Phương Pháp Chế Tạo Màng Mỏng

Trong lĩnh vực khoa học vật liệu, laser cũng đóng một vai trò có y nghĩa trong những bộ phận bị động trong những quy trình giám sát hoặc như một công cụ chủ động bằng việc kết hợp năng l

xin hãy thông báo để chúng tôi sửa chữa hoặc thay thế bằng một tài liệu cùng chủ đề của tác giả khác

Bạn có thể tham khảo nguồn tài liệu được dịch từ tiếng Anh tại đây:

http://mientayvn.com/Tai_lieu_da_dich.html

Thông tin liên hệ:

Yahoo mail: thanhlam1910_2006@yahoo.com

Gmail: frbwrthes@gmail.com

| Pulse Laser Deposition

1

I Lịch sử và những nền tảng của PLD

1 Giới thiệu :

Laser, như một nguồn năng lượng tinh khiết trong dạng những photon đơn

sắc và kết hợp, đang có được sự gia tăng tính phổ biến trong ứng dụng khác nhau

và đa dạng từ việc khoan những lỗ trống trên những thiết bị bán dẫn đến hệ thống

chỉ dẫn được dùng trong việc khoan những đường hầm khổng lồ dưới những con

kênh ở nước Anh Trong nhiều lĩnh vực, chẳng hạn như luyện kim, công nghệ y

khoa, và công nghệ điện tử, laser đã trở thành một công cụ không thể thay thế

được Trong lĩnh vực khoa học vật liệu, laser cũng đóng một vai trò có y nghĩa

trong những bộ phận bị động trong những quy trình giám sát hoặc như một công cụ

chủ động bằng việc kết hợp năng lượng bức xạ của nó vào trong vật liệu để được

xử lý, dẫn đến những ứng dụng khác nhau định xứ sự nóng chảy trong súôt quá

trình kéo sợi quang học, laser ủ nhiệt những bán dẫn, làm sạch bề mặt bằng sự giải

hấp và bay hơi, và gần đây nhất thì PLD dành cho sự phát triển màng mỏng

Cũng như nhiều khám phá kĩ của kĩ thuật khác, những ứng dụng khác nhau

của Laser đã không được định nghĩa ngay từ đầu, nhưng là một hệ quả của sự biến

hoá tự nhiên bởi những nghiên cứu lý thuyết Sau sự chứng minh đầu tiên về Laser,

những nghiên cứu trước tiên là chủ yếu là khảo sát lý thuyết trên sự tương tác của

laser với bia Những thí nghiệm đã được tiến hành để xác địng những mô hình lý

thuyết sau đó, những thí nghiệm trở thành những trụ cột của nhiều ứng dụng thực

tế

Khái niệm và thực nghiệm, PLD thì vô củng đơn giản,có htể là đơn giản

nhất trong số tất cả những phương pháp phát triển màng Một Laser mang năng

lượng cao được dùng như một nguồn năng lượng bên ngoài để bốc bay vật liệu và

| Pulse Laser Deposition

2

để phủ màng mỏng một sự sắp đặt những thành phần quang học được sử dụng để

hội tụ và quét chùm tia laser trên bề mặt bia Sự cách ly phần cứng chân không và

nguồn năng luợng bốc bay khiến cho kĩ thuật này có thể thích nghi đến nỗi mà nó

dễ dàng thích nghi với những kiểu hoạt động khác nhau mà không có những điều

kiện ràng buộc nào bằng việc sử dụng những nguồn bay hơi mang năng luọng bên

trong Sự phát triển màng có thể duoc tiến hành trong môi trường phản ứng của

nhiều loại khí với nhau hoặc không có sự kích thích Plasma

2 Tại sao PLD lại được sử dụng khá phổ biến

Kĩ thuật PLD đã tìm thấy những lợi ích đáng kể so với những

phương pháp phủ màng khác , bao gồm :

i Khả năng chuyển dời có hợp thức của vật liệu từ bia tới đế,

tức là thành phần hóa học chính xác của một vật liệu phức tạp chẳng hạn như YCBO (YBa2Cu3O7+), có thể tái tạo lại trên màng được phủ

ii Tốc độ phủ khá cao, điển hình ~ 100 A0/ min, có thể đạt được khi

dòng laser ổn định, với độ dày màng điều khiển được trong thời gian thực bằng việc điều khiển tắt mở laser một cách đơn giản

iii Thực tế thì laser được dùng là một nguồn năng lượng bên ngoài vì vậy

đây là một quá trình vô cùng sạch vì không có những sợi đốt Vì vậy

sự phủ màng có thể xảy ra trong cả khí trơ và khí nền có hoạt tính

| Pulse Laser Deposition

3

iv Việc sử dụng một chứa nhiều bia có thể xoay vòng trong buồng cho

phép những màng đa lớp được phủ mà không cần phải phá vỡ chân không trong quá trình thay bia để phủ lớp khác

Mặc dù có nhiều thuận lợi có ý nghĩa, nhưng vẫn còn tồn tại những vấn đề cần

được giải quyết, có ba vấn đề chính đó là :

i Vùng plasma được tạo ra trong suốt quá trình bay hơi bằng laser thì

được định hướng trực diện cao, vì vậy độ dày của vật liệu thu được trên đế thì độ bất đồng đều cao và thành phần có thể rất khác nhau trên màng Diện tích vật liệu được phủ thì rất nhỏ, điển hình ~ 1 cm2

so với những yêu cầu cho nhiểu ứng dụng công nghiệp thì yêu cầu diện tích bao phủ phải là ~ (7.5 x 7.5) cm2

ii Những vật liệu được phủ có chứa cả những giọt hình cầu vĩ mô của

vật liệu tan chảy, khoảng ~ 10 μm đường kính Những hạt đó tới trên

đế thì hiển nhiên có hại cho thuộc tính của màng được phủ

iii Quá trình cơ bản, xảy ra bên trong vùng plasma được tạo thành do

laser, thì không hiểu một cách đầy đủ ; Vì vậy sự phủ màng của những vật liệu mới luôn luôn bao hàm cả giai đoạn của sự tối ưu hóa kinh nhiệm của những thông số phủ màng

3 Lịch sử của PLD : một niên đại nhìn lại

Ngay sau khi laser ruby mang năng lượng cao đầu tiên sẵn có, đã có một

dòng những nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm trên sự tương tác của chùm

laser có cườnh độ cao với bề mặt chất rắn (Ready 1963; white 1963), những chất

lỏng (Aska’yan et al., 1963), và vật liệu khí (Meyerand , and Haught 1963) với

| Pulse Laser Deposition

4

những vật liệu được bay hơi đã đề nghị rằng sự bức xạ của laser cường độ cao có

thể được dùng để phủ màng mỏng Ý tưởng này đã được chứng minh một vài năm

sau đó (Smith, and Turner, 1965) Tuy nhiên, trong suốt những thập niên tiếp

theo, thỉ những sự nghiên cứu xa hơn thì rời rạc và có những bước đi chậm, với

tổng thể có 100 bài báo, một con số đặc biệt ít so với những kĩ thuật hiện tại khác

