Kỹ thuật PLD có ưu điểm vượt trội so với các phương pháp chế tạo khác với năng suất bốc bay cao, màng mỏng hình thành với cấu trúc và thành phần đúng hợp thức của bia. Quá trình bốc bay xảy ra rất nhanh đến mức sự phân huỷ thành phần hoá học của vật liệu không kịp xảy ra. Tốc độ mọc màng cao, khoảng 10nm/phút và có khả năng chế tạo được màng mỏng đa lớp.
Tuy nhiên, kỹ thuật PLD có một số nhược điểm như:
- Khối plasma được tạo ra hướng thẳng về phía đế, không mở rộng ra vùng không gian xung quanh, nên chiều dày của màng mỏng không đồng nhất, thành phần cấu tạo có thể thay đổi theo chiều dài của đế. Diện tích của vật liệu lắng đọng khá nhỏ, khoảng 1 cm2.
- Thiết bị có giá thành cao, do nguồn khí sử dụng tạo laser là khí hiếm, điện áp cần để tạo xung laser rất lớn, có thể đến 30 kV.
- Năng lượng xung không ổn định, suy hao trong quá trình truyền dẫn và theo thời gian. Ngoài ra, tia laser sử dụng trong quá trình bốc bày còn nguy hiểm đối với người sử dụng.
Gần đây, kỹ thuật lắng đọng sử dụng xung điện tử PED (Pulsed Electron Deposition) đã thu hút được sự quan tâm nghiên cứu của các nhà khoa học [32, 38]
2.1.5 Phương pháp lắng đọng bằng xung điện tử (PED)
Bốc bay bằng xung điện tử là phương pháp chế tạo màng mỏng bằng các xung điện tử có năng lượng cao. Chùm xung điện tử công suất lớn bắn xuyên vào bia với độ sâu khoảng 1 µm dẫn đến sự bốc bay của vật liệu và hình thành trạng thái plasma. Tốc độ lắng đọng của màng vào khoảng 0.01-0.1 nm/xung.
Kỹ thuật PED được sử dụng lần đầu tiên vào năm 1979 trên cơ sở hiện tượng phóng điện trong điều kiện áp suất thấp. Quá trình phóng điện chất khí ở áp suất thấp xảy ra giữa cực anode phẳng và cực catot rỗng. Các thiết kế sau này cho phép nâng cao hiệu suất chuyển đổi năng lượng lên 30 % so với 4 % so với thiết kế ban đầu. Kỹ thuật PED cũng dựa trên các điện tử, nhưng hệ PED lại không phức tạp như kính hiển vi điện tử. PED không cần sử dụng các thấu kính từ. Chùm điện tử đi qua một máng nhỏ và được dẫn vào trong một ống nhôm oxit hoặc kính có đường kính 4-6 mm hướng thẳng vào bia. Gia tốc của điện tử được gây ra do sự chênh lệch giữa thế đặt
vào ở catot và bia (đất). Năng lượng điện tử vào khoảng 3-5 J/xung. Sự phóng điện được cho phép bởi các mạch trigger, tần số xung được điều khiển, thay đổi theo mục đích của người sử dụng. Chùm điện tử phát ra rất nhỏ khoảng vài mm2
, nên mật độ dòng rất cao khoảng 106 A/cm2, do đó mật độ năng lượng đạt tới 109
W/cm2 với độ rộng xung khoảng 100 ns trên bề mặt bia.
Hình 2.7. Sơ đồ kỹ thuật PED a. Quá trình tạo ra và gia tốc ch m điện tử