拟结果对这一结论进行了解释。

垂直靶向脉冲激光沉积制备ZnO纳米薄膜

用一种新颖的制备纳米粒子与薄膜的垂直靶向脉冲激光沉积(VTPLD)方法,在室温及空气气氛下,于玻璃基底上成功地制备出ZnO纳米薄膜。用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)仪对ZnO纳米薄膜的表面形貌和结构进行了表征,用荧光光谱仪对薄膜的光致发光(PL)性能进行了测量。结果表明,当激光功率为13W时,沉积出的粒子大小较均匀,尺寸在40nm左右,且粒子排列呈现出一定方向性;当激光功率为21W时,沉积的ZnO纳米薄膜图呈现出微纳米孔的连续薄膜。在玻璃基底上沉积的ZnO纳米薄膜有一主峰对应的(002)衍射晶面,表明ZnO纳米薄膜具有良好的c轴取向性。不同激光功率下沉积ZnO纳米薄膜经500℃热处理后的PL峰,其强度随激光能量而变化,最大发光波长位于412nm。

电镜样品的激光镀膜技术

非导电的样品用扫描电镜进行观测时需要对样品进行镀膜处理以获得清晰的图像，本文介绍应用脉冲激光沉积（ＰＬＤ）技术对非导电样品的表面进行镀膜处理的方法和实验装置及实验结果．

纳秒脉冲激光沉积薄膜过程中的烧蚀特性研究

研究了高能短脉冲激光薄膜制备的整个烧蚀过程.首先建立了基于超热理论的烧蚀模型,然后利用较为符合实际的高斯分布表示脉冲激光输入能量密度,给出了考虑蒸发效应不同阶段的烧蚀状态方程.结合适当的边界条件,以Si靶材为例,利用有限差分法得到了靶材在各个阶段温度随时间和烧蚀深度的演化分布规律及表面蒸发速度与烧蚀深度在不同激光辐照强度下随时间的演化规律.结果表明,在脉冲激光辐照阶段,靶材表面的蒸发效应使得靶材表面温度上升显著放缓;在激光辐照强度接近相爆炸能量阈值时,蒸发速度与蒸发厚度的变化由于逆流现象将显著放缓.还得到了考虑了熔融弛豫时间及蒸发效应的固-液界面随时间的演化方程,这一结论较先前工作更具有普适性.

脉冲激光轰击固体靶制备纳米材料

综述了近年来脉冲激光轰击固体靶制备纳米材料。按介质种类和性质,脉冲激光轰击固体靶制备纳米材料的方法可分为六种:在气相、静态液相、动态液相三种惰性状态及其反应性状态下的反应。本文对以上六种制备方法及其优缺点作了较详细的阐述。其中最近发展起来的脉冲激光轰击处于流动液相中固体靶技术具有明显的优势,所制得的纳米产物分布均匀,重现性高,适用范围广泛。通过改变靶材和流动相的组分可制备各种各样具有新奇光、电、磁特性的纳米材料或纳米杂化材料,因而该技术有望成为脉冲激光轰击固体靶技术的一个重要的发展方向。

脉冲激光溅射沉积镱铒共掺Al_2O_3薄膜工艺参数优化

分别以铝、铒、镱为靶材,采用脉冲激光沉积技术(PLD),在二氧化硅/硅基底上沉积镱、铒共掺的三氧化二铝薄膜。利用原子力显微镜(AFM)、单色仪等分析手段,研究了薄膜的表面形貌、光致发光强度(PL)等性质。优化了氧分压和靶间距两个重要工艺参数。光致发光强度提高14倍,半峰宽提高了70nm。

