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。     

PLD法制备半球面均匀DLC膜的装置、仿真与实验

由于激光烧蚀靶材形成的等离子体羽辉呈高斯分布,导致沉积的大面积薄膜尤其是球面衬底上的薄膜极不均匀,严重限制了脉冲激光沉积法的应用。设计构建了旋转与变速摆动相结合的三维衬底机构,实现对半球面不同区域的连续沉积,保证了膜层的均匀性;建立膜厚分布的数学模型,模拟分析了运动参数对膜厚分布的影响;首次利用脉冲激光沉积技术制备出口径200 mm大尺寸半球面衬底上的均匀类金刚石膜,顶角80范围内膜厚不均匀性5%。脉冲激光沉积法在大口径半球面衬底上制备均匀类金刚石膜在空间观测等领域均具有巨大的应用前景。     

PLD法制备纳米类金刚石薄膜及衬底温度的影响

利用脉冲激光沉积(PLD)技术在O2氛围下于α-Al2O3(0001)基片上制备出纳米类金刚石薄膜。借助扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和Raman光谱分析了薄膜的形貌和结构随沉积时衬底温度的变化情况。结果表明：随着衬底温度的升高,薄膜颗粒尺寸减少;在衬底温度为550℃时,所制备的薄膜均匀、光滑,且大约是由14nm大小的颗粒组成。对薄膜的生长机理作出了分析。     

激光脉冲能量对类金刚石薄膜及其红外光学特性的影响

为了研究在氮气中激光的脉冲能量对类金刚石薄膜的微结构组成、表面形貌和红外光学特性的影响,在KrF准分子脉冲激光沉积(PLD)类金刚石薄膜的实验中,在沉积腔中充入10-1Pa氮气并保持其他实验参数不变,脉冲能量分别取120 mJ和150 mJ来沉积类金刚石薄膜。用拉曼光谱仪和X射线光电子能谱仪(XPS)对类金刚石薄膜的微结构与组成进行检测分析;用原子力显微镜(AFM)对薄膜的表面形貌进行检测分析;用傅里叶变换红外光谱仪对类金刚石薄膜和硅衬底的红外光透射谱进行检测分析。实验结果表明,脉冲能量从120 mJ增加到150 mJ导致类金刚石薄膜中的氮含量和sp3键含量增加,C-O,C=O和O的含量减少,石墨晶粒的数量减少、尺寸变小,薄膜表面的粗糙度显著降低。同时,脉冲能量增加导致类金刚石薄膜对红外光的增透作用减弱,增透范围变窄。     

脉冲激光沉积法沉积类金刚石薄膜的实验研究

为了研究脉冲激光沉积法中衬底温度和距离对类金刚石薄膜的影响,首先温度保持在200℃,靶和衬底间的距离分别取25.0mm和30.0mm来沉积类金刚石膜。其次温度保持在400℃,距离分别取25.0mm和30.0mm来沉积类金刚石膜。用Raman光谱仪对薄膜的微观结构进行检测,用原子力显微镜对薄膜的表面形貌进行检测。实验结果表明：距离增加或者温度升高都会导致类金刚石薄膜的密度和sp3/ sp2的比值减小,薄膜中石墨晶粒的数量增多和体积增大。近距离时温度的变化和低温时距离的变化对薄膜微观结构产生的影响更明显。距离和温度的变化对类金刚石薄膜的表面形貌也产生显著的影响。     

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。     

氮气压强对脉冲激光沉积类金刚石薄膜和红外光学特性的影响

为了研究氮气压强对脉冲激光沉积(PLD)类金刚石(DLC)薄膜和红外光学特性的影响,在脉冲激光沉积类金刚石薄膜的实验过程中,把沉积腔抽真空到10-5Pa,再在沉积腔中分别充入10-3、10-2和10-1Pa的氮气来沉积类金刚石薄膜。用拉曼光谱仪和X射线光电子能谱仪(XPS)对类金刚石薄膜的微结构与组成进行检测分析;用原子力显微镜(AFM)对薄膜的表面形貌进行检测分析;用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)对类金刚石薄膜的红外光透射谱进行检测分析。实验结果表明,沉积腔中的氮气压强从10-3Pa增加到10-1Pa时,类金刚石薄膜中sp3键含量增加;C-O和C=O含量减少;石墨晶粒尺寸减小;薄膜表面粗糙度显著增大。与此同时,氮气压强增加还导致类金刚石薄膜对红外光的增透作用减弱、增透范围变窄。     

