脉冲激光沉积 (PLD)技术原理与特点

脉冲激光沉积 (PLD)技术原理与特点

脉冲激光沉积 (Pulsed Laser Deposition，PLD) 是一种物理气相沉积 (PVD) 技术，它利用高能量脉冲激光束轰击靶材，使靶材表面的原子、分子或离子获得足够的能量从靶材表面逸出，形成等离子体羽辉 (plasma plume)，并在基底上沉积形成薄膜。

PLD 的基本原理是基于以下几个关键步骤：

激光能量吸收：高能脉冲激光束聚焦在靶材表面，靶材吸收激光能量

靶材蒸发与电离：激光能量使靶材表面迅速升温、蒸发并电离，形成高温高压的等离子体

等离子体传输：等离子体从靶材表面向基底方向传输，形成等离子体羽辉

薄膜沉积：等离子体到达基底表面后，能量降低，粒子沉积形成薄膜

与其他薄膜沉积技术相比，PLD 具有以下显著特点：

成分一致性：沉积薄膜的化学成分与靶材基本一致，特别适合制备多元化合物薄膜

高沉积速率：在短时间内可以实现较高的薄膜沉积速率

低温沉积能力：可以在相对较低的衬底温度下实现高质量的薄膜沉积

良好的台阶覆盖率：在一定条件下，可以实现较好的台阶覆盖率

设备简单：系统结构相对简单，操作和维护成本较低

灵活性高：可以通过改变激光参数、靶材成分和沉积条件，灵活控制薄膜的组成和结构

臭氧 PLD是在传统 PLD 基础上发展起来的一种特殊工艺，它在沉积过程中引入臭氧作为反应气体，与蒸发的靶材粒子发生反应，形成高质量的氧化物薄膜。臭氧的引入可以显著提高氧化反应效率，改善薄膜的结晶性和电学性能，特别适合于制备高 k 电介质和其他功能性氧化物薄膜。