脉冲激光沉积即用激光使材料挥发,从而将材料镀在衬底上的薄膜沉积技术。脉冲激光沉积系统(PLD)是基于脉冲激光沉积技术的设备,通常由设备厂商根据客户需求进行产品的定制化生产和组合,并提供相应的技术支持。
据新思界产业研究中心发布的
《“十四五”期间中国脉冲激光沉积系统行业分析及投资战略咨询报告》,脉冲激光沉积系统的工作涉及高能量脉冲辐射冲击固体靶、激光与物质之间相互作用、等离子羽状物形成,已熔化的物质通过等离子羽状物向已加热的基片表面的转移、膜生成等全过程,通常可以分为以下四个阶段:
(1)激光辐射与靶的相互作用:当激光束聚焦在靶表面并达到一定能量通量与短脉冲宽度时,靶表面的元素会快速受热达到蒸发温度,实现物质从靶中的分离,而分离出的物质与靶的化学计量相同。
(2)熔化物质的动态:熔化机制涉及碰撞、热、电子激发、层离、流体力学等许多复杂的物理现象,物质的瞬时溶化率较大程度取决于激光照射到靶上的流量。挥发出的物质向前散射峰化,并有向基片移动的倾向。
(3)熔化物质在基片的沉积:这是决定薄膜质量的关键阶段之一。激光光斑的面积与等离子的温度对沉积膜是否均匀有重要的影响。此外,靶与基片的距离也将影响熔化物质在基片的沉积,并主要表现为对熔化物质角度范围的影响。
(4)薄膜在基片表面的成核与生成:这一阶段是决定薄膜质量的另一个关键环节。放射出的高能核素碰击基片表面时,可能对基片造成各种破坏。高能核素溅射表面的部分原子,并在入射流与受溅射原子之间建立起一个碰撞区,成为凝结粒子的最佳场所。当凝结率比受溅射粒子的释放率高时,可快速达到热平衡,致使熔化粒子流减弱,实现膜在基片表面的生成。
脉冲激光沉积系统主要优点包括:(1)具有良好的保成分性,易获得期望化学计量比的多组分薄膜,且薄膜均匀性良好;(2)沉积速率高,试验周期短,衬底温度要求低;(3)兼容性好,无靶材种类限制,工艺参数调节灵活度高,可以制备多种薄膜材料;(4)便于清洁处理。
新思界
行业研究员表示,脉冲激光沉积系统配置灵活性高,主要功能模组包括生长室、进样室、靶台(可选水平式或垂直式)、样品台(可选激光加热、辐射加热等)、工艺气路、臭氧发生器、离子源、掩膜系统等。此外,部分脉冲激光沉积系统还支持配备高压RHEED,并可预留法兰,用于LEED、K-Cell、E-beam等。目前,国产脉冲激光沉积系统已推向市场,未来,随着中国科技创新实力的提升及制造业的转型升级,脉冲激光沉积系统的进口替代还将稳步推进。