激光注入功率对激光辅助化学气相沉积金刚石薄膜的影响

对激光注入功率对激光辅助化学气相沉积金刚石薄膜的影响进行了数值模拟计算和实验研究. 应用二维气相输运模型和包括34个基元反应的化学动力学模型,对LACVD化学气相动力学进行了数值模拟研究;结果表明激光平均注入功率对衬底表面的CH3、H的浓度有影响,而对衬底表面的H2、C2H3的浓度则无影响.本文应用层堆积模型,以CH3作为SP3(金刚石)相生长的前驱物,而C2H3作为SP2(石墨)相生长的前驱物,其中SP3相的相对含量标志金刚石薄膜的质量,模拟计算研究了激光平均注入功率对金刚石薄膜生长速度和生长质量的影响. 实验利用XeCl(308 nm)准分子激光器作为碳源气体的解离光源,激光器单脉冲能量200 mJ,脉冲重复率2～8 Hz;丙酮为碳源气体;H2为辅助气体,通过2000°C的灯丝预先解离;(CH3)2CO/H2为0.4%;P型硅为衬底,温度870°C;生长出高质量金刚石薄膜;实验结果表明平均注入激光功率对金刚石薄膜的生长速度和质量有重要影响.理论计算结果与实验结果吻合.(OE11)     

脉冲激光沉积薄膜技术研究新进展

脉冲激光沉积薄膜是近年来发展起来的使用范围最广、最有希望的制膜技术。陈述了其原理、特点、研究方法,总结了超快脉冲激光、脉冲激光真空弧、双光束脉冲激光沉积等最新的PLD薄膜制备技术研究进展。     

直流放电辅助脉冲激光沉积Si基GaN薄膜的结构特征

采用直流放电辅助脉冲激光沉积技术,在Si(111)衬底上生长了GaN薄膜.XRD、AFM、PL和Hall测量的结果表明在2～20Pa沉积气压范围内,提高沉积气压有利提高GaN薄膜的结晶质量;在150～220mJ/Pluse入射激光脉冲强度范围内,随着入射激光脉冲强度的提高,GaN薄膜表面结构得到改善.研究发现,在700℃衬底温度、20Pa的沉积气压和220mJ/Pluse的入射激光脉冲强度的优化工艺条件下,所沉积生长的GaN薄膜具有良好的结构质量和光电性能.     

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。     

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。     

激光沉积红外窗口高性能类金刚石膜技术

类金刚石(DLC)膜具有宽光谱高透射率、高硬度、高热传导及高稳定性等优点,是红外窗口增透保护膜的优选,但现有方法制备的类金刚石膜难以满足高马赫数或海上盐雾等恶劣条件下的应用。激光法相比其他制备方法具有诸多优点,介绍了激光法制备DLC膜的原理及特点,并分析了实现工程应用的难题及关键技术。采用激光沉积法制备出综合性能优异的类金刚石膜,纳米硬度高达44 GPa、内应力仅0.8 GPa、临界刮擦载荷附着力为59.1 mN。正面镀DLC膜,背面镀普通增透膜的硫化锌、硅、锗等红外窗口的平均透射率达82%~91%。实现了150 mm基片的激光法大尺寸均匀薄膜,膜厚不均匀性≤±2%。制备的DLC膜红外窗口通过军标环境适应性试验,并已实现工程化应用。     

脉冲激光沉积工艺参数对生物活性薄膜的影响

脉冲激光沉积是近年来出现的一项制备薄膜的新技术,在制备生物活性薄膜方面显示出独特的优越性。介绍了脉冲激光沉积技术的原理及特点,详细综述了反应气氛、衬底温度、激光波长、能量密度、靶材性能、沉积速率及薄膜厚度等工艺参数对羟基磷灰石及生物玻璃薄膜组织及性能的影响,展望了该项技术的应用前景。     

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.     

PtSi红外探测器材料制备技术

介绍了溅射、分子束外延、脉冲激光沉积和激光分子束外延等ＰｔＳｉ薄膜的制备方法以及应用进展。着重介绍了脉冲激光沉积和激光分子束外延技术的原理及特点。     

一种类石墨薄膜的场发射研究

利用 Kr F准分子激光器及聚酰亚胺靶在硅衬底上沉积出了类石墨薄膜。借助于 X射线光电子谱及 Raman光谱手段对薄膜微结构进行了分析。并用该薄膜作阴极 ,研究了其场发射特性。实验结果显示出该薄膜具有较好的场电子发射性能 ,发射点密度高达 1× 1 0 5 / cm2 以上。有可能作为一种新型的冷阴极电子源     

脉冲激光沉积技术在制备生物活性陶瓷涂层中的应用

脉冲激光沉积是近年来出现的一项制备薄膜的新技术,在制备生物活性陶瓷涂层方面显示出独特的优越性。介绍了脉冲激光沉积技术的原理及特点,对其在制备羟基磷灰石及生物玻璃涂层中的应用和研究现状分别进行厂综述,详细分析了反应气氛、激光波长、能量密度、基体温度及靶材性能等工艺参数对羟基磷灰石薄膜组织及性能的影响,展望了该项技术的应用前景。