Đột phá chính đầu tiên đến vào giữa những năm 1970, khi những laser xung

khổng lồ được phát triển để phát ra những xung ngắn với mật độ năng lượng đỉnh

rất cao Nó đã làm mở rộng phạm vi lựa chọn vật liệu nhưng chính cái đột phá

thứ hai, cái mà được khơi mào bởi sự phát triển thành công màng siêu dẫn ở nhiệt

độ cao Tc vào năm 1987, thật sự đã đưa PLD đi lên Việc tiên phong đã đựơc dẫn

đường bởi Venkatesan of Bencore (Dijkamp et al., 1987 ; Wu et al., 1990) đã

thuyết phục những người đó người mà trước đây đã hoài nghi về sự phát triển của

PLD và đã mở ra một cánh cổng lớn mà nó dẫn đến những sự nghiên cứu lớn lao

Sự phát triển cũa PLD có thể được chia thành bốn giai đọan, mỗi một giai đoạn

đưa đến hoặc sự phát triển của một công nghệ laser mới hoặc là bởi sự ứng dụng

thành công đến việc phủ màng mỏng của một lớp mới của vật liệu

3.1 1960 – 1969 :

Công việc thực hiện trong giai đoạn này thì ít ỏi và chủ yếu là thăm dò

thí nghiệm đầu tiên, được báo cáo vào năm 1965 bởi Turner và Smith, sử dụng

một laser ruby để phủ màng mỏng bán dẫn, điện môi, chalcogenide, và vật liệu

hữu cơ kim loại Việc thiết kế thí nghiệm là sự đối chiếu cho những chuẩn mực

ngày nay Tuy nhiên, nó đã chỉ ra một vài đặc trưng cần thiết cho sự phát triển

sau này Cái động lực của việc nay( thì tương tự sự bay hơi thật nhanh với sự

điều khiển hợp thức bằng việc sử dụng xung laser chiếu tới để tao ra một quá

trình nhiệt ngắn Việc sử dụng laser cũng đã có những thuận lợi rõ ràng với

| Pulse Laser Deposition

5

mức độ nhiễm bẩn thấp và sự dễ dàng điều khiển quy trình Bởi vì nguồn năng

lượng không đủ và xung laser thì dài, tuy nhiên, sự chứng minh về sự bay hơi

đồng dạng là không thuyết phục Có những giới hạn khác bao gồm việc thất bại

trong việc bay hơi và phủ màng từ bia ―trắng‖, cái mà hấp thụ rất ít bức xạ

laser Những tiến bộ nhanh chóng của công nghệ Laser tạo nên những loại khác

nhau của laser, và chúng đã được sử dụng thành công trong PLD, chẳng hạn

như laser CO2 (Hass and Ramsey , 1969; Byskovkii et al., 1978; Cali et al.,

1976) and những laser thuỷ tinh : Nd (Schwarz and Tourtellotte, 1968) Những

laser đó có một tần số cao hơn laser ruby, làm cho sự phát triển màng dày có

thể Quan trọng nhất, một vài đặc trưng độc nhất của PLD đã được chứng minh

trong giai đọan này, bao gồm sự bảo toàn có tính hợp thức của các bia đa thành

phần Việc sử dụng laser CO2 với bước sóng 10.6 μm với những photon có thể

làm bay hơi nhiều vật liệu mà nó không hấp thụ ánh sáng nhìn thấy nhưng là

chắn phổ hồng ngoại ở bước sóng 10.6 μm Bởi vì độ sâu hấp thụ lớn hơn của

những photon có bước sóng 10.6μm, tuy nhiên, lớp chất lỏng được tạo thành

bằng chùm laser thì dày và có thể là gây ra những hiệu ứng không mong muốn

chẳng hạn như là ―splashing‖ của những hạt cỡ micro và thỉnh thoảng lệch

hướng từ sự bay hơi phù hợp Nói chung, chất lượng màng thì kém so với

những màng được phủ vào thời điểm này PLD vẫn còn trong giai đoạn nghiên

cứu và phát triển trong nhiều năm

Khi công nghệ laser tiến bộ hướng tới nguồn phát ra mạnh hơn, độ rộng

xung ngắn hơn, sự ổn định lâu dài hơn, và giá thành thấp hơn, mức độ của hoạt

động nghiên cứu về PLD tăng theo Qua những nghiên cứu đẩu tiên, dẫn dắt bởi

những nghiên cứu có tính hệ thống trong việc nghiên cứu phổ khối lượng với sự

phân bố kích thước và điện tích của những loại được tạo thành bằng sử bốc bay

| Pulse Laser Deposition

6

bằng xung laser (Knox and Ban, 1968), nói chung đã đồng ý rằng tương tác

laser-rắn là một quá trình phức tạp và xảy ra từ sự cân bằng Tuy nhiên rất ít

những kiến thức và sự quan sát đạt được từ việc nghiên tương tác chất rắn-laser

đươc áp dụng để cải thiện điều kiện phủ màng Sự phát triển của PLD theo kinh

nghiệm là chính

Một xu hướng thông thường trong số tất cả những việc nghiên cứu PLD

trong suốt giai đoạn này là sự thiếu một sự nỗ lực nghiên cứu lâu dài Hầu hết

công việc chỉ là một sự kiểm chứng những khái niệm mà không có bất kỳ một

sự nỗ lực liên tục nào để tối ưu hóa mang tính hệ thống trong những điều kiện

phát trển màng.Tuy nhiên, một vài hoạt động nền tảng quan trọng nhất cho

những phát triển sau này đã được chứng minh trong giai đoạn này Ví dụ,

nghiêm cứu trên màng perovskite odxide BaTiO3 bởi Schwartz and Tourtellotte

là sự cố gắng đầu tiên để phát triển màng mỏng chất sắt điện bằng PLD Phải

mất 20 năm để tái khám phá cái ứng dụng này bằng việc bắt đầu nghiên cứu có

tính hệ thống với việc cải thiện những điều kiện phát triển Hiện tại, sự phát

triển của màng perovskite, bao gồm màng mỏng siêu dẫn và chất sắt điện bằng

PLD, bắt đầu được theo đuổi trong các phòng thí nghiệm và sự phát triển của

màng đơn tinh thể sắt điện bằng PLD bây giờ thì có thể

3.2 1970-1979

Trong suốt những năm 1970, hai sự phát triển chính đã thêm vào một hướng

mới trong PLD (Q-Switches: thường được biết như là “sự tạo thành xung khổng lồ”, là một

kĩ thuật bằng cách nào đó laser có thể được tạo ra để tạo thành một chùm xung phát ra ngoài

