脈沖激光沉積與自旋電子學

1、脈沖激光沉積與自旋電子學正文：正文：1，脈沖激光沉積簡介脈沖激光沉積簡介脈沖激光沉積薄膜是近年來發(fā)展起來的使用范圍最廣脈沖激光沉積薄膜是近年來發(fā)展起來的使用范圍最廣最有最有希望的制膜技術。通過從激光與材料相互作用理論出發(fā)希望的制膜技術。通過從激光與材料相互作用理論出發(fā)分析了激分析了激光燒蝕材料等離子體羽輝的空間運動特征與成分分布光燒蝕材料等離子體羽輝的空間運動特征與成分分布以LCMOLCMO為對為對象對PLDPLD系統(tǒng)脈沖激光沉積薄膜過

2、程中薄膜質量與襯底溫度、靶系統(tǒng)脈沖激光沉積薄膜過程中薄膜質量與襯底溫度、靶材襯底距離、氧壓、激光脈沖能量、激光頻率等參數(shù)關系進行了襯底距離、氧壓、激光脈沖能量、激光頻率等參數(shù)關系進行了實驗實驗研究研究得出在單晶襯底上沉積得出在單晶襯底上沉積LCMOLCMO薄膜的最佳實驗參數(shù)。同時用薄膜的最佳實驗參數(shù)。同時用XRDXRD衍射譜和衍射譜和SEMSEM分別對膜的成鍵情況和表面形貌作了分析分別對膜的成鍵情況和表面形貌作了分析結果結果表明脈沖激光

3、沉積表明脈沖激光沉積(PLD)(PLD)是一種很好的鍍膜方法是一種很好的鍍膜方法所制備的膜質量所制備的膜質量較好。較好。1PLDPLD系統(tǒng)概述系統(tǒng)概述脈沖沉積系統(tǒng)一般由脈沖激光器、光路系統(tǒng)脈沖沉積系統(tǒng)一般由脈沖激光器、光路系統(tǒng)(光闌掃描器、會聚透鏡、光闌掃描器、會聚透鏡、激光窗等激光窗等)沉積系統(tǒng)沉積系統(tǒng)(真空室、抽真空泵、充氣系統(tǒng)、靶材、基片真空室、抽真空泵、充氣系統(tǒng)、靶材、基片加熱器加熱器)輔助設備輔助設備(測控裝置、監(jiān)控裝置、電機

4、冷卻系統(tǒng)測控裝置、監(jiān)控裝置、電機冷卻系統(tǒng))等組成等組成(如圖如圖1所示所示)。1.1.1.1.2等離子體在空間的輸運等離子體在空間的輸運(包括激光作用時的等溫膨脹和激包括激光作用時的等溫膨脹和激光結束后的絕熱膨脹光結束后的絕熱膨脹)等離子體火焰形成后等離子體火焰形成后其與激光束繼續(xù)作用其與激光束繼續(xù)作用進一步電離進一步電離等禮子體的溫度和壓力迅速升高等禮子體的溫度和壓力迅速升高并在靶面法線方向形成大的溫并在靶面法線方向形成大的溫度和壓力

5、梯度度和壓力梯度使其沿該方向向外作等溫使其沿該方向向外作等溫(激光作用時激光作用時)和絕熱和絕熱(激光終止后激光終止后)膨脹膨脹此時此時電荷云的非均勻分布形成相當強的加電荷云的非均勻分布形成相當強的加速電場。在這些極端條件下速電場。在這些極端條件下高速膨脹過程發(fā)生在數(shù)十納秒瞬高速膨脹過程發(fā)生在數(shù)十納秒瞬間迅速形成了一個沿法線方向向外的細長的等離子體羽輝。迅速形成了一個沿法線方向向外的細長的等離子體羽輝。1.1.1.1.3等離子體在基片上

6、成核、長大形成薄膜等離子體在基片上成核、長大形成薄膜激光等離子體中的高能粒子轟擊基片表面激光等離子體中的高能粒子轟擊基片表面使其產生不同程度使其產生不同程度的輻射式損傷的輻射式損傷其中之一就是原子濺射。入射粒子流和濺射原子之其中之一就是原子濺射。入射粒子流和濺射原子之間形成了熱化區(qū)間形成了熱化區(qū)一旦粒子的凝聚速率大于濺射原子的飛濺速率一旦粒子的凝聚速率大于濺射原子的飛濺速率熱化區(qū)就會消散熱化區(qū)就會消散粒子在基片上生長出薄膜。這里薄膜的形

7、成與晶粒子在基片上生長出薄膜。這里薄膜的形成與晶核的形成和長大密切相關。而晶核的形成和長大取決于很多因素核的形成和長大密切相關。而晶核的形成和長大取決于很多因素諸如等離子體的密度、溫度、離化度、凝聚態(tài)物質的成分、基片溫諸如等離子體的密度、溫度、離化度、凝聚態(tài)物質的成分、基片溫度等等。隨著晶核超飽和度的增加度等等。隨著晶核超飽和度的增加臨界核開始縮小臨界核開始縮小直到高度接直到高度接近原子的直徑近原子的直徑此時薄膜的形態(tài)是二維的層狀分布。