通过脉冲激光沉积对功能材料的薄膜沉积欧洲杯足球竞彩

在当今世界，功能材料是日常生活的一部分，例如欧洲杯足球竞彩在设备，对象或工具上进行防护效果，以减少磨损，用于装饰，传感器或医疗应用的涂料或磁性涂料，以存储在我们硬盘上的信息。这些材料使用欧洲杯足球竞彩多种沉积技术作为薄膜沉积，所需的膜特性将决定如何生长膜。

涂层的厚度也大不相同，范围从厚膜的厚度厚度为数十微米到几nm，称为超薄膜。显然，取决于沉积过程的成本，效率和控制，有非vacuum技术，例如喷雾热解或化学蒸气沉积。这两种技术都非常适合大面积，较厚的膜沉积，但它们取决于溶剂，这些溶剂随后必须通过沉积层的加热步骤去除。对于真空沉积技术，例如溅射，热蒸发或分子束外延，这是不同的。它们可以更好地控制厚度，粗糙度，纯度，结晶度和物理特性，例如电导率。

脉冲激光沉积

固态物理学和分析化学中用途最广泛的沉积技术之一是使用光子的冷凝物质蒸发。脉冲激光沉积（PLD）是一种生长技术，其中以脉冲持续时间，激光波长和频率为特征的光子与散装材料相互作用[1，2]。该沉积技术的示意图如图1所示。从〜100 fsec到20 NSEC的短脉冲高功率激光束聚焦在样品表面上，从而将有限体积的固体瞬间转化为其蒸气相成分例如离子和中性物，从而形成了发光的消融羽流。随后，蒸气以高速度（几公里/秒）从目标移开，可以采样以生长膜或通过各种光谱技术进行分析。

图。1。a）脉冲激光沉积设置的示意图。传入的激光束聚焦在目标上，从而使表面区域的材料蒸发。弹出材料被部分离子化，并形成针对基板的消融羽流。b）RF血浆增强的脉冲激光沉积的示意图[3]。c）与PLD结合的气孔设置的示意图，也称为脉冲反应性横梁激光消融[4]。通过相互作用区域并将其扩展在一起后，两个梁合并。在每个原理图下，一张照片显示了相应的PLD技术的等离子体羽（改编自[1]，图像由M. Bator和D. Stender提供）。

为了增强背景气体与消融物种的反应性，使用了RF-plasma源[3]（图1B）或使用气脉冲构型[4]（图1C）。后一种技术可以为消融过程提供更多反应性物种，例如原子氧改善了生长膜的氧含量[5]或气相中的受控阴离子取代，例如生长n掺杂的srtio₃或Latio_3-Xn_X通过使用n₂或NH₃在气脉冲中[6，7]。

脉冲激光沉积的优点

用于薄膜生长的脉冲激光沉积具有以下几个优点：

• 波长和功率密度的灵活性可以通过选择适当的激光波长来消除许多材料或材料组合的过程，以匹配材料的吸收特性。欧洲杯足球竞彩
• 沉积材料的大压力范围：<10欧洲杯足球竞彩^-7MBAR（无其他背景气体的真空）最多1MBAR。
• 激光不是真空系统的一部分。因此，可以在消融几何形状中具有相当多的自由度。
• 脉冲激光束的使用可以精确控制生长速率（每个脉冲亚曲层）。
• 对于许多消融材料或材料组合，可以实现组合物的一致转移。欧洲杯足球竞彩
• 蒸发物种动能的适度，以控制膜的生长特性和生长模式。此外，背景气体可以使用例如生长氧化膜时，氧气在血浆中产生氧化物。
• FS-PLD [8]对纳米颗粒的控制制备。欧洲杯猜球平台

脉冲激光沉积的缺点

与PLD过程相关的也有缺点。其中一些具有技术性质；有些是消融过程的固有，以及光子与物质之间的电磁相互作用[2]：

• 某些羽状物种的大动能会导致底物表面和生长膜的重新输入和同样的缺陷。
• 激光束轮廓中的不均匀能量分布会导致激光羽流中的不均匀能量和角能分布。
• 与较重的元素相比，氧气或锂之类的光元素在羽流中具有不同的膨胀速度和角度分布。为了获得所需的膜组成，例如需要适应的目标组合物或背景气体。
• 由于涉及高的激光能，可以弹出来自目标的宏观和显微镜颗粒，这可能不利于膜和多层的所需特性。欧洲杯猜球平台

可以通过使用非常致密的多晶甚至单一晶体靶标来部分克服后点，但这也取决于所使用的靶材料和激光量的吸收和机械性能。观察到微米大小颗粒的直接发射的一个示例是由于分层目标表面而导致8-ysz的NS-PLD [9]。欧洲杯猜球平台为了防止颗粒到达薄膜表面欧洲杯猜球平台，煤气脉冲已被用作“气刷” [10]。由于激光等离子体的定向性质，PLD通常用于小型样品制备。在[11-14]中可以找到已成功采用PLD的重要示例。

血浆诊断

通常，PLD用作黑盒子技术由于不需要知道等离子体中会发生什么，而且他们仍然可以准备高质量的薄膜和多层。然而，激光诱导的血浆是消融过程的核心，其中大多数化学发生了，它随后定义了膜的性质。

图2显示了LA的血浆质谱法的一个示例_0.4CA_0.6mno₃在L = 193nm时烧蚀，通力为1.5 j/cm²使用不同的背景条件：真空，O₂和n₂o atp= 1.5x10^-1Pa。Striking是在真空中测得的含氧物种数量的差异₂和n₂o（图2）。如果消融发生在N₂o与O相比₂。另外，通过引入n来提供原子氧₂o几乎将血浆中的负物质的量增加到两个倍，而所达到的氧气化学计量法更接近预期值，而没有其他氧气退火步骤[15]。