Kĩ thật này cho phép sự tạo thành của những xung ánh sáng với năng lượng có giá trị cực đại

vô cùng cao, cỡ Gigawatt, cao hơn nữa sẽ được tạo thành bởi cùng laser nếu nó được hoạt

động trong một mẫu bước sóng liên tục(ngõ ra hằng số) So sánh với “mẫu

khoá”(Mode-locking : là một kĩ thật trong quang học bằng cách nào đó laser có thể được tạo ra để tạo thành

| Pulse Laser Deposition

7

những xung của ánh sáng với độ rộng xung vô cùng ngắn, có bậc khoảng ps hoặc fs), một kĩ

thuật khác cho việc phát ra xung bằng laser, Q-switching dẫn đến tần số xung thấp hơn, năng

lượng xung cao hơn, và bề rộng xung dài hơn Cả hai kĩ thuật này thình thoảng được áp dụng

cùng 1 lúc Q-switching đạt được bằng cách đặt vài mẫu của bộ suy giảm biến đổi bên trong

buồng cộng hưởng của laser Khi bộ suy giảm hoạt động, ánh sáng cái mà thoát khỏi bộ khuếch

đại trung bình không trở lại, và laser không thể bắt đầu Bên trong sự suy giảm này buồng cộng

hưởng đáp ứng lại một sự giảm trong yếu tố Q hoặc yếy tố chất lượng của bộ cộng hưởng

quang học Một yếu tố Q cao phù hợp với sự mất mát cộng hưởng thấp trên một sự khứ

hồi,ngược lại bộ suy giảm biến đổi thì thông thường được gọi là một “ Q-switch” , khi sử dụng

cho mục đích này

Đầu tiên dụng cụ laser được bơm vào trong khi Q-switch được đặt để ngăn chặn sự khứ

hồi của ánh sáng vào trong buồng khuếch đại (tạo ra một sự tăng cường quang học với điểm Q

thấp), điều này tạo ra một sự đảo ngược phổ biến, nhưng sự hoạt động của laser không thể xảy

ra khi không có sự khứ hồi từ bộ cộng hưởng.Bởi vì tỉ lệ của sự phát xạ kích thích phụ thuộc

vào số lượng ánh sáng vào trong buồng khuếch đại, lượng năng lượng được giữ lại bên trong

buồng cộng hưởng tăng lên khi buồng đuợc bơm vào.Bởi vì sự mất mát từ sự bức xạ tự phát và

một số quá trình khác, sau một thời gian đã biết năng lượng tích luỹ sẽ đạt tới một giá trị cực

đại, đạt đuợc sự khuêch đại bão hoà ở điểm này, thiết bị Q-switch nhanh chóng thay đổi từ

điểm Q thấp sang Q cao, cho phép khứ hồi và quá trình của sự khuếch đại quang học bằng phát

xạ kích thích bắt đầu.Bởi vì một lựong lớn năng lượng lưu trữ vừa rồi trong buồng khuếch đại,

cuờng độ của ánh sáng trong bộ suy giảm laser tích lũy rất nhanh, điều này gây nên sự tích luỹ

năng lượng trong buồng để được làm khô kiệt rất nhanh chóng Kết quả là xung ngắn của ánh

sáng phát ra từ lase, được biết như là một “xung lhổng lồ” cái mà có thể có cường độ rất

cao.có 2 loại Q-switches là : Active Q-switching va Passive Q-switching ) Đầu tiên, sự tạo

thành xung khổng lồ điện tử có thể tin cậy đƣợc trở thành sẳn có cho sự phát ra

xung quang học rất ngắn để đạt đƣợc một năng lƣợng đỉnh lớn hơn 108 W/cm2

Theo biểu thức cơ bản trong điện từ học sau :

E = (2Φ/cε0n)1/2

| Pulse Laser Deposition

Xét một vật liệu với n = 1.5 và một năng lượng bức xạ cực đại tác động lên

vật liệu là 5x108 W/cm2 Trường điện thế tương đương bên trong vật liệu sẽ là

5x105 V/cm, đủ cao để gây ra sự phá vở chất điện môi Vì vậy bất kì vật liệu nào ,

mà hấp thụ bứoc sóng laser của mức năng lượng này, sẽ chuyển đổi thành dạng

Plasma Nói cách khác, PLD có thể được dùng để bay hơi phủ màng mỏng của bất

kỳ vật liệu nào nếu mật độ năng lượng laser được hấp thụ la đủ cao Việc sử dụng

xung laser ngắn đưa ra những lợi thế khác, chẳng hạn như là sự bay hơi thích hợp

tiêu chuẩn cho điều kiện này yêu cầu thể tích bị làm nóng, đặc trưng bởi độ dài

khuếch tán nhiệt trong suốt tương tác laser và bia L = 2(D.τ)1/2 , trong đó D là độ

khuếch tán nhiệt và τ là thời gian tương tác giữa laser và bia (tức là độ rộng xung),

để nhỏ hơn hoặc bằng với độ dày của lớp bị bốc bay trên một xung Do đó, việc sử

dụng xung laser ngắn cho sự bốc bay là có khả năng hơn để đạt được sự bốc bay

đồng dạng mà cho phép PLD bảo toàn hợp thức qua sự chuyển khối lượng từ bia

sang màng mỏng

Tiến bộ kĩ thuật có ý nghĩa thứ 2 là sự phát trển của một máy phát điều hoà

thứ cấp có hiệu suất cao để phát ra sự bức xạ ra sóng ngắn hơn Do đó, độ sâu hấp

thụ thì cạn hơn và sự bắn tung toé giảm đi Ngoài ra thể tích nhận nhiệt nhỏ hơn,

cũng ưu tiên cho sự bay hơi đồng dạng

Cùng với 2 sự phát triển đó mở rộng rất nhiều cho sự lựa chọn vật liệu và cải

thiện chất lượng màng Sự bay hơi đồng dạng đã được quan sát trong nhiều hệ

| Pulse Laser Deposition

9

thống từ những hợp chất ba thành phần đơn giản đến những chất bán dẫn nhiệt độ

thấp với sự hợp thức phức tạp, chẳng hạn như ReB22 (Dessere and Eloy, 1975)

