用脉冲激光沉积法制备类金刚石膜及金刚石薄膜

简要评述了用脉冲激光沉积技术制备类金刚石膜及金刚石薄膜的研究进展，总结了激光脉冲沉积制备薄膜的基本原理及其特点，分析了激光波长，能量，衬底温度等对薄膜质量的影响。     

脉冲激光沉积类金刚石膜技术

脉冲激光沉积(PLD)技术制备类金刚石(DLC)薄膜存在着金刚石相含量较低、石墨颗粒多、薄膜与衬底附着力差、膜内应力大等技术难题,为此,研究人员研究出了多种技术措施,如通过引入背景气体、超快激光、偏压、磁场以及加热等措施提高了薄膜金刚石相含量;采用金刚石或丙酮靶材、减小单脉冲能量等措施减少了石墨颗粒;采用间歇沉积、真空退火、超快激光等措施减少了膜内应力;合理没计过渡层改善了膜与衬底间的附着力等.这些技术有力地推动了脉冲激光沉积技术的发展.     

脉冲激光沉积类金刚石膜红外增透技术研究

针对传统方法制备类金刚石(DLC)膜存在的3～5μm波段红外透过率低这一难题,采用飞秒脉冲激光沉积(PLD)法在红外材料硅基底上镀制DLC膜.重点考查了靶材与基片的间距、背景气压、激光单脉冲能量、负偏压、温度以及掺硅量等工艺参数对其透过率的影响,经过大量的实验与优化分析,总结出一套有效的脉冲激光沉积DLC膜工艺来制备优良的光学保护增透膜.相比传统工艺,大大提高了3～5μm波段的平均红外透过率,在硅基底上单面镀制DLC膜的最高红外透过率达到了68.2%,与理论最高值的68.7%仅相差0.5%.     

脉冲激光沉积类金刚石膜和生物相容性

类金刚石膜具有很高的硬度、很小的摩擦系数、很高的化学稳定性和很好的生物相容性,在生物医学领域中具有巨大的应用价值。首先,论述了类金刚石薄膜的微观结构、物理化学特性和生物相容性以及它们之间的相互联系。总结了脉冲激光沉积类金刚石薄膜过程中实验参数对类金刚石薄膜的微观结构和特性的影响。为类金刚石薄膜的研究与生物医学应用提供一个参考。     

超快脉冲激光沉积类金刚石膜的研究进展

综述了脉冲沉积(PLD)类金刚石膜(DLC)的优势和局限,对其局限的补偿和突破,以及脉冲沉积法的重要发展方向——超快脉冲激光沉积(Ultra-fast PLD)类金刚石膜(DLC)的研究进展。     

脉冲激光沉积类金刚石膜和细胞相容性研究

为了解决机械瓣膜的凝血问题,在相同的实验条件下,用脉冲激光沉积(PLD)法在机械瓣膜,Al2O3,316 L不锈钢和Si衬底上沉积类金刚石(DLC)膜.结果表明类金刚石膜与机械瓣膜之间的黏附性最好,用拉曼光谱仪(Raman),X射线光电子能谱仪(XPS)和原子力显微镜(AFM)对机械瓣膜上的类金刚石膜进行检测,然后把人脐带静脉血管内皮细胞(HUVEC)种植在类金刚石膜的表面并进行体外培养.结果表明,Raman光谱的D峰出现在1341.66 cm-1处.G峰出现在1528.17 cm-1处.薄膜中sp3的含量达到21.45%.平均粗糙度为26.4 nm.血管内皮细胞能够正常生长、增殖并融合成片,因此可以实现机械瓣膜表面的血管内皮化,达到抗凝的目的.     

磁场辅助激光沉积类金刚石膜初探

提出了磁场辅助激光沉积类金刚石（DLC）膜技术,在硅基底附近添加磁力线向基底收拢的磁场,用以迫使侧向飞行的离子向基底靠拢并参与成膜。由于离子向基底的集中,使其在膜层中含量大幅上升,间接地减少了大颗粒的比例,因此,与无磁场条件下制备的DLC膜相比,引入磁场不仅提高了DLC膜的沉积速率,而且提高了其机械硬度;更重要的是,间接地证明了激光对靶材离化的高效性,为脉冲激光沉积（PLD）结合磁过滤技术提供了可行性的依据。     

大功率准分子激光制备类金刚石膜及场发射性能

采用大功率高重复频率准分子激光溅射热解石墨靶制备了类金刚石膜,研究了激光功率密度和重复频率对类金刚石膜的结构及场发射性能的影响.保持重复频率不变,提高激光功率密度可提高膜中sp3键碳的含量和膜的场发射性能;在最佳激光功率密度下,当重复频率由200 Hz提高到500 Hz,膜中sp3键碳的含量和膜的场发射性能先提高,后降低,在300 Hz时达到最佳.在300 Hz重复频率、1010W/cm2激光功率密度下.膜的发射阈值电场为26 V/μm,在34 V/μm的电场下测得电流密度为14μA/cm2.根据类金刚石膜的场发射机理对上述结果进行了分析解释.     

