真空环境中脉冲激光烧蚀制备纳米银晶薄膜的生长特性

采用XeCl准分子脉冲激光,在室温、真空环境下烧蚀银靶,通过改变激光能量密度和靶衬间距,在与靶面平行放置的Si(111)衬底上沉积了一系列纳米银晶薄膜。利用扫描电镜以及X射线衍射仪、选区电子衍射技术对薄膜进行表征,结果表明:薄膜由不同尺寸的银纳米晶粒组成;在固定激光能量密度的条件下,随着靶衬间距增加,薄膜的厚度和晶粒尺寸逐渐减小,晶粒间的聚合程度减弱,薄膜(111)晶面的XRD特征谱线强度减弱,(200)晶面的特征谱线强度增强;在固定靶衬间距的条件下,随着激光能量密度的增大,薄膜的厚度和晶粒尺寸逐渐增大,晶粒间的聚合程度增强,薄膜(111)晶面的特征谱线强度增强,(200)晶面的特征谱线强度略有减弱。结合晶粒成核和传输特性、烧蚀粒子迁移率,以及薄膜沿不同晶面生长所需表面能存在差异的情况,对实验结果进行了分析。     

脉冲激光烧蚀沉积ZnSe薄膜的研究

用 2 48nm的KrF准分子脉冲激光烧蚀ZnSe靶材沉积ZnSe薄膜。靶采用多晶ZnSe片 ,衬底采用抛光GaAs(10 0 )。衬底预处理采用化学刻蚀和高温处理。原子力显微镜 (AFM )观察显示在GaAs(10 0 )沉积的ZnSe薄膜的平均粗糙度为 3～ 4nm。X射线衍射 (XRD)结果表明ZnSe薄膜 (4 0 0 )峰的半高宽 (FWHM)为 0 4°～ 0 5°。对激光烧蚀团束的四极质谱分析表明烧蚀团束主要由Zn ,Se和 2Se组成 ,并由此推断ZnSe薄膜的二维生长模式。     

飞秒激光烧蚀高定向热解石墨的超快过程研究

脉冲激光烧蚀高定向热解石墨(HOPG)是制备富勒烯、碳纳米管等碳纳米材料的重要方法之一。研究和认识飞秒脉冲激光烧蚀高定向热解石墨的超快物理过程,可以为探索飞秒激光烧蚀制备各种碳纳米材料提供重要的实验和理论基础。利用抽运-探测技术记录了0.33～20J/cm2不同激光能流下50fs激光脉冲烧蚀高定向热解石墨在0～9ns时间窗口内的超快动态过程,并且比较分析了烧蚀高定向热解石墨和烧蚀铝靶的差别。实验发现,随着入射到高定向热解石墨表面的激光能流从20J/cm2下降到0.33J/cm2,光热机制导致的物质去除逐渐减少,光机械机制的应力释放导致的大颗粒物质喷射逐渐成为主要的物质去除过程。分析表明,靶材的吸收系数是导致高定向热解石墨和铝靶烧蚀动态过程不同的主要因素。     

准分子激光轰击Y—Ba—Cu—O高温超导靶的空间分辨光谱研究

采用WP4-光学多道分析仪对准分子激光轰击Y_1Ba_2Cu_3O_x超导靶产生的等离子体辐射进行了空间分辨测量和研究。实验结果表明,在靶面的邻近区(d<0.35mm),等离子体的辐射为较强的连续谱,同时叠加有Y、Ba原子和Y~+、Ba~+离子基态电子跃迁的自吸收线。Y、Ba、Cu原子和相应的一价离子以及金属氧化物分子激发态的发射谱线仅在距靶面为0.4mm以外的区域出现。光谱的测量结果支持靶面发生爆炸,出射分子簇团和固体微粘的激光烧蚀沉积动力学机制解释。     

激光液相烧蚀法制备金核银壳纳米结构及其性能的研究

采用波长为248nm的KrF准分子激光烧蚀制备纯净的金核银壳复合纳米结构,通过高分辨透射电子显微镜(HRTEM)以及电子能谱(EDS)对其形貌结构和成分进行了表征。实验发现,控制银壳的厚度能够调节该纳米结构的表面等离共振吸收曲线峰位,采用Mie理论对金核银壳纳米结构在形成过程中的表面等离共振吸收曲线进行了模拟,模拟结果与实验结果一致。探讨了激光烧蚀法制备金核银壳纳米结构的机制。此外,实验结果表明准分子激光烧蚀法制备的金核银壳纳米结构具有优异的表面增强拉曼光谱(SERS)活性,可用于物质痕量检测领域。     