Một vài hoạt động cổ điển trng PLD đã được tiến hành bởi Gaponov và đồng

nghiệp, bao gồm sự phát triển đầu tiên của chất siêu dẫn siêu mạng, và những

sáng đạt đuợc để làm giảm sự hình thành hạt, và sự phủ phản ứng khía cạnh của

phủ phản ứn glà độc nhất và chắc chắn là đặc trưng quan trọng nhất của PLD Nó

được chứng minh lần đầu tiên bởi Gapanov, người đã phủ mành oxide trong môi

trường oxi hoá và sau đó là Oestereicher, người mà phủ màng hydride trong môi

trừong hydrogen Bởi vì sự thiếu hụt của những yếu tố điện hoạt động như là sợi

dây tóc và điện cực phóng điện, bất kì loại khí phản ứng nào có thể được sử dụng

một thuận lợi khác của PLD trong môi trường phản ứng thỉ hoạt tính của pha khí

được tăng cường vì động năng ở nhiệt độ cao (1-20eV) và năng kượngkích thích

điện tử của các loại laser bốc bay

Trong giai đoạn này, PLD cũng đã được dùng để phủ màng bán dẫn với

những thành công có giới hạn Bởi vì những yêu cầu nghiêm ngặt trong thuộc tính

vật liệu cho những thiết bị điện tử bán dẫn và sự cạnh tranh tữ kĩ thuật phủ màng

bằng những phuơng pháp khác, những hoạt độn trong PLD để phát triển màng bàn

dẫn vẫn còn ở mức độ thấp sự phủ màng mỏng bán dẫn nhóm III-V bằng PLD từ

nguồn đơn luôn cho kết quả màng với sự thiếu hụt cao của những nguyên tố nhóm

V bởi vì áp suất hơi cao của nó Sự khảo sát này đã được xác định bởi Sheftal với

sự nghiên cứu có tính hệ thống hơn.tuy nhiên, hiệu ứng này đã không được thảo

luận trong công việc của Gapanov trên siêu mạng bán dẫn chứa những hợp chất

III-V Để phát triển màng chất lượng cao, một nguồn bốc bay riêng biệt của những

nguyên tố nhóm V phải được sử dụng để bổ sung cho sự mất mát vì sự tái bay hơi

| Pulse Laser Deposition

10

Màng mỏng siêu dẫn chất lượng cao đã không được chế tao mãi cho đến những

năm 1980

3.3 1980-1987

Với chất lượng được cải thiện và chấp nhận được của những Laser

thương mại, nhiều nhóm nghiên cứu đã tham gia vào lĩnh vực này Nhóm đáng chú

ý là Dubowski và Williams của hội đồng nghiên cứu quốc gia Canada, Cheung và

Sankur của Trung tâm khoa học quốc tế, Dimitrov và Metev của Balan, và nhiều

nhóm khác Lần đầu tiên, màng bán dẫn epitaxy, cấu trúc dị thể, và sự phát triển

siêu mạng bằng PLD cho thấy rằng chất lượng có thể so sánh được với những sự

sự phát triển màng bàng MBE Ví dụ, Hiệu Ứng Hall Lượng tử nhờ có những hạt

tải hai chiều trong bán dẫn hợp chất đã được quan sát lần đầu tiên trong sự nuôi

trồng siêu mạng CdTe bằng PLD Công việc tiên phong trong việc sản xuất những

lớp epitaxy bán dẫn II-VI chất lượng cao bằng PLD đã được tiến hành trước tiên

bởi nhóm nghiên cứu ở Trung tâm khoa học quốc tế Rockwell và hội đồng nghiên

cứu quốc gia Canada Cả hai nhóm này đã dùng laser Nd:YAG cho sự bay hơi của

CdTe và chất Cd trên nền những hợp chất II-VI khác Đáng quan tâm rằng một

laser được dùng để bay hơi CdTe với hiệu suất cao thông qua một quá trình 2-bước

mặc dù thực tế rằng vùng cấm của CdTe thì lớn hơn năng lượng của những photon

có bước sóng 1.06 μm Sự ổn định lâu dài tốt cua( laser Nd:YAG cho phép phát

triển những lớp rất mỏng khoảng 10 micro dưới những điều kiện điều khiển chính

xác Với một của sổ nhiệt đuợc thiết kế đặc biệt để giữ cho quãng đừơng quang

học chính xác giữa thấu kính hội tụ và bia, Cheung đã có thể chứng minh tỉ lệ bay

hơi ổn định hơn 1% trong 5 giờ, cái mà có thể so sánh được với thiết bị Knudsen

được dùng trong MBE Ngoài ra, sự bay hơi của CdTe bằng laser Nd:YAG đã loại

bỏ được ―Splashing‖ khiến cho sự phủ những lớp epitaxy có thể mềm mại hơn

| Pulse Laser Deposition

11

Đơn lớp, sự nuôi trồng cấu trúc dị thể, những bán dẫn từ loãng và siêu mạng đã

được nuôi cấy thành công Bởi vì sự cạnh tranh từ phương pháp MBE để nuôi cấy

Hg1-xCdxTe , Cheung đã tìm kiếm một lĩnh vực có ý nghĩa công nghệ mà có thể thu

lợi từ những khả năng độc nhất của PLD Động lực đó dẫn đến một thành tựu quan

trọng trong việc nuôi trồng lớp epitaxy ba thành phần Hg1-xCdxTe với bất kỳ dạng

nào của vùng cấm Với sự điều chỉnh dòng bay hơi chính xác và nhanh, một lớp

Hg1-xCdxTe nuôi bằng phương pháp PLD có thể đạt được sự chính xác về thành

phần của khoảng hai đơn lớp, cái mà ít ra bậc độ lớn cao hơn cả MBE có thể đạt

được

Trong suốt giai đoạn này, có một sự góp nhặt lớn của việv phát triển

màng Oxide và Flouride bằng PLD Hầu hết, chúng được dùng cho những màng

quang học Một sự cải thiện trong những màng được phủ bằng chùm electron trên

mầm tinh thể đã được nghiên cứu, tượng trưng cho độ linh động bề mặt cao vì

năng lượng va chạm nhiệt (Sankur, 1986) Tuy nhiên, sự hiện diện của những hạt

bề mặt là do ―Splashing‖ vẫn còn đặt ra một vấn đề lớn

3.4 1987 – Hiện nay :

