脉冲激光沉积薄膜精选课件.ppt

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1、关于脉冲激光沉积薄关于脉冲激光沉积薄膜膜第一页，本课件共有21页引言引言n n脉冲激光沉积脉冲激光沉积(PLD)(PLD)技术是技术是20 20 世纪世纪60 60 年代出现的一门新兴的年代出现的一门新兴的薄膜制备技术。薄膜制备技术。1965 1965 年年Smith Smith 等进行了激光制膜的研究。等进行了激光制膜的研究。n n脉冲激光沉积技术是制备薄膜一种重要的方法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、在有机薄膜、有机有机-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。近年来的优势。近年来,国内外开展了一些有机薄膜脉

2、冲激光沉积国内外开展了一些有机薄膜脉冲激光沉积的研究工作的研究工作,并对该技术进行了发展和改进并对该技术进行了发展和改进.n n近年来近年来,人们将脉冲激光技术和有机薄膜的制备结合起来人们将脉冲激光技术和有机薄膜的制备结合起来,开展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,并取得了并取得了不错的成果。不错的成果。第二页，本课件共有21页PLD 的特点和优势n n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。n n可以制备有机薄膜以及复杂成分的无机薄膜。n n能够保持聚合物与有机分子结构的完整性。n n在较低温度下原位实

3、现薄膜的生长。n n能够制备高质量的纳米薄膜。n n适用范围广、设备简单、易于操作。第三页，本课件共有21页PLD 的基本原理及物理过程n n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第四页，本课件共有21页PLD原理图原理图参考陈老师参考陈老师PPT第五页，本课件共有21页脉冲激光沉积示意图主要分为主要分为3 3 个过程个过程:(1)(1)靶材的汽化和等离子体靶材的汽化和等离子体的产生。的产生。(2)(2)等离子体定向局域等等离子体定向局域等温绝热膨胀发射。温绝热

4、膨胀发射。(3)(3)等离子体与衬底相互作等离子体与衬底相互作用用,在衬底上沉积而形在衬底上沉积而形成薄膜。成薄膜。Tube FurnaceQuartz TubetargetMgONanowiresLaser Beam第六页，本课件共有21页脉冲激光沉积示意图第七页，本课件共有21页影响薄膜质量的因素n n激光对薄膜质量的影响n n环境压强和气氛种类的影响n n衬底到靶的距离(D)n n沉积温度、种类及表面光洁度n n掺杂n n退火条件的选择第八页，本课件共有21页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，

5、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。第九页，本课件共有21页Combination of large area PLD(left)and magnetron sputter deposition(right)第十页，本课件共有21页PLD of nanoparticle films of Aun nNd:YAGNd:YAG激光器激光器:波长波长1064nm1064nm20Hz20Hz，脉冲长度，脉冲长度6 ns6 ns，真，真空室压力空室压力5 105 10-5-5 mbar.mbar.n nSi Si衬底距靶材衬底距靶材9cm9cm。平面朗格缪尔离

6、子探针。平面朗格缪尔离子探针5mm5mm2 2，偏压，偏压-30V-30V，距靶材，距靶材8cm8cm。n n一个石英晶体检测器用来测量沉积材料的平均厚度。激一个石英晶体检测器用来测量沉积材料的平均厚度。激光辐射光辐射40min40min前后靶材的质量损失通过称量确定。前后靶材的质量损失通过称量确定。第十一页，本课件共有21页AFM images for films of equivalent thickness(a)0.5 nm(b)2.5 nm(c)4 nm Au on Si第十二页，本课件共有21页Optical absorption of 0.5 nm,2.5 nm,3 nm and

7、4 nm Au on Al2O3.第十三页，本课件共有21页PLD 法生长硅基法生长硅基ZnO 薄膜薄膜n n激光器NdNd：YAG脉冲激光器，输出波1064nm1064nm，单脉冲能量208mJ208mJ，击中靶的光斑面积为0.43mm0.43mm2 2，产，产生生48mJ/cm48mJ/cm2的能量密度，重复频率的能量密度，重复频率10Hz10Hz，脉宽，脉宽10ns10ns。n n靶材：烧结高纯ZnOZnO（99.99%99.99%）固体靶n n系统真空：抽至系统真空：抽至1.21044Pa，加热衬底温度至，加热衬底温度至400400后，后，充入充入0.13Pa 的高纯氧（99.999%

8、）第十四页，本课件共有21页实验过程实验过程n n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。第十五页，本课件共有21页实验表征实验表征n nXRD分析n nFTIR 分析n nSEM 和TEM分析第十六页，本课件共有21页XRD 分析分析分析：2=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薄膜沿轴择优取向长，其它晶面的生长受到了抑制。第十七页，本课件共有

9、21页FTIR分析分析；存在三个明显的吸收峰）峰为SiO 键的非对称伸缩振动吸收，为SiO2中的SiO 键）属于硅晶格中的替位碳的振动吸收）对应ZnO 键的红外光谱的特征吸收峰由于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 的吸收峰非常尖锐第十八页，本课件共有21页SEM 和和SAED分析分析分析：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。第十九页，本课件共有21页参考文献参考文献1 Bo Lei,Song Han,Chao Li,D

10、aihua Zhang,Zuqin Liu and Chongwu Zhou Nanotechnology 18 1 Bo Lei,Song Han,Chao Li,Daihua Zhang,Zuqin Liu and Chongwu Zhou Nanotechnology 18(2007)044019(8pp)(2007)044019(8pp)2 T.Donnelly,S.Krishnamurthy,K.Carney,N.McEvoy,J.G.Lunney Applied Surface Science 2 T.Donnelly,S.Krishnamurthy,K.Carney,N.McEv

11、oy,J.G.Lunney Applied Surface Science 254(2007)13031306254(2007)130313063 R.Dietscha,*,Th.Holza,D.Weibacha,R.ScholzApplied Surface Science 197198(2002)1691743 R.Dietscha,*,Th.Holza,D.Weibacha,R.ScholzApplied Surface Science 197198(2002)1691744 E.Cappellia,*,C.Scillettaa,S.Orlando Thin Solid Films 482(2005)305 3104 E.Cappellia,*,C.Scillettaa,S.Orlando Thin Solid Films 482(2005)305 3105 5 何建廷等，何建廷等，PLD PLD 法生长硅基法生长硅基ZnO ZnO 薄膜的特性，电子元件与材料薄膜的特性，电子元件与材料2005.52005.5第二十页，本课件共有21页感感谢谢大大家家观观看看第二十一页，本课件共有21页