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脉冲激光沉积系统

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脉冲激光沉积系统为一种在化学领域进行应用的工艺试验仪器。脉冲激光沉积,又被叫做脉冲激光烧蚀,为一种通过激光轰击物体,之后在不同的衬底上沉淀轰击出来的物质,使沉淀或者薄膜获得的一种手段。

脉冲激光沉积系统
脉冲激光沉积系统简介和发展前景
脉冲激光沉积系统简介和发展前景

脉冲激光沉积系统为一种在化学领域进行应用的工艺试验仪器。脉冲激光沉积,又被叫做脉冲激光烧蚀,为一种通过激光轰击物体,之后在不同的衬底上沉淀轰击出来的物质,使沉淀...[查看全部]

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脉冲激光沉积系统概述
脉冲激光沉积系统简介和发展前景

脉冲激光沉积系统为一种在化学领域进行应用的工艺试验仪器。脉冲激光沉积,又被叫做脉冲激光烧蚀,为一种通过激光轰击物体,之后在不同的衬底上沉淀轰击出来的物质,使沉淀或者薄膜获得的一种手段。

脉冲激光沉积系统简介

近年来,薄膜科学伴随着现代科学和技术的发展已经变成快速发展的学科领域之一,为研究材料科学和凝聚态物理学的一个重要研究领域。薄膜研究的主要方面是功能薄膜,其除了所具有的物理内涵非常丰富,并且其非常广泛地应用于微电子、光电子、超导材料等领域。

长时间以来,溶胶- 凝胶法、金属有机化学气相沉积、分子束外延、磁控溅射沉积、离子束溅射以及真空蒸发沉积等多种制膜技术和方法被人们发明了出来。上述方法的特点各有不同并且应用于一些领域。然而因为上述方法各有各的局限性,对于薄膜研究的发展及多种薄膜制备的需要依然不能够满足。脉冲激光沉积技术的特点随着激光技术和设备的发展,尤其是高功率脉冲激光技术的发展慢慢地为人们所认识和接受。

脉冲激光沉积系统发展前景

透过脉冲激光沉积技术的原理、特点能够知晓,该薄膜制备技术十分具有发展潜力。伴随着辅助设备和工艺的进一步优化,其在半导体薄膜、超晶格、超导、生物涂层等功能薄膜的制备方面发挥的作用非常重要,并且可以使得薄膜生长机理的研究加快以及使薄膜的应用水平提高,使得料科学和凝聚态物理学的研究进程加快,与此同时也将一种行之有效的方法提供给了新型薄膜的制备。

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脉冲激光沉积系统历史
脉冲激光沉积系统历史

脉冲激光沉积系统为一种在化学领域进行应用的工艺试验仪器。脉冲激光沉积,又被叫做脉冲激光烧蚀,为一种通过激光轰击物体,之后在不同的衬底上沉淀轰击出来的物质,使沉淀或者薄膜获得的一种手段。

脉冲激光沉积系统历史

早在1916年,受激发射作用的假设就已经被爱因斯坦提了出来。

直到1960年,首次将红宝石棒作为激光媒介的激光器才在休斯实验研究所由梅曼建造出来。

1962年,红宝石激光器被布里奇与克罗斯采用来对固体表面的原子进行汽化与激发。

1965年,红宝石激光器被史密斯与特纳用来对薄膜进行沉积,该实验被当作脉冲激光沉积技术发展的源头。

之后十年,因为激光科技的迅速发展,使脉冲激光沉积技术的竞争能力有了十分显著地提升。相比于早前的红宝石激光器,当时激光的重复频率比较高,实现了薄膜制作。之后问世了可靠的电子Q开关激光,可以使很短的激光脉冲产生。所以脉冲激光沉积技术可以用来将靶一致蒸发,并且使得化学计量薄膜沉积出来。

1987年,高温的Tc超导膜被成功地制作了出来。用来膜制造技术的脉冲激光沉积不但获得了广泛的注意,而且吸引了普遍的赞誉。

过去十年,具备外延特性的晶体薄膜已经能够脉冲激光沉积制作了出来。脉冲激光沉积能够用来制作各种超晶格、金属多层膜、氮化物膜以及陶瓷氧化物。

这些年以来,也有报告指出,利用脉冲激光沉积技术能够对纳米管、纳米粉末以及量子点进行合成。

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脉冲激光沉积系统原理
脉冲激光沉积系统原理

脉冲激光沉积系统为一种在化学领域进行应用的工艺试验仪器。脉冲激光沉积,又被叫做脉冲激光烧蚀,为一种通过激光轰击物体,之后在不同的衬底上沉淀轰击出来的物质,使沉淀或者薄膜获得的一种手段。

脉冲激光沉积系统原理

di一阶段:

