Quartz Tube (1)靶材的汽化和等离子 体的产生。
(2)等离子体定向局域等 温绝热膨胀发射。
target
MgO Nanowires
(3)等离子体与衬底相互 作用,在衬底上沉积而 形成薄膜。
Laser Beam
脉冲激光沉积示意图
影响薄膜质量的因素
• 激光对薄膜质量的影响 • 环境压强和气氛种类的影响 • 衬底到靶的距离(D) • 沉积温度、种类及表面光洁度 • 掺杂 • 退火条件的选择
分析：2θ=34°处的 峰是仪器分辨率范围内 唯一的峰，其半高宽 0.85°，表明所制备 的ZnO薄膜C轴取向高 度一致，薄膜质量较好。 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轴择优取向长， 其它晶面的生长受到了 抑制。
FTIR分析
分析；存在三个明显的吸 收峰． １）峰为Si—O 键的非对 称伸缩振动吸收，为SiO2 中的Si—O 键 ２）属于硅晶格中的替位 碳的振动吸收 ３）对应Zn—O 键的红外 光谱的特征吸收峰
PLD 的基本原理及物理过程
• 脉冲激光沉积技术就是将脉冲激光器产生
的高功率脉冲激光束聚焦后作用于靶材表 面,瞬间产生高温高压等离子体( T ≥104 K) , 等离子体定向局域绝热膨胀发射并在衬底 上沉积而形成薄膜．
PLD原理图
参考陈老师PPT
脉冲激光沉积示意图Tube Nhomakorabeaurnace
主要分为3 个过程:
激光辐射40min前后靶材的质量损失通过称量确定。
AFM images for films of equivalent thickness
(a) 0.5 nm
(b) 2.5 nm
(c) 4 nm Au on Si
Optical absorption of 0.5 nm, 2.5 nm, 3 nm and 4 nm Au on Al2O3.
参考文献
[1] Bo Lei, Song Han, Chao Li, Daihua Zhang, Zuqin Liu and Chongwu Zhou Nanotechnology 18 (2007) 044019 (8pp)
[2] T. Donnelly , S. Krishnamurthy, K. Carney, N. McEvoy, J.G. Lunney Applied Surface Science 254 (2007) 1303–1306
400℃后，充入0.13Pa 的高纯氧（99.999%）
实验过程
• 用聚焦的脉冲激光束通过成膜室的光学窗，
与靶面成45°的方向烧蚀ZnO 靶。沉积时 间15 min。待样品降至室温，取出样品， 用称重法测出薄厚约为99 nm。
实验表征
• XRD分析
• FTIR 分析
• SEM 和TEM分析
XRD 分析
[3] R. Dietscha,*, Th. Holza, D. Weißbacha, R. ScholzApplied Surface Science 197– 198 (2002) 169–174
[4] E. Cappellia,*, C. Scillettaa, S. Orlando Thin Solid Films 482 (2005) 305– 310 [5] 何建廷等，PLD 法生长硅基ZnO 薄膜的特性，电子元件与材料．2005.5
Dual-beam PLD
解决大面积沉积膜厚不 均的问题
因为等离子体羽的方向 接近于靶的法线方向，通 过一聚焦的激光束扫射圆 柱形靶，可以把等离子体 羽拉长。 合适的等离子体 羽和基板的相对运动就可 以得到适当厚度的薄膜。
Combination of large area PLD (left) and magnetron sputter deposition (right)
PLD 法生长硅基ZnO 薄膜
• 激光器Nd：YAG脉冲激光器，输出波1064nm，单
脉冲能量208mJ，击中靶的光斑面积为0.43mm2， 产生48mJ/cm2的能量密度，重复频率10Hz，脉宽 10ns。
• 靶材：烧结高纯ZnO（99.99%）固体靶 • 系统真空：抽至1.2×10–4Pa，加热衬底温度至
由于ZnO 薄膜的生长过程 中采用了400℃的衬底温 度，提高了Zn原子和O 原 子在衬底表面的迁移率进 而提高了ZnO薄膜的结晶 质量，使得ZnO 的吸收峰 非常尖锐．
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 较均匀，制备的ZnO 薄膜为具有六方纤锌 矿结构的单晶薄膜。
PLD of nanoparticle films of Au
• Nd:YAG激光器:波长1064nm．20Hz，脉冲长度6 ns，
真空室压力5 × 10-5 mbar.
• Si衬底距靶材9cm。平面朗格缪尔离子探针5mm2，偏
压-30V，距靶材8cm。
• 一个石英晶体检测器用来测量沉积材料的平均厚度。
脉冲激光沉积薄膜课件
引言
• 脉冲激光沉积( PLD) 技术是20 世纪60 年代出现的一门新
兴的薄膜制备技术。1965 年Smith 等进行了激光制膜的 研究。
• 脉冲激光沉积技术是制备薄膜一种重要的方法,在有机薄
膜、有机-无机杂化薄膜以及多层有机薄膜的制备方面有 其独特的优势。近年来,国内外开展了一些有机薄膜脉冲 激光沉积的研究工作,并对该技术进行了发展和改进.
• 近年来,人们将脉冲激光技术和有机薄膜的制备结合起来,
开展了一系列有机薄膜和生物材料薄膜的脉冲激光沉积研 究,并取得了不错的成果。
PLD 的特点和优势
• 可以蒸发金属、半导体、陶瓷、金属氧化
物等高温难熔无机材料制膜。
• 可以制备有机薄膜以及复杂成分的无机薄
膜。
• 能够保持聚合物与有机分子结构的完整性。 • 在较低温度下原位实现薄膜的生长。 • 能够制备高质量的纳米薄膜。 • 适用范围广、设备简单、易于操作。