脉冲激光沉积薄膜课件

缺点：薄膜存在表面颗粒问题，进行大面积均匀沉积较困难。
（ａ）１００℃
（ｂ） ２００℃
（ｃ）３００℃
图4 不同温度下脉冲激光气相沉积获得的ＺｎＯ薄膜表面形貌
2.５ 脉冲激光气相沉积的工艺流程
图５ 脉冲激光气相沉积工艺过程
2.６ 脉冲激光气相沉积的工艺参数
3. 小结
本次课介绍了脉冲激光气相沉积的机理、工艺特点、制
备薄膜的过程及主要参数对工艺的影响。
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4. 作业思考题
1）脉冲激光气相沉积工艺制备薄膜方法的特点有哪些？
2）脉冲激光气相沉积法制备薄膜的主要缺点是什么？
如在切削刀具 上广泛使用的 TiN膜的制备
图1 工业上常用的薄膜制备工艺方法
2.2 脉冲激光气相沉积的概念
属于真空物理沉积工艺，是将高功率脉冲激光聚焦于靶材
表面，使其产生高温及烧蚀而形成高温高压等离子体，等离子 体定向局域膨胀发射并在衬底上沉积形成薄膜。
图2 脉冲激光气相沉积原理图
图3 脉冲激光气相沉积系统
2.3 脉冲激光气相沉积的机理
（1）激光辐射与靶相互作用，形成等离子羽状物； （2）熔化物质的动态行为； （3）熔化物质在基片上的沉积；
（4）薄膜在基片表面的成核与生成。
2.4 脉冲激光气相沉积的特点
优点： （1）可以生成与靶材成分一致的多元化合物薄膜； （2）能在较低温度下原位生长取向一致的织构膜和外延单晶膜； （3）激光能量密度高，可以沉积难熔薄膜； （4）灵活的换靶装置便于实现多层膜及超晶格膜的生长。
脉冲激光气相沉积介绍
课程名称：激光加工技术 主讲教师：王文权 单位：浙江工贸职业技术学院
1. 教学目标
了解脉冲激光气相沉积的特点和应用。

、实现大规模生产等。
提高薄膜质量需要深入研究薄 膜生长机理，优化工艺参数，
降低缺陷密度等。
降低成本需要开发低成本、高 效的制备技术，提高设备利用
率和生产效率等。
实现大规模生产需要开发适用 于大规模生产的工艺技术和设 备，提高生产效率和产品质量
等。
PART 03
化学气相沉积（CVD）原 理
REPORTING
WENKU DESIGN
热CVD
总结词
在热CVD中，反应气体在高温下发生化学反应，生成固态薄膜沉积在基底上。
详细描述
热CVD技术通过将反应气体加热到较高温度（通常在500°C以上），使其发生化 学反应，生成固态薄膜沉积在基底上。该技术具有较高的沉积速率和较好的薄膜 质量，但需要较高的温度和较高的能源消耗。
总结词
通过溶胶-凝胶转变在基体表面形成金属或非金属氧化物 薄膜的过程。
详细描述
溶胶-凝胶法是一种制备无机材料的重要方法，它通过将 无机盐或金属醇盐溶液进行水解、聚合和缩聚反应，形 成溶胶，再经凝胶化、干燥和热处理等过程，制备出氧 化物或氮化物等无机薄膜。溶胶-凝胶法具有制备条件温 和、薄膜纯度高、组分均匀等优点，广泛应用于光学、 电子、催化等领域。
PVD技术的优缺点
PVD技术具有沉积温度低、薄膜附着 力强、可制备多种材料薄膜等优点， 但也存在设备成本高、生产效率低等 缺点。
VS
PVD技术是一种低温度的沉积技术， 可以在较低的温度下制备出高质量的 薄膜。同时，PVD技术制备的薄膜附 着力强，不易脱落。此外，PVD技术 可以制备出多种材料薄膜，如金属、 合金、陶瓷和其它无机材料等。然而 ，PVD技术的设备成本较高，且生产 效率相对较低。
溅射镀膜
溅射镀膜是一种利用高能粒子轰击靶材表面，使靶材原子或分子被溅射出来，并在基底表面沉积形成 薄膜的技术。