XeCl准分子激光对聚对苯二甲酸乙二酯的表面接枝改性

用XeCl准分子激光照射聚对苯二甲酸乙二酯 (PET)薄膜 ,并同时进行表面接枝 ,提高薄膜表面亲水性。研究了激光能量和脉冲次数对照射和接枝后PET薄膜表面亲水性的影响 ,对比了激光照射烧蚀和接枝薄膜的表面性质差异 ,并分析了激光照射和接枝后样品重量变化的影响因素 ,提出了一种新的接枝率计算公式     

靶面激光光斑尺寸原位测量的研究

提供了一种简便易行的靶面激光光斑尺寸原位测量的方法。从高斯光束的横向光强分布特性出发,建立了激光烧蚀斑半径与辐照激光能量、光斑尺寸、烧蚀阈值间的关系式,模拟分析发现辐照激光光斑尺寸对烧蚀斑半径随辐照能量变化曲线有较大影响。对于脉宽为2 ms,波长为1064 nm的激光,实验测量了不同能量激光辐照下相纸烧蚀斑半径,并用推导出的关系式拟合测量数据,获得了靶面处光斑尺寸和样品烧蚀阈值。同时,也测量了不同位置处的光斑尺寸和样品烧蚀阈值,对高斯光束束腰位置和样品烧蚀阈值的光斑尺寸效应进行了验证。研究结果表明该技术结果可靠,简单高效。该技术可以为高能激光与固体物质相互作用的基础研究和激光加工等应用领域中实现简单方便地测量靶面光斑尺寸提供帮助。     

脉冲激光沉积β-FeSi2/Si(111)薄膜的工艺条件

用FeSi2合金靶作为靶材,采用准分子激光沉积法在Si(111)单晶基片上制备了单相的-βFeSi2薄膜,并将飞秒脉冲激光沉积法(PLD)引入到-βFeSi2薄膜的制备工艺中;用X射线衍射仪(XRD),场扫描电镜(FSEM),能谱仪(EDS),紫外可见光光谱仪研究了薄膜的结构、组分、表面形貌和光学性能。基片温度为500℃,采用KrF准分子脉冲激光沉积法可获得单相的-βFeSi2薄膜。衬底温度为550℃时,-βFeSi2出现迷津状薄层。采用飞秒脉冲激光法-βFeSi2薄膜的合成温度比准分子脉冲激光沉积法制备温度低50~100℃;薄膜的晶粒分布均匀连续,没有微米级的微滴;飞秒脉冲激光沉积效率比准分子激光的高1000倍以上,是一种快速高效的-βFeSi2薄膜沉积技术。     

掺铒对激光烧蚀制备纳米硅晶薄膜形貌的影响

在2×10-4 Pa真空下，采用XeCl准分子激光器(波长308 nm)，调整激光单脉冲能量密度为3 J/cm2，交替烧蚀高纯单晶硅(Si)靶和铒(Er)靶，通过调整辐照两靶的激光脉冲个数比来控制掺Er浓度，分别在Si衬底和石英衬底上制备了掺Er非晶Si薄膜。在N2气保护下经高温热退火实现纳米晶化，退火时间为30 min。采用扫描电子显微镜(SEM)观察所得到的样品的表面形貌显示，铒掺杂影响着薄膜的表面形貌，与不掺Er情况相比，掺入适量的Er可以在较低的退火温度下得到晶粒尺寸分布更均匀的薄膜;拉曼谱的测量结果表明，在相同的退火温度下，Er的掺入有利于晶粒的长大，但同时降低了薄膜的晶化度，掺Er非晶Si薄膜要实现完全晶化需要更高的退火温度。     

