PLD（脉冲激光沉积）工艺流程与操作步骤

PLD（脉冲激光沉积）工艺流程与操作步骤

PLD 工艺的基本流程包括靶材准备、基底处理、设备准备、工艺参数设置、沉积过程和薄膜表征等步骤。以下是 PLD 工艺的详细流程和操作步骤：

靶材准备：

根据所需薄膜材料选择合适的靶材，靶材纯度通常要求在 99.9% 以上

靶材尺寸一般为直径 25.4mm× 厚度 3mm 的圆片，对于非低熔点或易挥发材料适用性较好

清洁靶材表面，去除油污和杂质，确保表面光洁

基底处理：

选择合适的基底材料，根据应用需求可以是硅片、蓝宝石、石英或其他衬底

对基底进行严格清洗，通常包括有机溶剂清洗、去离子水冲洗和干燥等步骤

必要时对基底进行表面处理，如化学刻蚀、等离子体处理或退火处理，以改善表面状态和附着力

设备准备：

检查 PLD 系统各部件是否正常工作，包括激光器、真空系统、靶材夹具和基底支架等

安装靶材和基底，确保靶材与基底之间的距离 (靶基距) 在 50-80mm 范围内可调

连接真空泵系统，确保系统能够达到所需的真空度

安装并校准各种测量和监控设备，如真空计、测温仪和 RHEED 系统 (如配备)

工艺参数设置：

设置激光器参数，包括波长、能量密度、脉冲频率和脉冲宽度等。典型的 PLD 参数为：波长 193-351nm，脉冲能量可达 750mJ，能量密度约为 1-3J/cm²，脉冲宽度 12-20ns，脉冲频率 1-30Hz

设置真空系统参数，包括本底真空度和工作气压。沉积腔体经烘烤后本底极限真空度通常优于 2×10⁻⁸Torr，工作气压根据需要可调

设置基底温度参数，通常在室温至 900℃范围内可调

设置臭氧流量 (如果使用臭氧 PLD)，控制反应气氛

沉积过程：

开启真空泵系统，将沉积腔室抽至所需的本底真空度

加热基底至设定温度，通常需要保持一段时间以确保温度均匀

开启激光器，调节激光能量和聚焦状态，使其准确轰击靶材表面

控制沉积时间，达到所需的薄膜厚度后停止激光轰击

关闭加热系统，保持真空或通入保护性气体，让基底自然冷却

薄膜表征：

从沉积腔室中取出薄膜样品

使用各种表征技术评估薄膜质量，包括厚度测量、结构分析、成分分析和电学性能测试等

根据表征结果，调整工艺参数，优化后续沉积过程

在实际操作中，PLD 系统的操作还包括一些安全注意事项和特殊步骤：

激光操作必须严格遵守安全规程，避免激光直接照射人体

在沉积过程中，应密切监控各种参数的稳定性，如激光能量、真空度和温度等

对于臭氧 PLD，臭氧的使用需要特别注意安全，确保系统密封性良好，防止臭氧泄漏

沉积结束后，应先关闭臭氧发生器，再关闭其他系统组件