利用脉冲准分子激光在ZnS上沉积类金刚石薄膜

利用氟化氪(KrF)脉冲准分子激光烧蚀沉积(PLD)技术,通过对激光等离子体的粒子成分以及空间分布的诊断,实现了等离子体成分的选择性沉积。在不降低光谱范围和透过率指标的前提下,解决了类金刚石(DLC)薄膜和硫化锌(ZnS)基底的牢固结合问题;通过改进基底平台的扫描方式,在激光烧蚀沉积工艺中沉积了80mm的大面积均匀类金刚石薄膜。制备的类金刚石/ZnS镀膜样品,光谱范围为0.53~12μm,其中1.3~11μm波段透过率在70%以上,膜层均匀性优于95%,可耐受环境湿度95%~100%,工作温度-45~85℃,附着力达到国军标要求。研究表明,利用类金刚石薄膜可以明显提高ZnS材料的耐冲击、耐高温、耐辐射和抗沙粒、盐、雾和尘埃的磨损侵蚀等能力。     

脉冲激光沉积制备Ge纳米薄膜的研究

利用脉冲激光沉积(PLD)技术,在Ar环境下于Si基片上制备出Ge纳米薄膜.用X射线衍射(XRD)仪和原子力显微镜(AFM)观测了薄膜的微观结构和形貌,分析了它们随激光能量密度和衬底温度的变化情况.结果表明:Ge薄膜在室温下即可以结晶,其平均品粒尺寸随脉冲激光能量密度的增大而增大.当脉冲激光能量密度为0.94 J/cm2时,所制备的薄膜由约13 nm的颗粒组成;当脉冲激光能量密度增大为1.31 J/cm2时,颗粒的平均尺寸增大为56 nm,凡薄膜表面变得比较均匀.此外,当衬底温度从室温升到450℃过程中,晶粒平均尺寸随温度升高而增大.在实验基础上,对薄膜的生长机理进行了分析.     

脉冲激光沉积法制备ITO薄膜及性质研究

本文采用脉冲激光沉积法(PLD)制备了ITO导电薄膜,并对其形貌、光学性质和电学性质进行了研究.结果表明,使用PLD方法制备的ITO导电薄膜在可见光区的平均透光率约为80%,方块电阻在100～200Ω/□之间.当衬底温度控制在300℃,氧压控制在1.33Pa时,可以得到具有较高透光率和电导率的ITO导电薄膜.     

Biaxially aligned YBCO film tapes fabricated by all pulsed laser deposition

Biaxially aligned yttria-stabilized zirconia (YSZ) films on Ni-based alloy substrates were realized with high deposition rate of 0.5 μm min⁻¹ by the inclined substrate deposition (ISD) technique without ion beam assistance. The microstructure of YSZ was examined to study the growth mechanism of biaxial alignment by ISD. Columnar structures toward the plasma plume suggested a self-shadowing effect in the ISD process. To raise I_c values, YBCO thickness was increased up to 5 μm. Thick YBCO films with high J_c values were realized on the ISD-grown YSZ. Long YBCO tapes with biaxial alignment were successfully fabricated using continuous pulsed laser deposition and a high I_c value of 37.0 A (77.3 K, 0 T) at a 75 cm voltage tap spacing was achieved.     

PLD方法在CVD金刚石膜上生长ZnO薄膜及其特性研究

采用脉冲激光沉积(PLD)技术,在(110)和(100)织构金刚石膜上成功制备出高度c-轴取向的ZnO薄膜,然后在纯氮气氛条件下对ZnO薄膜进行退火处理.作为比较,也在(100)Si上生长的ZnO薄膜进行了相同的处理.通过测量X射线衍射(XRD)谱和光致发光(PL)谱,研究了不同衬底性质和退火对薄膜结构和发光特性的影响.实验结果表明,在(100)织构金刚石上的ZnO膜具有最好的结晶质量,其半高宽只有0.2°.退火之后近紫外发光峰明显减弱的同时,绿色发光峰得到增强.这里归结为氮气退火后氧空位的增加,这点从退火后的XPS谱中可以得到进一步的确认.     