激光束在靶的表面聚焦,足够的高能量通量与短脉冲宽度达到时,会迅速地加热靶表面的一切元素,使得蒸发温度到达。会从靶中将物质分离出来,并且蒸发出来的物质的成分和靶的化学计量相一致。激光照射到靶上的流量非常大地决定了物质的瞬时熔化率。熔化机制对于如碰撞、热,与电子的激发、层离,以及流体力学等许多复杂的物理现象均有所涉及。

第二阶段:

按照气体动力学定律,发射出来的物质有向基片移动的倾向,并且有向前散射峰化现象出现。随着函数cosnθ的变化,空间厚度也发生改变,并且n远大于1。沉积膜均匀与否受到激光光斑的面积与等离子的温度非常重大的影响。除此以外,靶与基片的距离也是一个因素,对熔化物质的角度范围有支配作用。也发现,在基片周围放置一块障板会使角度范围缩小。

第三阶段:

对薄膜质量起到关键作用的是第三阶段。放射出的高能核素对基片表面进行碰击,可能破坏基片。一个碰撞区在入射流与受溅射原子之间为高能核素溅射表面的部分原子所建立。在这个热能区(碰撞区)形成膜后马上生成,这个区域正好变成凝结粒子的zui好场所。只要凝结率高于受溅射粒子的释放率,就可以迅速达到热平衡状况,因为减弱了熔化粒子流,就可以在基片表面生成膜。

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脉冲激光沉积系统特点
脉冲激光沉积系统优点

脉冲激光沉积系统为一种在化学领域进行应用的工艺试验仪器。脉冲激光沉积,又被叫做脉冲激光烧蚀,为一种通过激光轰击物体,之后在不同的衬底上沉淀轰击出来的物质,使沉淀或者薄膜获得的一种手段。

脉冲激光沉积系统优点

1、能够任意调节工艺参数,不会限制靶材的种类。

2、不仅有着巨大的发展潜力,而且所具有的兼容性也很大。

3、清洁处理十分方便,能够对多种薄膜材料进行制备。

4、产生等离子体的能源采用高光子能量和高能量密度的紫外脉冲激光,所以不仅没有污染,而且控制起来也相对比较容易。

5、烧蚀物粒子有着非常高的能量,能够对化学计量进行精确地控制,使得靶膜成分几乎相同得以实现,使控制膜组分的工作简化了,对于制备具有复杂成分和高熔点的薄膜尤为合适。

6、获得期望化学计量比的多组分薄膜较为容易,并且所具有的保成分性良好。

7、有着较高的沉积速率,有着较短的试验周期,有着较低的衬底温度,能够均匀地制备薄膜。

8、在生长过程中能够将多种气体原位引入,能够在反应气氛中制膜,此将另一条途径提供给了薄膜组分的控制。

9、多靶材组件能够灵便地进行变换,对于多层膜及异质结的制备相对比较容易,有着较为简单的工艺,有着较大的灵活性,能够制备种类较多的薄膜。

10、能够使用激光对薄膜进行多种处理等

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脉冲激光沉积系统结构
脉冲激光沉积系统结构

脉冲激光沉积系统为一种在化学领域进行应用的工艺试验仪器。脉冲激光沉积,又被叫做脉冲激光烧蚀,为一种通过激光轰击物体,之后在不同的衬底上沉淀轰击出来的物质,使沉淀或者薄膜获得的一种手段。

脉冲激光沉积系统结构

测控装置,监控装置,电机冷却系统等辅助设备,真空室,抽真空泵,充气系统,靶材,基片加热器等沉积系统,光阑扫描器,会聚透镜,激光窗等光路系统以及脉冲激光器通常为脉冲沉积系统的组成构件。

脉冲激光沉积系统概述

一束激光通过透镜聚焦以后往靶上投射,烧蚀被照射区域的物质,烧蚀物择优沿着靶的法线方向传输,使得一个看起来象羽毛状的发光团羽辉形成,zui后在前方的衬底上沉积烧蚀物,使一层薄膜形成。在沉积的过程中,一般将一定压强的某种气体充进真空腔中,例如淀积氧化物时一般将氧气充入,来对薄膜的性能进行改善。

脉冲激光沉积系统待解决的问题

1、某些材料靶膜成分并不相同。对于多组元化合物薄膜,若较高的蒸气压为某些种阳离子所具有,那么在高温下,薄膜的等化学计量比生长就不能够保证。

2、大面积的膜的制备相当困难。

3、微米-亚微米尺度的颗粒物污染在薄膜表面存在,所制备薄膜有着较差的均匀性。

脉冲激光沉积系统发展前景

透过脉冲激光沉积技术的原理、特点能够知晓,该薄膜制备技术十分具有发展潜力。伴随着辅助设备和工艺的进一步优化,其在半导体薄膜、超晶格、超导、生物涂层等功能薄膜的制备方面发挥的作用非常重要,并且可以使得薄膜生长机理的研究加快以及使薄膜的应用水平提高,使得料科学和凝聚态物理学的研究进程加快,与此同时也将一种行之有效的方法提供给了新型薄膜的制备。

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