化学气相沉积，包括低压化学气相沉积（low pressure CVD,LPCVD）、离子增强型气相沉积（plasma enhanced (assisted) CVD,PECVD,PACVD）、常压化学气相沉积（atmosphere pressure CVD,APCVD）、金属有机物气相沉积（MOCVD）和微波电子回旋共振化学气相沉积(Microwave Electron cyclotron resonance chemical vapor deposition, MW-ECR-CVD）等。
分子束外延是在超高真空条件下精确控制源材料的中性分子束强度，并使其在加热的基片上进行外延生长的一种技术。从本质上讲，分子束外延也属于真空蒸发方法，但 与传统真空蒸发不同的是，分子束外延系统具有超高真空，并配有原位监测和分析系统，能够获得高质量的单晶薄膜。
2、溅射法 荷能粒子轰击固体材料靶，使固体原子从表面射出，这些原子具有一定的动能和方向性。在原子射出的方向上放上基片，就可在基片上形成一层薄膜，这种制备薄膜的方法叫做溅射法。 溅射法属于物理气相沉积(PVD)，射出的粒子大多处于原子状态，轰击靶材料的荷能粒子一般是电子、离子和中性粒子。
3.1.2 化学气相沉积 (chemical vapor deposition )
化学气相沉积:一定化学配比的反应气体，在特定激活条件下(一般是利用加热、等离子体和紫外线等各种能源激活气态物质)，通过气相化学反应生成新的膜层材料沉积到基片上制取膜层的一种方法。 Chemical vapor deposition (CVD) is a chemical process often used in the semiconductor industry for the deposition of thin films of various materials.

第四部分
脉冲沉积技术展望
制备有机发光器件在沉积 过程中加热可以减少一些
损失，提高效率
脉冲激光沉积在铁基超导 体上的应用
THANK YOU FOR TIEM
沉积系统实物图
光路系统实物图
脉冲激光沉积系统示意图
第三部分
脉冲激光沉积技术应用
脉冲沉积技术应用
半导体薄膜 铁电、压电和光电薄膜
高温超导薄膜 金刚石和类金刚石薄膜
生物陶瓷涂层
脉冲激光沉积技术简介
钙钛矿纳米材料的形成过程、形貌分类以及制备方法
图（a）为PLD方法制备的TbMnO3和Nb:SrTiO3层 状异质结。从异质结的侧截面可以看出，异质 结接触致密， TbMnO3层和Nb:SrTiO3层的厚度仅 为几个纳米。
激光烧蚀靶材表面的结构示意图
脉冲激光沉积技术简介
（2）等离子体的膨胀 等离子体膨胀是指高能激光脉冲溅 射产生的烧蚀物，离化为高温高密 度的等离子体后，大致经过等温和 绝热膨胀两个过程，从靶材表面输 运到衬底的过程
脉冲激光沉积技术简介
（3）到达衬底上的烧灼物，在衬底上的成膜阶段
烧蚀粒子在空间经过一段时间的运动到达衬底表面，然后在衬底 上成核、长大形成薄膜。为了。 对于多组元化合物薄膜，如果 某些种阳离子具有较高的蒸气 压，则在高温下无法保证薄膜 的等化学计量比生长。
PLD缺点
2.
在薄膜表面存在微米-亚微米 尺度的颗粒物污染，所制备薄 膜的均匀性较差。
第二部分
PLD的技术系统构造
PLD的技术系统构造
1 PLD系统装置
脉冲沉积系统一般由 脉冲激光器， 光路系统（光阑扫描器，会聚透镜，激 光窗等）， 沉积系统（真空室，抽真空泵，充气系 统，靶材，基片加热器）， 辅助设备（测控装置，监控装置，电机 冷却系统）等组成。