Sự thành công ngay tại sự phát triển màng siêu dẫn nhiệt độ cao bằng

PLD mang lại một quan tâm lấn át trong lĩnh vực này Mặc dù sự phát triển PLD

đầu tiên là những chất siêu dẫn kiểu Perovskite đã được thực hiện vào năm 1983

(Zeitsev-Zotov et al., 1983), qui trình đã được hoàn thành bởi tập đoàn Bellcore,

nơi mà cung cấp chất xúc tác đầu tiên cho sự phát triển bùng nổ của PLD Tổng số

bài báo về PLD từ năm 1987 thì hơn 10 lần tổng bài báo của 25 năm trước cộng

lại Số nhóm nghiên cứu về PLD đã tăng từ chỉ một vài nhóm nhỏ đến vài trăm

phòng thí nghiệm trên toàn cầu Tính đơn giản và linh hoạt của việc lắp đặt thí

nghiệm làm nó thành một công nghệ có khả năng khám phá ra những giới hạn mới

| Pulse Laser Deposition

12

trong khoa học vật liệu Những hội nghị chuyên đề, hội thảo, dành cho PLD bây

giờ là những sự kiện liên tục với những hội nghị khoa học và chuyên ngành đa

dạng Việc tiên phong đầu tiên của tập đoàn Bellcore đã tạo nên một vài đóng góp

có ý nghĩa, bao gồm việc sử dụng áp suất khí cao trong suốt sự quá trình phủ

Những thông tin khoa học phong phú bao gồm việc hình thành vùng đã thúc đẩy

đông đảo những nghiên cứu về thuộc tính của nó để làm tăng sự hiểu biết sâu hơn

về quá trình bốc bay

Xu hướng gần đây nhất trong sự phát triển của PLD bao gồm epitaxy dị

thể của Oxide trên bán dẫn chẳng hạn như YSZ/Si (Fork et al., 1990), MgO/GaAs

(Chang et al., 1992; Fork et al., 1992) Lĩnh vực này đã tìm thấy sự thành công

không gi sánh bằng Nó mở ra một giới hạn mới của việc nghiên cứu vật liệu Việc

phát triển những màng oxide perovskite sắt điện là một lĩnh vực khác thể hiện

tiềm năng hứa hẹn của PLD Sự phát triển của những màng sắt điện perovskite là

sự mở rộng tự nhiên của hoạt động trên những chất bán dẫn có nhiệt độ Tc cao bởi

vì cấu trúc giống nhau giữa hai vật liệu đó

4 Lịch sử của sự phát triển lý thuyết :

Lý thuyết động lực học của sự tương tác bia-laser đã được nghiên cứu lâu

trước khi có thí nghiệm đầu tiên về PLD Một thời gian ngắn sau sự phát triển của

Laser, đã nhận thấy rằng sự tương tác giữa laser-chất rắn là quá trình vô cùng phức

tạp và đó là khó khăn, hoặc là không có khả năng để tạo thành những mô hình

hoàn hảo hoặc nhất quán để hiểu tất cả những sự quan sát Mô hình đơn giản nhất

đã dựa trên hiệu ứng nhiệt, cái mà có thể mô tả chính xác tương tác chùm tia-chất

rắn dưới mật độ năng lượng thấp Nguyên tắc cơ bản, mô hình giả định độ trễ giữa

sự hấp thụ laser va sự bay hơi, khoảng trì hoãn đã được xác định bẳng tỉ lệ khuếch

tán nhiệt cho đến một nhiệt độ giới hạn bên trong chất rắn đạt tới một năng lượng

| Pulse Laser Deposition

13

laser giới hạn thì cần để đạt được điều kiện này Mô hình này đã được dùng trước

đây để nghiên cứu ảnh hưởng của sự tương tác chùm laser trên bề mặt kim loại

Khi nó được áp dụng vào để nghiên cứu sự tương tác laser và chùm tia dưới mật độ

năng lượng trên 108

W/cm2 , cái mà được sử dụng tiêu biểu trong các thí nghệm của PLD, mô hình đơn giản đó không thể đáp ứng được Thừong thì sự đánh giá nhiệt

độ bề mặt thông qua sự tương tác và không thể giải thích được sự phát xạ electron

và ion Ngoài ra nó cũng hoàn toàn bỏ qua sự tương tác của bức xạ laser với vùng

plasma Với những mô hình thực tế hơn đã được phát triển sớm Song vẫn chưa có

mô hình nào có thể mô tả tất cả những hiện tượng liên quan đến tương tác

bia-laser Có nhiều sự cố gắng không thành công Tuy vậy, những mô hình đó cung

cấp vài cái nhìn cho bức tranh vật lý Trong khi đó vẫn còn nhiều câu hỏi chưa

được trả lời

Hạn chế thông thường trong các mô hình là sự đồng ý rằng tương tác laser-bia là

một quá trình phức tạp bao gồm có nhiều hơn một cơ chế Có 3 kiểu hấp thụ phải

được xem xết, đó là :

Thể tích hấp thụ bởi electron và phonon trong mạng

Sự hấp thụ hạt tải tự do trên bề mặt

Sự hấp thụ bởi vùng plasma

Sự mở rộng của quá trình hấp thụ tuỳ thuộc vào thuộc tính của vật liệu và

đặc trưng của laser Ví dụ, bề mặt kim loại hấp thụ chủ yếu hạt tải tự do Đối với

những chất điện môi, những hạt tải tự do vắng mặt và sự hấp thụ những bức xạ

dưới vùng cấm xảy ra bên trong mạng Những quá trình thực tế xảy ra trong PLD,

dưới điều kiện bức xạ năng lượng cao, thì phức tạp hơn nhiều.Một mô hình chuẩn

yêu cầu sự mô tả của một quá trình nhiều bước Khi chùm laser đập lên bia, những

photon bị hấp thụ bởi bề mặt, tạo thành những lớp tan chảy Lớp này được xem

| Pulse Laser Deposition

14

như là một lớp knudsen Quá trình bay hơi, cái mà xảy ra trong một thời gian rất

ngắn nhưng với một lựơng đáng kể của khối lượng chuyển qua, gây ra một sự tác

động mạnh ép lên trên lớp chất lỏng và đẩy ra những giọt chất lỏng

Ngoài những quá trình đã đuợc đề cập trước đây với việc dời vật liệu từ bia,

điều đó thì quan trọng nhưng đã bỏ qua khía cạnh lớn hơn đó là sự tương tác thứ

cấp giữa bức xạ laser và vùng plasma Sự tương tác bậc cao giữa laser va vùng

plasma có thể mang ảnh hưởng có ý nghĩa đến những đặc trưng của sự bốc bay

Nhiệt độ của Plasma được nâng lên và sự bốc bay trở nên mang năng lượng nhiều

hơn, cái mà có thể ảnh hưởng đến sự phủ màng theo một cách thức tích cực bởi vì

sự gia tăng độ linh động những nguyên tử bề mặt

Hầu hết những nghiên cứu lý thuyết không cung cấp một sự hiểu biết trực

tiếp thích hợp để cải thiện điều kiện thí nghiệm của PLD, họ cũng không mô tả một

cách chính xác quá trình vật lý dưới những điều kiện phù hợp với những điều kiện

PLD hiện tại

Bảng 1.1 : Những mô hình lý thuyết của sự tương tác laser-chất rắn

Ready 1964-1971 Material removal by evaporation

Von Allmen 1976 Material removal by evaporation and liquid expulsion

Andrewa and Attey 1975 Material removal by evaporation và evaporation-controlled limit

