特定氣氛中的脈沖激光燒蝕及其在薄膜制備上的應(yīng)用.pdf

1、該文的研究對象是真空和多種背景氣氛中的PLA的過程和由此引發(fā)的PLA等離子體特性,以及以特定氣氛中PLA為基礎(chǔ)的、活性源輔助的脈沖激光沉積(pulsed laser deposition,PLD)的方法和機理,并嘗試將此方法應(yīng)用于若干種薄膜材料的合成制備.采用空間和時間分辨的光譜測量和分析方法研究了脈沖激光對銅靶燒蝕所引發(fā)的銅等離子體的時空特性和動力學(xué)過程,包括對PLA銅等離子體的產(chǎn)生、等離子體及其中激光燒蝕產(chǎn)物的時間演變和空間分布的觀

2、察和探討.通過活性氣氛中的PLA、利用激光燒蝕產(chǎn)物易于與背景氣氛中的活性氣相物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)的特點,開展了電子回旋共振(electron cyclotron resonance,ECR)微波放電等離子體和輝光放電原子束這兩種活性源輔助的脈沖激光沉積方法的技術(shù)探索,并選擇多種Ⅲ族氮化物和B-C-N系化合物薄膜為對象材料進(jìn)行了應(yīng)用嘗試,實現(xiàn)了常溫下AlN、GaN、BC、BCN和CN<,x>等多種薄膜材料的制備.分別用真空中的PLD和ECR微波放

3、電等離子體輔助的脈沖激光沉積(ECR-PLD)方法、以燒結(jié)AlN和高純金屬鋁為靶材料,合成制備了AlN薄膜,以B<,4>C燒結(jié)靶為原材料、分別以PLD和ECR-PLD方法開展了BC薄膜和BCN薄膜的制備.得到的BC薄膜中B和C的原子比約3:1,并含有約10﹪的O雜質(zhì),襯底加溫可以改善BC薄膜的結(jié)構(gòu).在ECR氮等離子體的輔助下得到的BCN薄膜中的含N量高達(dá)46.1﹪,O雜質(zhì)減少到5.6﹪,B、C、N三元素的組份比B:C:N約為3:1:3.

4、8,并形成了以sp<'2>雜化的六角氮化硼(h-BN)為主體、包含其他大量無定型結(jié)構(gòu)的三元化合物,在1.4μm-1.7μm近紅外波段還具有較高的透射率.以石墨為靶材料,利用ECR-PLD方法合成制備了高N含量的CN<,x>薄膜,當(dāng)襯底加有-50V的偏置電壓時得到的CN<,x>薄膜中N的含量高達(dá)53﹪,并考察了不同襯底偏壓、也即不同能量的N等離子體束流的影響.基于強激光與物質(zhì)相互作用的脈沖激光沉積和由此引發(fā)的等離子體在材料的處理制備和元器

5、件的制作方面有廣泛而成功的應(yīng)用,也具有明顯的優(yōu)越之處,而對其聽過程機理的研究相對滯后.該論文對特定氣氛特別是活性氣氛中的脈沖激光燒蝕以及以此為基礎(chǔ)的活性載能源輔助的脈沖激光沉積的過程機理作了一些探討.具有特定功能的薄膜材料是制作先進(jìn)元器件的基礎(chǔ),而性能優(yōu)異的功能薄膜的制備有賴于先進(jìn)的薄膜制備技術(shù).隨著元器件向著微型化、集成化方向的發(fā)展趨勢,材料的薄膜化以及對薄膜制備技術(shù)的要求也越來越高.該論文結(jié)合過程機理的研究探討,利用PLD可以與不同