第27卷 第5期2003年10月

激 光 技 术LASERTECHNOLOGY

Vol.27,No.5October,2003

文章编号:1001 3806(2003)05 0443 04

脉冲激光沉积技术及其应用*

陈传忠 包全合 姚书山 雷廷权

1

1

1

1,2

(1山东大学材料科学与工程学院,济南,250061) (2哈尔滨工业大学材料科学与工程学院,哈尔滨,150001)摘要:薄膜材料已在微电子元件、超导材料、生物材料等方面得到广泛应用,为了得到高质量的薄膜材料,脉

冲激光沉积技术受到了广泛的关注。介绍了脉冲激光沉积技术的原理、特点,综述了其在制备半导体、高温超导、类金刚石、铁电、生物陶瓷薄膜等方面的应用和研究现状,展望了该项技术的应用前景。

关键词:脉冲激光沉积;薄膜;应用;研究现状

中图分类号:TN249 文献标识码:A

Pulsedlaserdepositionanditsapplication

ChenChuanzhong,BaoQuanhe,YaoShushan,LeiTingquan

2

1111,2

(1SchoolofMaterialsScienceandEngineering,ShandongUniversity,Jinan,250061)(SchoolofMaterialsScienceandEngineering,HarbinInstituteofTechnology,Harbin,150001)

Abstract:Thinfilmmaterialshavebeenwidelyusedinmicro electronics,superconductor,andbioceramicsmaterials.Inordertoobtainhighqualitythinfilms,depositionhaveattractedmoreattention.Inthispapertheprinciple,thecharacteristicsofthepulsedlaserdepositiontechniqueareintroduced.Itsapplicationsinsemiconductor,hightemperaturesuperconductor,diamondlike,ferroelectricandbioceramicsthinfilmsanditscurrentresearchstatusarereviewed.Thefutureapplicationtrendisprospected.

Keywords:pulsedlaserdeposition;thinfilm;application;currentresearchstatus

引 言

随着现代科学和技术的发展,薄膜科学已成为近年来迅速发展的学科领域之一,是凝聚态物理学和材料科学的一个重要研究领域。功能薄膜是薄膜研究的主要方面,它不仅具有丰富的物理内涵,而且在微电子、光电子、宽禁带 ~ 族半导体材料、超导材料等领域具有十分广泛的应用。

长期以来,人们发明了多种制膜技术和方法:真空蒸发沉积、离子束溅射、磁控溅射沉积、分子束外延、金属有机化学气相沉积、溶胶 凝胶法等。上述方法各有特点,并在一些领域得到应用。但由于其各有局限性,仍然不能满足薄膜研究的发展及多种薄膜制备的需要。随着激光技术和设备的发展,特别是高功率脉冲激光技术的发展,脉冲激光沉积(PLD)技术的特点逐渐被人们认识和接受。1987

*山东省优秀中青年科学家奖励基金资助项目。

作者简介:陈传忠,男,1963年2月出生。博士,教授。主要从事材料表面激光强化与改性研究。

收稿日期:2003 01 17

年,Dijkkamp等人第一次成功地用高能准分子激光制备出高质量的高温超导薄膜[1],使这一技术获得了迅速发展,成为被广泛采用和研究的制膜技术。

1 PLD的原理

PLD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(T 104K),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个过程。

[2]

。一般认为它可以分为3

(1)激光表面熔蚀及等离子体产生

高强度脉冲激光照射靶材时,靶材吸收激光束能量并使束斑处的靶材温度迅速升高至蒸发温度以上而产生高温及熔蚀,使靶材汽化蒸发。瞬时蒸发汽化的气化物质与光波继续作用,使绝大部分电离并形成区域化的高浓度等离子体。等离子体一旦形成,它又以新的机制吸收光能而被加热到104 以上,表现为一个具有致密核心的闪亮的等离子体火焰。