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激光裁床工作效果之外在影响因素

来源:/news/35.html   发布时间:2018-06-04

激光裁床是目前加工设备上面应用广泛,效果先进的设备,在这设备的使用上面,那些的外在因素能够影响到激光裁床的加工效果呢,下面由光博士跟各位分享下。

环境气氛压强

环境气氛压强主要影响激光裁床烧蚀产物飞向基片的过程,其对沉积薄膜的影响分为两类:

①环境气体不参与反应时,气压主要影响激光裁床烧蚀粒子内能和平均动能,从而影响薄膜激光裁床的沉积速率,此时真空度一般可达10~3Pa;

②如果环境气体参与反应,则气压不仅影响薄膜激光裁床的沉积速率,更重要的是会影响薄膜的成分和结构。

例如,在制备氧化物薄膜时,真空腔内充入一定量的氧气,可以使薄膜减少氧空位,而且氧压对薄膜生长的影响体现在有利和不利两个方面,有利主要是补偿靶材的氧缺陷含量,这可以大大改善薄膜的物理性能。不利之处在于氧压直接影响粒子的平均自由程,较高的氧压使分子自由程变小,当分子自由程小于靶材与基片之间距离时,粒子从靶材表面到基片上的过程中要与氧分子经历一次或多次碰撞,一种结果是组成原子团簇,使薄膜表面粗糙,另一种结果是到达基片的粒子能量改变,影响沉积速率。

激光裁床

基片及其温度

①基片的选择。目前脉冲激光裁床溅射沉积的薄膜包括高温超导膜、超巨磁电阻薄膜、半导体膜、铁电膜及压电膜等,这些材料多为各向异性,因而为了获得符合要求的薄膜,必须使薄膜晶粒取向择优生长,而基片类型是确保薄膜取向择优生长的关键。通常与膜晶格匹配的单晶基片比较容易获得高质量的取向外延薄膜;同时,基片的选取对于薄膜微结构、内部缺陷、力学性能以及薄膜与基片的结合强度都有很大影响。因此,脉冲激光裁床溅射沉积薄膜要求基片和膜的晶格常数匹配、物理性能参数如热膨胀系数、热传导系数等相近。但近来研究表明,在保证薄膜取向生长的情况下,利用基片和膜的晶格失配,可以改变薄膜的应变状态,从而改变薄膜的物理特性,从这个意义上说,基片和薄膜的晶格失配可作为调整和优化薄膜性能的一种工具。当基片和膜的晶格失配度太大时(>9%),仅仅依靠基片是不能实现薄膜外延生长的,因此发展出了缓冲层技术。缓冲层的作用是将晶格不匹配的基片过渡为晶格匹配的基片,从而实现薄膜的高质量外延生长。

②基片的温度。基片温度的高低及均匀性对于薄膜的结构和生长速率等都有明显的影响。鉴于各种材料体系的结构和物理特性的不同,不可能从理论上对基片温度的选择给出统一的指导,只能结合材料本身的特点,从系统的实验中确定基片温度。通常是根据现有资料和经验,设定一个初始基片温度,然后对制备的薄膜进行相关特性测量,如果膜成分和性能不好,就将基片温度升高(或降低)S度,然后重复前面的过程,直至薄膜获得理想的性能参数。当温度确定以后,基片温度如果偏离温度10℃,膜质量就会发生明显变化。研究表明,基片温度的高低将影响膜的晶粒取向,过高的基片温度会引起膜的再蒸发,从而降低激光裁床沉积速率。

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