一种新型汞离子选择薄膜传感器

采用脉冲激光沉积技术,在光寻址电位传感器表面上沉积了对二价汞离子敏感的薄膜,制备了一种新型汞离子选择薄膜传感器,靶材成分为HgAgIS,基底为p型单晶硅片,金属接触层为Cr/Au。该薄膜传感器在3星期内显示了良好的重复性和稳定性;检出限为3×10-6mol/L;响应时间小于2min,适用pH范围小于2。对干扰离子和迟滞效应等也进行了研究。该传感器具有测量快速灵活、所需样品少、动态范围宽等特点,因为把电位信号转化为对光激发的交流电流信号进行测量,所以提高了灵敏度。同时也证明了脉冲激光沉积是适合制备薄膜传感器的一种新技术。

靶材吸收率变化与烧蚀过程熔融前靶材温度分布

讨论了脉冲激光沉积法中烧蚀阶段熔融前靶材吸收率的变化对于其温度分布的影响 .给出了靶材吸收率随时间的变化规律 ,并在此基础上 ,利用较为符合实际的高斯分布表示脉冲激光输入能量密度 ,建立了相应的热传导方程 .结合适当的边界条件 ,利用有限差分法 ,以硅靶材和钨靶材为例 ,给出了靶材熔融前温度分布随时间和深度变化的演化分布规律 ,同时对相关过程的物理图像进行详细的讨论 .对于吸收率的变化与脉冲激光能量密度的分布对于相应过程的影响 ,进行了分析讨论 .结果表明 ,在脉冲激光中间的持续过程中 ,忽略靶材吸收率的变化对于最终的模拟结果有重要影响 ,从而导致理论结果与实验数据有较大差异 .

玻璃基底/Ag纳米薄膜/聚苯胺电致变色薄膜的制备

采用垂直靶向脉冲激光沉积（VTPLD）法，在室温及Ar气环境下于玻璃基底上沉积Ag纳米薄膜。在Ag纳米薄膜上用提拉法获得一层聚苯胺（PANI）电致变色薄膜。采用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）和数字万用表考察激光功率对沉积的Ag纳米薄膜的晶型结构、表面形貌和电导率的影响。采用循环伏安法、紫外可见漫反射光谱法对不同激光功率下沉积的Ag纳米薄膜上PANI薄膜的电致变色性能、结构变化进行分析。XRD和SEM结果显示，在玻璃基底上成功地获得粒径为30～50nm的Ag纳米薄膜且其电阻值为1～5n。在实验的最优条件下，激光功率为17W时获得的Ag纳米薄膜致密均匀、结晶好和电阻值较小；在优化的玻璃基底／Ag纳米薄膜上附着的PANI薄膜，电致变色电压最低、红移范围明显。

NiCo_(2)O_(4)薄膜的制备及其磁电性能研究

采用脉冲激光沉积(PLD)技术,在氧化镁(MgO(001))、钛酸锶(SrTiO_(3)(001))和铝酸镁(MgAl_(2)O_(4)(001))3种衬底上,外延生长钴酸镍(NiCo_(2)O_(4))薄膜。采用原子力显微镜(AFM)和X射线衍射仪(XRD)对NiCo_(2)O_(4)薄膜进行形貌表征和结构分析,测试结果表明NiCo_(2)O_(4)薄膜具有平整的表面和优异的结晶度。采用综合物性测量系统(PPMS)测试NiCo_(2)O_(4)薄膜的电输运及磁性能,通过对比发现在MgO(001)和SrTiO_(3)(001)衬底上生长的NiCo_(2)O_(4)薄膜呈半导体特性,并且磁性较弱,而在MgAl_(2)O_(4)(001)衬底上生长的NiCo_(2)O_(4)薄膜具有金属性和室温亚铁磁性,并且表现出明显的垂直磁各向异性。综合分析表明,不同衬底上制备的NiCo_(2)O_(4)薄膜受外延应变、沉积温度(T_(g))及氧分压(p_(O2))的影响,会表现出差异较大的磁电特性。通过优化衬底的选择以及生长参数的调整,本文可以制备出具有垂直磁各向异性的室温亚铁磁金属NiCo_(2)O_(4)薄膜,可用于微型自旋电子学器件的制备。