图2。消融LA的阴性物种的血浆质谱_0.4CA_0.6mno₃在真空中测量₂和n₂o在p = 1.5x10^-1PA。准分子激光波长为L = 193nm，通量为1.5 j/cm²。

血浆诊断的另一个有用的工具是时间分辨的等离子体成像[16-18]，以研究血浆中激发物种的扩展。通过选择一个物种的发射波长，可以区分膨胀期间涉及的物种和过程的不同膨胀速度。光和重元素的膨胀动力学非常不同，涉及物种的质量比将确定是否可以获得一致的转移。这已经进行了研究，例如用于电池电极材料limn₂o₄作为PLD生长的薄膜固有的薄膜[19]。要实现LIMN的一致转移₂o₄，需要调整目标组成的LI含量[19，20]。

薄膜的生长

氧化物薄膜的生长涉及许多边界条件：对于外延生长，晶格与底物匹配，化学兼容性，可比的热膨胀系数以及热力学和化学稳定的底物表面很重要。对于某些应用，选择性选择表面的化学终止也很重要[21，22]。在图3中，有三个例子证明了生长模式和生长条件如何影响最终膜的物理特性。洛杉矶_0.4CA_0.6mno₃（100）srtio生长的薄膜₃在真空中（t_s= 750°C，F= 1.5 JCM^-2在vaccum中的L = 193nm是单相，具有（100）取向的菌株，但结晶度较差，摇摆曲线宽度> 2°。对于洛杉矶_0.4CA_0.6mno₃在O中生长的电影₂和n₂o（o）p= 1.5x10^-1PA）晶体取向变为（001），并且摇摆曲线宽度为0.15°和<0.07°，表明了适合（001）方向的膜的优质至已经出色的结晶质量[15]（见图。3a）。

晶体取向和质量变化的起源是由于血浆物种的动能和氧化背景的适度。图3b）显示了单个晶体的一个例子，例如（110）lumno的生长₃（110）Yalo生长的薄膜₃基质。由于薄膜和底物之间的良好晶格匹配，可以实现（221）膜和底物方向的相互空间图证明，这也可以实现，这也显示了平面laue振荡中的一些[23]。

为了使薄膜以45°的角度相对于表面正常，将底物以适当的角度相对于传入的材料磁通量放置，该材料通常源自热源。欧洲杯足球竞彩该增长技术称为倾斜底物沉积（ISD），并已成功证明例如用于使用热蒸发在Ni-Tapes上的MGO生长[24]。与热蒸发相比，PLD过程通常具有更大的动能物种。但是，通过仔细选择离子导体y稳定的ZRO的沉积条件₂（YSZ）并将底物倾斜至45°，同样可以引起倾斜的生长（见图3C）。在这里，在SRTIO上生长了两层YSZ，具有±45°的底物倾斜度₃[25]。

图3。a）（100）（插图）和（001）胶片的摇摆曲线_0.4CA_0.6mno₃在t_s= 750°C，通量为1.5 JCM^-2L = 193nm，真空（插图）和A O₂和n₂o背景压力1.5x10^-1PA [15]。b）（221）膜和70nm（110）lumno的底物方向的相互空间图₃在（110）Yalo上生长的薄膜₃基质。lumno₃薄膜是无双胞胎的，并显示了平面内laue振荡[26]。c）沉积在srtio上的PLD生长的YSZ薄膜的SEM横截面₃在45°和-45°处获得像生长结构一样[25]。

聚合物膜转移

至于金属和氧化物，聚合物的PLD也是可能的，并且已成功应用。由于消融过程的性质，仅针对某些聚合物（例如Teflon [27]和PMMA [28]）的过程。这些聚合物在辐照后解聚，并随后与底物上的分子量结构不同的分子量结构较低。为了防止这种情况并使聚合物沉积可用于敏感材料，开发了基质辅助的脉冲激光蒸发（MAPLE）。欧洲杯足球竞彩使用含有辐照时要沉积的材料的冷冻溶剂靶（矩阵），将溶剂蒸发并形成羽状物与感兴趣的分子[29-32]。聚合物或其他材料也可以通过将层从供体欧洲杯足球竞彩转移到接收器底物的同时保存由激光点定义的形状来运输。该技术称为激光诱导的正向转移（LIFT），其中供体材料用激光束从底物的背面照亮，随后以完整的传单弹出并重新沉积到接收器底物上。理想情况下，供体膜的消融条件就是这样，以使膜被弹出在紧凑的传单中，并在接收器基板上的一件件中收集。为了减少甚至完全避免烧蚀聚合物的热分解，可以添加一个吸收所有激光能量的牺牲层（动态释放层，DRL）。DRL的分解和随后的压力堆积会将聚合物跨间隙转移到接收器基板上。 Likewise, a pattern transfer can be achieved with the receiver substrate in contact with the film. An example for a transfer of a complete three color organic polymer LED with two doped (green and red) and one undoped (blue) Polyfluorene (PFO) as the light-emitting polymer is shown in Figure 4 [33].

图4。提升过程的示意图分为三个步骤：步骤1显示准备的底物体系结构；虚线将供体基板与接收器基板分开。步骤2显示了转移过程，因为压力从三合方消融的气态产物累积时，将上覆的层推到接收器基板上。步骤3显示了在供体底物被带走并在整个设备上施加偏置以进行光发射之后的接收器底物（从[33]采用）。

参考

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