激光烧蚀制备按尺寸自然分离的纳米Si晶粒

提出了一种将激光烧蚀制备的纳米Si晶粒按尺寸大小进行分离的新方法。在10 Pa高纯环境气体Ar下,采用波长为308 nm的XeCl准分子激光器,固定激光单脉冲能量密度为3 J/cm2,激光烧蚀电阻率为3000Ω.cm的高纯单晶Si靶,在等离子羽轴线正下方2.0 cm处平行放置一系列单晶Si或玻璃衬底来收集纳米Si晶粒。拉曼(Raman)谱测量结果显示,在距靶平行距离为0.5-2.8 cm范围内,所制备的薄膜中均有纳米Si晶粒形成。利用扫描电子显微镜(SEM)观察了样品的表面形貌,对图中的纳米Si晶粒统计分析表明,随着离靶平行距离的增大,所形成的纳米Si晶粒的平均尺寸逐渐减小。从烧蚀动力学角度对实验结果进行了定性解释,因为不同尺寸的纳米Si晶粒获得了不同的水平速度,所以在重力作用下实现了尺寸的自然分离。     

3×10~(16)W/cm~2高反差亚皮秒激光脉冲照射凝聚态靶的辐射吸收机理

1　引言最近几年人们大力研究超强光场与固体的相互作用过程 ,研究是由物质在极限条件(固体密度的等离子体和 1～ 1 0 ke V温度 )下的可能性引起 ,它的应用关系到制造亚皮秒X射线辐射源。决定强亚皮秒激光脉冲与凝聚态靶相互作用的关键参数是脉冲的反差度峰值强度与预脉冲强度之比。例如 ,峰值强度为 1 0 1 7W/cm2脉冲的纳秒预脉冲强度不应超过靶物质烧蚀阈值～ 1 0 8W/cm2 ,即反差度应大于1 0 9。在相反情况下 ,主脉冲将与屏蔽靶面靶物质的低密度蒸气相互作用。现有亚皮秒激光系统 (λ～ 1μm)的反差度不超过 1 0 8,实际上唯一已知提高该…     

外加氦气流下脉冲激光沉积制备纳米硅晶粒成核区宽度的计算

在室温、10 Pa氦气氛围中,采用脉冲激光沉积(PLD)技术,通过在烧蚀羽辉正上方距靶面不同位置垂直引入一束氦气流,在烧蚀点正下方与烧蚀羽辉轴线平行放置的衬底上沉积了一系列纳米Si晶薄膜。扫描电子显微镜(SEM)、拉曼(Raman)散射光谱和X射线衍射(XRD)谱检测结果均表明,纳米Si晶粒在距靶一定的范围内形成,其尺寸随与靶面距离的增加先增大后减小。在分析衬底上的晶粒尺寸及其位置分布的基础上,结合流体力学模型、成核分区模型、热动力学方程以及晶粒形成后的类平抛运动,计算得出了纳米Si晶粒的成核区宽度为56.2 mm。     

脉冲激光烧蚀金属Cu产生电子和离子发射研究

通过对脉冲Ｎｄ：ＹＡＧ激光烧蚀金属Ｃｕ过程中的烧蚀靶和收集板上电压信号的时间分辨测量,研究了激光烧蚀金属Ｃｕ产生电子和离子发射过程及其受缓冲气压的影响。实验结果表明：在激光烧蚀过程中,烧蚀靶上产生离子和高能电子,高能电子较离子率先从靶面出射;随着烧蚀环境气压的升高,烧蚀靶与收集板上的电荷量迅速减少。     

能量密度对毫秒脉宽激光烧蚀铝靶物质迁移机制的影响

毫秒脉宽激光打孔过程中靶物质的迁移机制直接影响孔的形貌,因此靶物质的迁移机制研究对于激光加工参数优化具有重要意义.靶物质的迁移主要包括脱靶的气化产物、溅射的熔融物质和非脱靶的熔融物质迁移,熔融物质重新凝固形成重铸层.对于脱靶的物质,采用高速相机直接成像法观察运动规律;对于重铸层,采用金相显微镜观察其形貌;最后,使用分析天平测量烧蚀质量.结果 表明:铝合金的相爆炸阈值为1047.24 J/cm2,能量密度在相爆炸阈值以下时,脱靶的靶物质主要以气化形式迁移,重铸层内部会形成周向和径向的裂纹,而能量密度在相爆炸阈值以上时,熔融物质被冲刷出烧蚀坑,烧蚀坑内部几乎不存在重铸层;气化损失的质量占比很小,靶材的质量损失主要来自相爆炸驱动的熔体喷溅,相爆炸会使单脉冲烧蚀质量增加10.7倍;相爆炸和激光强度的下降均会导致靶材的气化速率下降.     

