脉冲激光沉积梯度掺杂复合金属薄膜

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1、华中科技大学硕士学位论文摘要梯度掺杂薄膜因渐变的物理、化学组分而具有渐变的有用物理、机械等结构性能，成为新材料开发的研究热点。本论文研究了用脉冲激光沉积技术在Si(100)基片上沉积金属掺杂薄膜的工艺过程，并对制得薄膜进行了微观生长结构和组分分析。对激光一金属靶材作用微观机理给出了阐述，用蒙特卡罗方法模拟了质量数相差较大的二元组分金属靶粒子在真空背景中的输运过程。用脉冲激光对Ag、Mg、A1、Cu等靶材依次作用，发现其沉积率依次降低，发现纯金属靶要求有较高的脉冲激光能量才可以有较高的沉积速率、膜厚并不随沉积时间而线性增加。／^f搭建了双光束．双靶沉积的分光系统，发现由于分光

2、后单脉冲能量过低，沉积得到～一一—≥、的薄膜质量不好。为此，用单光束作用于Al和Ag的单个掺杂靶材、Ag和Mg对接旋转双靶进行了沉积实验，制得优质Al／Ag掺杂薄膜和Mg／Ag掺杂薄膜。基于以上实验，我们认为用单光束交替作用于两个靶材也可以沉积掺杂薄膜，故设计了可以使单光束交替作用于两个固定靶材的控制电路，在一定程度上可实现和双光束-双靶装置、

3、相同的作用。、J研究了激光．金属靶作用的微观机理和温度非平衡机制。用蒙特卡罗方法模拟了质量数相差较大的Ag和A1二元金属靶粒子在真空背景中的输运过程，得出了等离子体的宏观统计物理量。整个研究基于脉冲激光双光束一双靶沉积掺杂薄膜的思想

4、进行。我们认为只要单脉冲的能量足够高且可控制，则两个光束作用于不同靶材可以实现理想掺杂，使新型薄膜开发和薄膜材料掺杂改性的进程简化。关键词：脉冲激光沉积，掺杂，金属薄膜华中科技大学硕士学位论文ABSTRACTMoreandmoreresearchersareattractedbygradientdopedthinfilmsbecauseoftheirusefulgraduallychangingphysicalandmechanicalfunctions．Inthethesis，dopedmetallicthinfilmsalepreparedbypulsed—laserd

5、epositiontechnology(PLD)Oilsio0∞substrates．ThesamplesareanalyzedbySEMandXPSmethods．Themicroscopicmechanismoftheplasmaisexplained,andtheprocessoftwo—componentplasmatransmissioninthevacuumissimulatedbyMonteCarlomethod．ThefocusedlaserbeamisradiatedonAg，Mg，AI，andCutargetseparately．Itshowsthatt

6、hedepositionrateofpuremetaltargetsunderthegivenlaserfiuenceisnotenoughtogrowgoodqualitythinfilms，andthethicknessdoesnotincreaselinearlywiththetime．Thedepositionexperimentsofdual-beamdual-targetsystemshowthatit'sdifficulttogetllighqualityfilmsbecausethedual·beamenergygottenbysplittingtheone

7、accidentbeamWasalotlower．ThendopedthinfilmsbyablatingAl，AgtargetandAedMghybridtargetsareobtained．TheexperimentsindicatethatapplyingonelaserbeamtoablatetwodifferenttargetsalternatelyCanpreparedopedthinfilmssimilartothatdepositedbythedual．beamdual．targetmethodtoacertainextent．Basedonthisidea

8、,asystemisdesignedtomakethelensmoveupanddowntoablatethedifferenttargetsaltematelytodepositmoleuniformdopingthinfilms．Microscopicmechanismsareanalyzed．Thelaser-solid·plasmainteractionincludingthephotonabsorptionandtheionizationmechanismsthata托activeintheplasmaa