激光脉冲沉积法(PLD)制备薄膜的原理、优点

激光脉冲沉积法(Pulsed laser deposition，简称PLD)

1965年smith和Turner[8等人开始进行用激光制备薄膜的研究，最初用红宝石激光器、CO激光器和Nd:YAG激光器等近红外波段激光制备薄膜,由于激光波长和激光功率密度的限制，薄膜材料种类受到限制，而且薄膜的质量并不理想，其特性很类似于电子束打靶蒸发镀膜，因而没有显示出明显的优越性，所以一直不为人们所重视。直到80年代后期，当脉冲宽度为几个到儿十个纳秒、瞬时功率可达 GW级的准分子激光器出现后，才为沉积高质量的薄膜铺平了道路。1987年，美国Bell实验室首次用高能准分子激光器成功地制备出高质址的高温超导薄膜，才使激光镀膜法真止成为一种重要的镀膜方法，并迅速发展起米。儿乎在同期，日本科学家率先采用PLD技术沉积以YBCO为代表的高温超导薄膜并获得成功，在全球范围内掀起了研究PLD薄膜沉积技术的热潮"2。人们随即发现PLD技术在沉积铁电体、半导体、金刚石或类金刚石以及各种有机物薄膜中也有其不可替代的优点。另外从产物结构看，除薄膜外，PLD还可用于制备纳米材料和半导体量子点等新型微结构材料。

PLD基本原理是利用高功率的准分子脉冲激光照射到一定组分比的靶材上，使靶的表面层（几十个纳米深）局部瞬间蒸发，产生含有靶材成分的等离子体羽辉(Plasma Plume)，将衬底放在羽辉前与靶相对的合适位置处,等离子体羽辉中的物质被沉积在被加热的衬底表面上后形成薄膜，由于膜的沉积可在氧气气氛中进行，并且衬底通常加有比较高的温度，所以薄膜一般不再需要后退火处理。目前通常使用准分子激光器(Excimer Laser)，一般输出脉冲宽度为20ns 左右，功率密度可达 10-10°w/cm2.

PLD方法的主要优点是:薄膜材料源无污染，薄膜成分与靶材完全一致;靶材可以是单晶材料或大块多晶材料;在真空和一定的气氛（如氧气、氮气和氢气）中沉积，因而薄膜不易受到污染;衬底温度较低，可获得外延单晶膜;沉积速度相对较快(～1nm/s）以及操作简便等。PLD方法的缺点是对于多元体系材料制膜时，难以严格保证膜中的化学计量比、不便于大面积成膜、等离子体羽辉中会出现粒子团簇(Cluster)在薄膜表面形成微滴(Droplet)以及薄膜沉积时发生反溅射等。

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二硒化銅銦(CuInSe2,CIS )薄膜

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大尺寸单层硒分区掺杂二硫化钨薄膜

铜铟镓硒/硫/硒硫薄膜

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鋯鈦酸鉛 (PbZr0.5Ti0.5O3) 薄膜

強介電 Pb(Zr, Ti)O3 薄膜

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多铁性磁电复合薄膜

聚酰亚胺/纳米Al2O3复合薄膜

金刚石薄膜

直流磁控溅射ZnO薄膜

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WC/类金刚石(DLC)/WS2纳米复合薄膜