激光产生冲击波在材料热学和力学特性研究中的应用

激光为在高能密度条件下的物理材料特性研究提供了独特的机遇。例如 ,激光熔接研究揭示 ,在脉冲激光照射下 ,球壳靶中心可能达到显著的靶材压缩 (10 0 0 g cm-3 )和高温(10 0 ke V)。在典型条件下 ,激光脉冲辐射可在靶面形成高温等离子区。由于反冲动量流体动力的等离子体膨胀造成作用在靶上的烧蚀压强。结果在靶上形成高达几百兆巴的冲击波 ,而后发生对靶的加热和压缩。现在的实验技术已发展到可在极端条件下用激光产生的冲击波研究材料的热学和力学特性。激光产生冲击波的一个重要应用是构造大范围物质状态的半经验方程。这样 ,研究人员…     

激光烧蚀过程中冲量耦合系数的研究

首先分析了激光烧蚀过程中,对冲量耦合系数大小有影响的因素,然后利用简化的物理模型,对激光聚焦后直接烧蚀固体靶的情况进行了理论分析,并应用数值计算重点讨论了激光能量在靶物质中的不同分布对冲量耦合系数的影响。结果说明:能量的分布不是影响冲量耦合系数的主要方面,而靶物质材料和靶结构对冲量耦合系数会有较大影响。     

靶衬间距对传输中溅射粒子密度和速度分布的影响

采用蒙特卡罗(Monte Carlo)方法,研究了脉冲激光烧蚀沉积纳米硅(Si)晶薄膜过程中,靶衬间距对传输中溅射粒子密度和速度分布的影响。研究结果表明,在相同时刻,烧蚀粒子和环境气体的交叠区离开靶面的距离随靶衬间距的增加而增大,并且到达离开表面最大距离的时间随靶衬间距的增大而明显增长。速度分布曲线的峰位和峰值强度均出现了周期性变化的趋势,并且均随着靶衬间距的增大而增长。     

激光烧蚀金属Al产生电子和离子发射的研究

通过测定脉冲Ｎｄ：ＹＡＧ激光烧蚀金属Ａｌ过程中，在烧蚀靶和收集板上电荷时间分辨的测量，研究了激光烧蚀金属Ａｌ产生的电子和离子发射过程，以及烧蚀环境气压对电子和离子发射过程的影响。结果表明，在激光烧蚀过程中，靶上生成电子和离子，而电子较离子先从靶面出射，随着烧蚀环境气压的增高，饶蚀靶和收集板上的电荷量都迅速减少。     

氮化铝薄膜的低温沉积

介绍了一种ECR微波放电和脉冲激光沉积相结合低温沉积AlN薄膜的新方法.在ECR氮等离子体环境中用脉冲激光烧蚀Al靶,以低于80℃的衬底温度在Si衬底上沉积了AlN薄膜.结合样品表征和等离子体光谱分析,探讨了膜层沉积的机理,等离子体中活性氮物质的存在是Al-N化合的重要因素,等离子体对衬底的辐照促进膜层的形成.     

激光脉冲频率对纳米Si晶薄膜形貌的影响

在气压为10 Pa的惰性气体Ar环境下,采用XeCl准分子激光器(波长308 nm),调整激光单脉冲能量密度为4 J/cm2,激光烧蚀电阻率为3000Ω.cm的高纯单晶Si靶,在玻璃或Si衬底上沉积制备了纳米Si晶薄膜。实验中靶和衬底间距离保持为3 cm,对衬底既没有加温也没有冷却。拉曼(Raman)谱测量结果表明,所制备的薄膜中已有纳米Si晶粒形成。保持脉冲总数不变,分别取激光脉冲频率为1 Hz,3 Hz,10 Hz和20 Hz,相应沉积时间约为10 min,3.3 min,1 min和0.5 min,采用扫描电子显微镜(SEM)观察所得样品的表面形貌,不同脉冲频率下的结果比较显示,脉冲频率越大,制备的纳米Si晶薄膜的平均晶粒尺寸就越小,晶粒尺寸分布也越均匀。沉积动力学过程的非线性是导致实验出现该结果的原因。