Afanas’ev and 1967 Vapor flow, pressure jump across Knudsen layer

| Pulse Laser Deposition

1984 Material removal by vaporization in vacuum

Olstad and Olander 1975 Nonequilibrium surface process

Kelly et al., 1985 Thermal-sock-induced exfoliation

5.Quá trình hoàn thiện kĩ thuật thí nghiệm : Giảm “

Splashing”

―Splashing‖ đƣợc xem nhƣ là một trong hai bất lợi chính của PLD Một cái khác là

sự thiếu sự đồng bộ trên một diện tích lớn vì sự phân bố góc hẹp của vùng plasma

Thiết kế trên diện tích lớn có nhiều giải pháp kĩ thuật bằng cách quét laser hoặc sử

dụng đế quay và dịch chuyển đƣợc Tuy nhiên, ―Splashing‖ là một vấn đề nội tại ,

vì vậy nó có nhiều khó khăn để vƣợt qua Đó chính là nút cổ chai làm đình trệ sự

phát triển của PLD Đó là vấn đề đặc biệt cho những màng bán dẫn chất lƣợng cao

cho thiết bị điện tử và những màng quang học nơi mà những hạt có thể gây ra việc

hình thành những sai hỏng những tâm tán xạ mà có độ linh động hạt tải thấp, rút

ngắn thời gian sống hạt thiểu số.Có nhiều nguyên nhân gây ra ―Splashing‖

5.1 Nguồn gốc của Plashing :

| Pulse Laser Deposition

16

da Dưới điều kiện này, lớp dưới mặt được làm nóng nhanh trước khi bề mặt của

chính nó đạt tới pha hơi Quá trình này sẽ làm phóng ra những hạt hình cầu nóng

chảy cở micro lên trên đế Nó có thể xảy ra với bất kì vật liệu nào, đặc biệt với

những vật liệu có độ nóng chảy và điểm sôi thấp chẳng hạn như Hg1-xCdxTe

Schwarz và Tourtellotte (1969) đã đánh giá mật độ năng lượng laser cực đại mà bề

mặt chất rắn có thể hấp thụ mà không gây ra Splashing, qua công thức :

do ―Subsurface splashing‖ không xảy ra trong vật liệu điện môi

5.2 Sự phóng ra những lớp chất lỏng bởi áp lực ngược của sóng xung

kích

Không giống như sự sôi mặt dưới ở đây lực gây ra sự phóng của những giọt chất lỏng bắt nguồn từ bên trong khối, trong cơ chế này, lực đến từ trên

lớp chất lỏng trong dạng của áp lực ngược được gây ra bởi sóng xung kích của

vùng plasma Tín hiệu của splashing kiểu này cũng tạo thành những giọt hình cầu

ngưng tụ cỡ micro, và do đó không thể phân biệt đuợc từ splashing thực

5.3 Exfoliation (sự tách lớp)

| Pulse Laser Deposition

17

Không giống với hai quá trình đầu tiên, những vật liệu phát ra từ bia

là những hạt rắn có hình dạng ngẫu nhiên Tỉ lệ bắn ra và kích cỡ hạtphụ thuộc vào

mật độ năng lượng laser cũng như hình thái học của bề mặt của bia Với hầu hết

vật liệu, trong những bia gốm được kết thành từ những hạt, bề mặt bị xói mòn bởi

sự bay hơi laser lặp đi lặp lại, tạo thành vi cấu trúc hình kim dài với dộ dài chỉ với

một vài micro Những cấu trúc dạng hình cây vi mô chỉ hướng theo hướng của

chùm laser tới vì hiệu ứng shadow.về mặt cơ học, chúng rất dễ vỡ và bị bẻ gãy bởi

do sốc nhiệt gây ra thông qua bức xạ tới laser mạnh Những mảnh vỡ vụn được

mang tới đế bởi vùng giãn nỡ nhanh chóng và ngưng tụ thành màng

6.Những giải pháp để tránh Splashing :

Trong số 3 quá trình đó, chỉ ―liquid expulsion‖ và ― exfoliation‖ là nguồn có

ý nghĩa của Splashing ―Subsurface boiling ― không thể xảy ra trong hầu hết vật

liệu điện môi đáng quan tâm bởi vì mật độ năng lượng laser yêu cầu được dùng

dưới điều kiện PLD điển hình thì thấp hơn giới hạn của sự sôi mặt dưới

a Tấm lọc hạt cơ học :

Nỗ lực đầu tiên để loại bỏ Splashing là sử dụng bộ lọc vận tốc cơ học

Một bộ lọc vận tốc cơ học được đặt giữa bia va đế để loại bỏ những hạt có vận tốc

chậm Một rotor nhiều cánh hoạt động với 3000 rpm được đặt trong quãng đường

bay hơi để ngăn chặn những hạt với vận tốc nhỏ hơn 1000cm/s đến đế Gần đây

nhất, bộ lọc vận tốc kiểu đa đĩa chi tiết hơn với tần số góc quay cực đại trên

10,000 rpm đã được phát triển bởi Dupendant và đồng nghiệp vào năm 1989, để

loại bỏ và nghiên cứu sự phân bố vận tốc của những hạt cỡ micro trong màng

YBCO và kim loại phủ bằng PLD

b Sự điều khiển vùng (Sự va chạm giữa hai vùng plasma) :

| Pulse Laser Deposition

18

Phương pháp đầu tiên được tiến hành bởi Gapanov và đồng nghiệp (1982) bằng cách cho giao nhau hai dòng đã đồng bộ hoá của laser tạo ra vùng

Bởi vì những xung ngắn, mật độ số những loại nguyên tử và phân tử trong vùng

thì rất cao và quãng đuờng tự do thì ngắn Bởi vì khối lượng có thể so sánh được

của chúng và sự ràng buộc bởi năng lượng sự bảo toàn động lượng, nên những

loại bị tán xạ sẽ đi dọc theo một hướng mới góc phân giác của 2 quỹ đạo ban đầu

mặt khác thì sự va chạm giữa các hạt cỡ micro có thể bỏ qua là vì mật độ của

chúng rất ít Chủ yếu là sự va chạm giữa các hạt nhỏ và các nguyên tử vì khối

lượng khác nhau nên sự va chạm không làm thay đổi quỹ đạo của các hạt nặng

Trong cách nay thì, đế được đặt dọc theo đường phân giác của trục của vùng trước

ống chuẩn trực mà nó dùng để tách những loại tán xạ Đây là một cách giai quyết

c Cải thiện bề mặt bia :

