第27卷 第5期陈传忠 脉冲激光沉积技术及其应用

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或几层具有高度织构且化学性质稳定的缓冲层,然后外延生长YBCO薄膜。YBCO类高温超导薄膜的超导电性对薄膜的结构十分敏感,只有C轴取向

的超导薄膜才能显示出良好的超导电性。王荣平等[12]在立方织构的Ni基带上沉积掺Ag的YBCO薄膜,其临界电流密度达到1.15MA/cm2。Taki等分别研究了用YBCO薄膜在Pt缓冲层上的生长,发现无论用SiO2还是MgO作为基底,随着缓冲层厚度的增加,薄膜的超导性随之增加[13]。Berenov研究了用PLD方法,在高速和高温条件下制备的YBCO薄膜的微观结构3.3 类金刚石薄膜

以四重配应为主的非晶碳具有可与结晶金刚石相匹敌的力学性能。这类非晶碳具有非常小的摩擦系数,能带隙宽度可达2.5eV,具有可观的场发射效应、红外透明等。这一类非晶碳称为 类金刚石 或者 四重配应非晶碳 。类金刚石薄膜具有优良的特性,例如,有较高的硬度可以用于加工工具的包装材料,较好的电绝缘特性,较高的热导性能和化学稳定性,因而可用于电子装置的传热材料,它还有较强的光学透明性可以用于光学窗口,同时还具有半导体材料的特性。制备类金刚石薄膜的方法主要有化学气相法、高温高压法、离子注入法和激光沉积等。脉冲激光沉积因其可以控制材料的成分和成膜速度快,而被广泛应用。Jayatissa等用XeCl准分子激光器在Si(100)面上沉积出类金刚石薄膜,用红外光谱测量表明,制备的类金刚石薄膜含有C H震动键以及含有SP3键的类金刚石成分和SP2键的类碳成分。聚碳酸酯有良好的透光性,被认为是代替玻璃作为光学器件的良好材料[16],但由于其表面太软,容易被擦伤,Bonello等在聚碳酸酯上沉积一层类金刚石薄膜用来提高其表层硬度。Wei等详细分析了脉冲激光沉积制备的类金刚石薄膜的结构和性能,其强度决定于其结构中SP和SP键的比例,并设计了一种可以减轻涂层内压应力新颖和简单的靶装置[17]。Reisse等[18]研究发现通过改变工艺参数可以得到不同的涂层结构,并可确定类金刚石薄膜生长的临界能量密度为6J/cm2。3.4 铁电薄膜

具有铁电性且厚度尺寸在数十纳米到数微米的铁电薄膜具有良好的介电、电光、声光、光折变、非线性光学和压电性能,主要被应用于随机存储器、电容器、红外探测器等领域[19]。其制备方法主要有溅射3

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由于铁电薄膜成分的复杂性,传统方法难以制备出满足要求的薄膜。而PLD法可以较容易地控制薄膜的成分,可引入氧气等活性气氛,故是制备铁电薄

膜比较理想的方法。随衬底温度的升高,PZT薄膜在衬底的结晶越好,厚度也在增加[20]。通过对激光沉积的(Ba0.5Sr0.5)TiO3的研究表明在0.1GPa的氧气压力和700 时薄膜的厚度可达到40nm,其介电常数为150,在2V时其泄漏电流密度是2 10-9A/cm2,已达到用于高密度动态随机存储器的要求[21]。通过对Bi4Ti3O12(BiT)和SrBi4Ti4O15(SBTi)混合物的烧蚀沉积,得到厚度为18nm的薄膜,其剩余极化为9.3 C/cm2,远大于单个的BiT和SBTi薄膜,其介电常数高达250[22]。

为了提高YMnO3的结晶度和介电特性,Kakuno在Si衬底上先沉积一层绝缘材料Y2O3,从而得到了性能优良的铁电薄膜,并分析了其薄膜生长和界面结构[23]。3.5 超晶格

所谓超晶格,是相对于天然半导体中的晶格周期而言的。在一个衬底上交替重复生长出多达几十层的异质结构,其中每层的厚度均为几个或十几个原子层,形成了一个新的周期结构,它的周期比天然半导体中的晶格周期大若干倍[24]。其具有量子阱中电子状态密度的阶梯状分布,并且这种人工改性材料的带边吸收和发射特性具有几个新的特点[24]:(1)随着势阱宽度变窄,吸收边、自发发射峰和受激发射峰均向短波长方向移动,即所谓 蓝移 现象;(2)其吸收边比天然材料更为陡峭;(3)与天然材料相比,受激发波长对应的本征吸收系数减小到1/5以下。利用第一个特点可制作波长很短的激光器,后两个特点可以制作低损耗的光波导器件,如光开关,光调制解调器等无源光器件。传统的制备超晶格材料的方法是分子束外延生长。但这种方法设备复杂,费用昂贵且制备出的薄膜种类有限。而激光脉冲沉积法可以制备出与分子束外延质量相当的薄膜。通过对脉冲激光烧蚀沉积法制备的(CaCuO2)m/(BaCuO2)n和(SrCuO2)m/(BaCuO2)n超晶格的研究发现其n=2,m=1~6,并且具有很好的结晶形态;超导性只存在Ca系的超晶格中,最高超导温度为70K[25]。运用基于脉冲激光沉积的连续成分扩散技术可以加快外延生长超晶格机制的研究速度[26]。3.6 生物陶瓷涂层

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