反应式脉冲激光溅射淀积AlN薄膜化学稳定性研究

就反应式脉冲激光溅射淀积制备氮化铝薄膜的过程，讨论了激光脉冲能量密度及脉冲频率对所有制备薄膜结构性能的影响，并对薄膜的化学稳定性作了比较详细的研究，结果表明，当薄膜中存在有未反应的单质铝时，薄膜的化学稳定性较差。比较而言具有高取向性，择优生长的致密ＡＩＮ微晶膜的化学稳定性优于结构相对疏松的非晶膜。     

脉冲激光沉积Al膜的沉积模式及沉积速率研究

为了给脉冲激光沉积(PLD)法沉积大面积均匀薄膜的应用提供相关的理论依据,以纯铝块作为靶材,采用PLD法在同轴和旁轴两种模式下对比研究了Al薄膜的厚度均匀性。同时,在旁轴的沉积模式下分别研究了基片温度、激光功率和重复频率对A l薄膜沉积速率的影响规律。实验结果表明,采用PLD方法在旁轴的沉积模式下获得的Al薄膜的厚度更加均匀。随着基片温度的增加,薄膜的沉积速率反而降低。升高激光功率,薄膜的沉积速率也随之提高。而在激光重复频率的变化过程中,Al薄膜的沉积速率有一最大值。     

Characterization and optical properties of bismuth chalcogenide films prepared by pulsed laser deposition technique

Thin films of Bi-based chalcogenides were prepared by pulsed laser deposition (PLD) technique according to the stoichiometric formula: Bi₂(Se_1−xTe_x)₃. Their optical properties were studied aiming to find the suitable area of application and the optimum composition amongst the samples under study. X-ray diffraction analysis proved the crystallinity of the deposited samples; in addition, surface roughness and films homogeneity were studied by atomic force microscopy (AFM) confirming the suitability of PLD technique to prepare homogenous and smooth films of the concerned alloys. Absorption coefficient calculations showed higher absorption values of 5×10⁵ and 6×10⁵ cm⁻¹ for Te contents of 90% and 100% in the Bi₂(Se_1−xTe_x)₃ system respectively. Optical band gap of the concerned films were calculated and found to be in the range of 0.76–1.11 eV, exhibiting comparable values with the previously reported by other authors. Optical studies conformed direct and allowed transitions in all films. Refractive index (n) and dielectric constants (Ɛ_r) and (Ɛ_i) were calculated and studied as a function of the wavelength. Values and behavior of (n), (Ɛ_r) and (Ɛ_i) indicated strong dependence on the composition and the wavelength range.     

脉冲激光沉积制备TiN/AlN多层薄膜及其工艺研究

本文采用脉冲激光沉积（PLD）法,在单晶硅试样表面上沉积制备了TiN/AlN多层硬质薄膜;研究了激光能量、靶衬距离和基体温度等工艺参数对薄膜性能的影响。采用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和显微硬度仪方法研究了薄膜的性能。结果表明：薄膜由TiN和立方AlN细晶和无定型的非晶TiN、AlN组成,薄膜的调制周期尺寸均在λ=（50-200）nm范围内,多层结构界面清晰;当多层薄膜调制周期在100nm以下时,薄膜的显微硬度明显高于TiN和AlN的混合硬度值。     

Fabrication and characterization of PZT-PMWSN thin film using pulsed laser deposition

Thin PZT films are being developed for use in sensor and actuator application in micromechanical systems. For the use as sensor and actuator, it is desirable to combine high mechanical quality factor (Q_m) with high piezoelectric constant (d) and high electro-mechanical coupling factor (k_p). We fabricated PbZr_xTi_1−xO₃-Pb(Mn,W,Sb,Nb)O₃ (PZT-PMWSN) targets with variations in the Zr/Ti ratio. The dielectric and piezoelectric properties of PZT-PMWSN ceramics were investigated as a function of Zr/Ti ratio. At the Zr/Ti ratio of 0.52/0.48, the electrical coupling factor (k_p) and the mechanical quality factor (Q_m) showed a maximum value of 0.56 and 2344, respectively. The PZT-PMWSN thin film has been prepared on a Pt/Ti/SiO₂/Si substrate using pulsed laser deposition method. The structural property was characterized with XRD, SEM and ferroelectric hysteresis loop measurement were used to characterize the electrical properties of PZT-PMWSN thin film.