ECR等離子體輔助脈沖激光沉積薄膜的若干應(yīng)用.pdf

1、本論文的主要內(nèi)容是把在脈沖激光燒蝕(pulsedlaserablation,PLA)和微波放電(microwavedischarge,MD)技術(shù)基礎(chǔ)上摸索的ECR等離子體輔助脈沖激光沉積(electroncyclotronresonanceplasmaassistedpulsedlaserdeposition,ECR-PLD)方法用于若干薄膜材料的制備,以演示和發(fā)展這一基于ECR-PLA等離子體的薄膜制備新方法。選擇了類金剛石碳(dia

2、mondlikecarbon,DLC)薄膜、氮化碳(CNx)薄膜、氧化鋅(ZnO)薄膜和氧化硅(SiOx)薄膜等幾種材料,并結(jié)合樣品的分析表征,說明薄膜制備方法的特點(diǎn)和制備條件的影響。
　　 通過對(duì)氬氣的ECR微波放電形成ECR氬等離子體,在ECR氬等離子體中用脈沖激光束燒蝕石墨靶,以ECR氬等離子體輔助PLD方法沉積制備了DLC薄膜。樣品的表征分析和與無氬等離子體輔助條件下制備的樣品的比較顯示,ECR氬等離子體的輔助在一定程度

3、上改變了薄膜的結(jié)構(gòu),并觀察到襯底偏壓對(duì)膜層結(jié)構(gòu)的影響。在以高純氮?dú)鉃楣ぷ鳉怏w、用ECR微波放電產(chǎn)生的ECR氮等離子體中,用脈沖激光束燒蝕石墨靶,以ECR氮等離子體輔助PLD方法則合成制備了CNx薄膜,還在襯底上先沉積一層NiCo作為催化層。結(jié)果表明,ECR微波放電極大地激活了氮?dú)?ECR氮等離子體的輔助使得活性氮有效地進(jìn)入膜層成為膜層的一種組分,NiCo催化層對(duì)膜層的結(jié)構(gòu)也有一定的影響。
　　 在低氣壓純氧氣氛中用脈沖激光束燒蝕

4、ZnO靶、以PLD方法進(jìn)行了ZnO薄膜的沉積制備,在Al2O3襯底上得到了可見波段具有良好透光性的ZnO薄膜。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),在薄膜沉積之前先對(duì)襯底用ECR氮等離子體轟擊預(yù)處理還能提高薄膜的透射率。對(duì)沉積制備的ZnO薄膜進(jìn)行的熱退火處理還表明,退火處理能減小膜層的表面起伏。
　　 在ECR氧等離子體中用脈沖激光束燒蝕硅靶、以ECR氧等離子體輔助PLD方法合成制備了SiOx薄膜。這部分的工作原意是在合成制備SiOx薄膜的基礎(chǔ)上嘗試納米硅

5、鑲嵌氧化硅薄膜的制備,把制備得到的SiOx薄膜實(shí)施高溫退火析出納米硅鑲嵌于氧化硅基質(zhì)中,形成鑲嵌有納米硅的氧化硅薄膜。盡管目前還不能確認(rèn)納米硅的形成,但對(duì)SiOx薄膜進(jìn)行了多種溫度退火,對(duì)樣品的光致熒光(PL)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)觀察,并討論了PL的產(chǎn)生和變化情況,也可以為以后本工作的進(jìn)一步開展提供參考。
　　 ECR-PLD方法結(jié)合了ECR微波放電和脈沖激光沉積(pulsedlaserdeposition,PLD)的特點(diǎn):ECR微波放電

6、作為目前最有效的低氣壓氣體放電技術(shù),可以產(chǎn)生荷電載能氣氛環(huán)境;對(duì)非惰性氣體的ECR微波放電能有效激活氣體,提供大量高化學(xué)活性的氣相成分,它們易于與激光燒蝕產(chǎn)物反應(yīng),形成化合物薄膜的先驅(qū)物;幾乎任何種類的固態(tài)和液態(tài)材料都可以被激光所燒蝕,靶材料選擇不受限制;燒蝕產(chǎn)物具有較高的內(nèi)能和動(dòng)能,它們以超聲速輸運(yùn)至襯底后仍具有較大的表面遷移率,可以在較低溫度下成核;低能等離子體束流對(duì)襯底和膜層的轟擊有利于氣相先驅(qū)物的凝聚成核,促進(jìn)膜層的生長(zhǎng);ECR