Sankur đã tiến hành thí nghiệm với bia Ge nóng chảy (Sankur et al., 1989) Việc sử dụng bia nóng chảy cho phép bia duy trì đuợc bề mặt nhẵn ở mọi

lúc, vì vậy hoàn toàn loại bỏ đuợc splashing vì không có sự tách lớp Ngoài ra, áp

lực ngược của vùng tác động lên trên bia bỉ giảm xuống bởi chất lỏng nhớt, vì vậy

vì vậy loại bỏ splashing vì sự phóng ra do nóng chảy Nhưng chỉ số ít vật liệu thoả

mãn yêu cầu này

| Pulse Laser Deposition

19

II.Khái quát về Laser Trong PLD :

Nói chung, phạm vi sử dụng của bước sóng laser cho việc phát triển màng

bằng PLD nằm trong khoảng 200nm ÷ 400nm Hầu hết vật liệu dùng cho việc phủ

màng thể hiện sự hấp thụ mạnh trong vùng phổ này Hệ số hấp thụ có xu hướng

tăng khi di chuyển từ cuối vùng sóng ngắn của giới hạn này và xuyên sâu vào

trong vật liệu bia thì tương ứng giảm Đây là trường hợp có triển vọng bởi vì

những lớp mỏng hơn của bề mặt bia bị ăn mòn khi di chuyển đến gần mốc

200nm Sự hấp thụ mạnh hơn ở bước sóng ngắn cũng là kết quả trong sự giảm

giới hạn dòng bay hơi Dưới 200nm, sự hấp thụ mạnh bởi dải Schumann-Runge

của phân tử Oxy khiến cho công việc trong vùng này khó khăn hơn.Trong phạm

vi từ 200nm ÷ 400nm có một vài nguồn laser thương mại sẵn có có khả năng phát

ra dễ dàng mật độ năng lượng cao (>1J/cm2), trong một diện tích tương đối lớn(10

mm2 hoặc lớn hơn), mà được yêu cầu cho công việc phủ màng bằng laser

Excimer là hệ thống laser khí Không giống Nd3+:YAG laser, những excimer

laser phát ra bức xạ trực tiếp của chúng trong vùng UV Những hệ thống này có

thể đạt tới tần số xung lặp lên đến vài trăm hertz với năng lượng gần 500mJ/xung

Tóm lại, excimer là sự lựa chọn cho công việc PLD

II.1 / Excimer Basics :

Ánh sáng phát ra từ laser excimer nhận được từ một dụng cụ khuếch đại phân tử trong đó hoạt động của laser xảy ra ở giữa trạng thái điện tử kích thích

| Pulse Laser Deposition

20

liên kết và trạng thái điện tử cơ bản liên kết yếu hoặc mạnh Bởi vì trạng thái cơ

bản là đẩy, những phân tử excimer có thể phân ly nhanh chóng (~10-10s) khí nó

phát ra một photon trong suốt quá trình chuyển tiếp từ trạng thái kích thích về

trạng thái cơ bản Những phân tử ecximer được tạo thành từ một hỗn hợp khí của

thành phần của chúng chẳng hạn như Xe, HCl và Ne trong trường hợp của laser

XeCl

KrF là một ví dụ của một phân tử Exceimer Thông thường, khi Kr và F gần

nhau chúng sẽ đẩy nhau ra xa Khi nguyên tử Kr hấp thụ năng lượng từ những

electron trong quá trình phóng điện của laser và tạo thành trạng thái kích thích

Nếu kích thích nguyên tử Kr tiến gần đến một nguyên tử F, lực giữa chúng sẽ là

lực hút lớn hơn lực đẩy Những nguyên tử kéo nhau tạo thành một phân tử

bền của KrF trong trạng thái kích thích Phân tử bị kích thích sẽ không bền

lâu Điển hình là thời gian sống của những phân tử excimer là nano giây,phân tử

excimer bị kích thích mất năng lượng của nó, chủ yếu là do phát xạ photon, và

giảm xuống trạng thái cơ bản Nhưng vì trạng thái cơ bản vốn không bền và

không thể tồn tại hơn một pico giây hoặc hơn, chúng sẽ phân ly Cơ chế cơ bản

của một excimer laser, những photon đựoc tạo thảnh khi nhưng phân tử excimer

suy giảm xuống trạng thái cơ bản của nó và bị phân ly Chúng ta hãy xem những

gì xảy ra trong một excimer laser Trong buồng chứa những khí thích hợp (một

lương nhỏ cảu Kr và F2 trong trường hợp của KrF laser, và cộng thêm khí đệm

chẳng hạn như He và Ne), và sự đảo lộn dân số được tạo thành bởi một dòng điện

mà nó chạy từ điện cực điện thế cao qua khí đến một điện cực nền khác Dòng

của dòng điện thì nó theo hướng vuông góc với trục quang và dòng khí Chu trình

bắt đầu khi một điện tử va chạm với một nguyên tử Kr ở trạng thái cơ bản,

| Pulse Laser Deposition

21

electron có thể kích thích Kr lên trạng thái kích thích, hoặc nếu nó có đủ năng

lựong nó có thể đẩy một electron ra khỏi Kr và tạo thành ion Kr :

e- + Kr  Kr* + e hoặc e + Kr  Kr+ + 2e trong đó e là electron, Kr là nguyên tử Kr ở trạng thái cơ bản, Kr*

là nguyên tử Kr

ở trạng thái kích thích, và Kr+

là ion Kr (tức là Kr bị mất một e-) Cũng như vậy, một vài electron va chạm với phân tử F2, sự va chạm của

electron với F2 làm cho phân tử bị bẻ gãy, có thể ion hoá thành từng nguyên tử :

e- + F2  F + FBây giờ tất cả những nguyên tử Kr ở trạng thái kích thích, ion F và ion Kr trong

-vùng phóng điện laser, chúng có thể kết hợp theo một vài cách để tạo thành phân

tử excimer, chẳng hạn như :

