脉冲准分子激光淀积薄膜的试验研究Ξ-强激光与粒子束.PDF

　第 14 卷 　第 5 期 强 激 光 与 粒 子 束 Vol. 14 ,No. 5 　 　2002 年 9 月 HIGH POWER LASER AND PARTICL E BEAMS Sep. ,2002 　 文章编号 (2002) 脉冲准分子激光淀积薄膜的实验研究 刘晶儒 , 　白 　婷 , 　姚东升 , 　李铁军 , 　王丽戈 , 　袁 　孝 , 　王 　晟 , 　叶锡生 ( 西北核技术研究所, 陕西 西安 710024) 　　摘 　要 : 　利用两种脉宽(30ns ,500fs) 的 KrF 准分子激光展开了淀积类金刚石薄膜的实验研究 ,并且成功 地制备了大面积不含氢成分的 HFDLC 薄膜 ,运用时空分辨的等离子体发射光谱诊断系统和离子探针系统研 究了等离子体特性对薄膜性能的影响。尝试了利用准分子激光制备非晶硅薄膜 ,研究了实验参数对非晶硅薄 膜制备的影响 ,并分析了制备具有良好电学和光学性能的非晶硅薄膜的条件。 　　关键词 : 　脉冲激光淀积 类金刚石薄膜 非晶硅薄膜 　　中图分类号 : TN248 　　　　文献标识码 :A ( ) 　　利用脉冲激光淀积各种薄膜 PLD 是八十年代中后期发展起来的薄膜制备技术 ,其主要优点为 :无污染 , 薄膜成分高度保真 ;膜层与衬底结合力强、薄膜质量好 ;工艺简单 ,可在常温下进行等[1 ] 。 ( ) 　　类金刚石薄膜 Diamond Like Carbon ,DLC 具有较高的硬度、耐冲击、耐辐射、耐腐蚀、几乎在全光学波段 [2～4 ] [2 ] 透明等优点 。1985 年 Nagel 等人最先报道用 PLD 方法制备类金刚石薄膜 。我们自 1994 年开始进行相关 研究 , 目前可以淀积红外波段透过率大于90 % 、显微硬度 23 ～80 GPa ,最大面积 70mm ,均匀性优于 5 %的性 能优良的类金刚石薄膜 ,对脉冲激光烧蚀靶过程及产生的等离子体特性也进行了比较系统的研究。 ( α ) 　　非晶硅薄膜 Amorphous Silicon , Si 是目前非晶半导体家族中研究最为广泛深入的代表材料之一。利用 脉冲激光烧蚀法制备非晶硅薄膜是近年来的新尝试[5 ] 。在 1999 年 ,我们探讨了脉冲激光烧蚀法淀积非晶硅薄 膜的实验工作 ,并取得了进展。 1 　脉冲准分子激光淀积薄膜实验系统 Fig. 1 　The schematic diagram of the deposition system 图 1 　实验系统示意图 　　脉冲准分子激光淀积薄膜典型实验系统如图 1 所示 ,主要由真空镀膜室和激光器两部分组成。真空室为 40mm ×40cm 的不锈钢容器 ,极限真空可达 6 ×10 - 5 Pa ;衬底支架是一个特殊设计加工的 XY 可动样品台 ,通 过联接结构由安装在真空室外的可编程步进马达驱动 ,可在真空室中作 ±40mm 二维扫描运动。 　　实验中所用激光器为德国 Lambda Physik 公司生产的 Compex150 T 脉冲准分子激光器 ,工作波长 248nm , 脉冲宽度 25ns ,重复频率最高可达 50Hz ; FAMP 飞秒激光器系统最终输出波长 248nm 、脉宽 500fs 、最大能量 15mJ 的激光脉冲 ,其重复频率在 1～30Hz 可调。激光束经焦距 400mm 的石英透镜