Kr+ + F- (+ He, Ne)  KrF* + (He, Ne) Hoặc 2Kr* + F2  2KrF*

Một trong những điều tốt đẹp về những laser Excimer là nó dễ dàng tạo ra sự đảo

lộn dân số Đó không phải là trạng thái cơ bản, vì vậy một phân tử excimer đơn

tương ứng với một điều kiện của sự đảo lộn mật độ Vì vậy để có một laser bạn

phải có : một sự đảo lộn dân số và bộ cộng hưởng Sự đảo lộn cần để vượt qua sự

mất mát của bộ cộng hưởng là khoảng 10,000 lần lớn hơn đòi hỏi cho những laser

khí loại khác Không may, với những cách khác phân tử excimer có thể mất năng

lượng của nó mà không tạo ra photon laser.Nó có thể suy giảm nhanh chóng, hoặc

có thể toả ra năng lượng thừa với dạng nhiệt :

KrF* + hv -> KrF + 2hv Phát xạ kích thích

KrF* —> KrF + hv Bức xạ tự phát KrF* + F2 —> Kr + 3F + heat (F2 bị phân huỷ bởi va chạm)

Ở đó hv là photon

| Pulse Laser Deposition

22

II.2 Một số thiết kế cho sự phóng điện Excimer Laser :

Mạch phóng điện điện tử thác đổ cơ bản bao gồm một vài tụ điện,

cuộn dây cảm ứng, và cặp điện cực Yêu cầu sự phóng điện vửa được

thảo luận là bắt buộc phải có năng lượng cực đại khoảng 108 – 109 w

chuyển đến vùng phóng điện Tụ điện lưu được nạp đến 40kV Bộ

chuyển mạch thyratron (A thyratron is a type of gas filled tube used as a high energy

electrical switch and controlled rectifier Triode, tetrode and pentode variations of the thyratron

have been manufactured in the past, though most are of the triode design Gases used include

mercury vapor, xenon, neon, and (in special high-voltage applications or applications requiring

very short switching times) hydrogen) được đốt và năng lượng sau đó được

chuyển đến tụ điện đỉnh với thời gian xấp xỉ 100ns Khi mà tụ điện đỉnh

nạp đủ, thì năng lượng chuyển đến vùng phóng điện với khoảng thời

gian 20-50ns Những thiết kế phóng điện đầu tiên bị hạn chế bởi thời

gian sống thành thần ngắn và độ tin cậy kém Bộ phận bị hỏng chủ yếu

cảu những thiết kế đầu tiên là bộ chuyển mạch thyratron điện thế cao

Với những thiết kế này, thyratron phải chịu đựng được điện thế cao lên

đến 40kV, dòng là 15kA, và tốc độ dòng > 1011

A/s Kết quả là thời gian sống của thyratron bị giới hạn đến chỉ 107 lần phóng điện

Những nhược điểm trên sẽ được khắc phục với MSC

(magnetic-switch-control) discharge circuit MSC giải quyết được vấn đề về thời

gian sống thành phần ngắn của những thiết kế đầu.với công nghệ MSC,

thì tốc độ dòng qua thyratron (dI/dt) cũng như dòng thyratron đỉnh về

bản chất cũng giảm

| Pulse Laser Deposition

Dụng cụ quang học làm gia tăng gấp đôi năng lượng của laser tới bia bao gồm thấu kính( lense)

và khẩu độ(apertures); gương (mirrors); beam splitters(Note: A beam splitter is an optical

device that splits a beam of light in two); laser windows

| Pulse Laser Deposition

24

 aperture beam splitter (tách ánh sáng từ 1 chùm thành 2) Khẩu hiệu mà chúng ta cần nắm là luôn giữ cho những dụng cụ quang này sạch Dấu vân tay bụi

hoặc những thứ linh tinh không chỉ làm thay đổi đường đi của chùm ánh sáng mà còn gây tác hại

đến các dụng cụ quang học khác Nói chung dụng cụ dùng cho UV thì rất đắt cho nên cần phải

giữ sạch sẽ và cần được bảo quản tốt, sử dụng găng tay và giấy lau chuyên dùng là 1 phần giúp

cho việc bảo quản được các dụng cụ quang này

III.1.1 Lense and Aperture:

Lense: có nhiệm vụ là thu nhận các bức xạ phát ra từ nguồn laser và hội tụ nó đến 1 điểm trên bia

để tạo ra mật độ năng lượng cần thiết cho sự ăn mòn Khi phủ nhiều loại màng có khác nhau

bằng PLD, một trong những thông số quan trọng nhất trong việc điều khiển được chất lượng kết

tinh và xếp chặt của màng là mật độ năng lượng laser (J/cm2) đến bia

Khi chọn vật liệu làm thấu kính cũng cần quan tâm đến thông số truyền qua của vật liệu đó Ví

dụ như sử dụng laser khí dùng KrF có bước sóng 248nm, thấu kính UV-grade fused-silica là 1

chọn lựa vừa mang tính kĩ thuật tốt vừa là lựa chọn kinh tế Bảng sau đây cho biết 1 số vật liệu

được dùng làm vật liệu cho thấu kính và cửa sổ:

| Pulse Laser Deposition

*UV – grade fused silica hấp thu năng lƣợng trong khoảng 2500-2600nm

Table: Trangsmittance Range for Various Lens and Window Materials

Spherical Lens

| Pulse Laser Deposition

26

spherical lenses

Loại thấu kính cầu này thường được dùng nhiều nhất trong PLD

Khẩu độ dùng để điều chỉnh cường độ của laser, làm giảm tác hại của laser đối với hệ quang học

của chúng ta trong hệ PLD

III.1.2 Hệ gương:

Trong phòng thí nghiệm dùng hệ PLD, hệ laser khí đắt tiền có thể được dùng làm nguồn

cho nhiều hơn 1 buồng phủ màng, giúp làm giảm kinh phí rất nhiều Nhiều buồng phủ màng có

thể được đặt 1 cách hợp lý cùng với hệ gương sẽ giúp tận dụng được nguồn laser

III.1.3.Beam splitter:

Hình bên là sơ đồ của Beam Splitter

| Pulse Laser Deposition

27

Nếu muốn phủ 2 buồng cùng lúc mà chỉ có 1 nguồn laser, chúng ta sẽ dùng beam splitter

để chia nguồn laser này ra thành 2 phần bằng nhau.

III.1.4.Cửa sổ laser:

Là nơi thông của laser vào buồng

III.2 DEPOSITION SYSTEMS

Một khi đã qua hệ thống quang học, chùm laser được chiếu vào trong hệ phủ màng 1 hệ PLD

gồm các thành phần chính sau: buồng, bộ chuyển bia,bộ phận giữ đế và làm nóng đế, bơm , dòng

khí/hơi, chân không thích hợp Ngoài ra còn có 1 phụ tùng thêm vào nữa là bộ phận lọc hạt

Gần đây thì những hệ PLD đã được thương mại hoá Sau đây là 1 vài hình ảnh về hệ thống PLD

này khi ra ngoài thị trường(ảnh do nhà sản xuất cung cấp từ mạng)