脉冲激光沉积梯度掺杂复合金属薄膜

摘要

梯度掺杂薄膜因渐变的物理、化学组分而具有渐变的有用物理、机械等结构性能,成为新材料开发的研究热点.该论文研究了用脉冲激光沉积技术在Si(100)基片上沉积金属掺杂薄膜的工艺过程,并对制得薄膜进行了微观生长结构和组分分析.对激光一金属靶材作用微观机理给出了阐述,用蒙特卡罗方法模拟了质量数相差较大的二元组分金属靶粒子在真空背景中的输运过程.用脉冲激光对Ag、Mg、Al、Cu等靶材依次作用,发现其沉积率依次降低,发现纯金属靶要求有较高的脉冲激光能量才可以有较高的沉积速率、膜厚并不随沉积时间而线性增加.研究了激光-金属靶作用的微观机理和温度非平衡机制.用蒙特卡罗方法模拟了质量数相差较大的Ag和Al二元金属靶粒子在真空背景中的输运过程,得出了等离子体的宏观统计物理量.整个研究基于脉冲激光双光束—双靶沉积掺杂薄膜的思想进行.我们认为只要单脉冲的能量足够高且可控制,则两个光束作用于不同靶材可以实现理想掺杂,使新型薄膜开发和薄膜材料掺杂改性的进程简化.

目录

文摘

英文文摘

1绪论

1.1功能梯度薄膜材料概念的提出

1.2脉冲激光沉积技术在制备功能梯度薄膜材料方面的应用和进展

1.3薄膜制备中掺杂技术的意义

1.4主要研究内容

2脉冲激光沉积薄膜机理研究

2.1脉冲激光沉积薄膜原理及所采用的装置

2.2薄膜的生长机理

2.3脉冲激光沉积薄膜的准备

2.4脉冲激光沉积技术参量的优化设置

3实验研究

3.1单光束-单靶沉积薄膜实验

3.2双光束-双靶沉积薄膜实验

3.3单束激光沉积金属梯度掺杂复合薄膜实验

3.4小结

4理论分析和数值计算

4.1引言

4.2激光-固体作用涉及到的复杂物理过程和机制

4.3激光-靶材作用时靶材表面温度的动力学非平衡描述

4.4二元金属靶材在真空下的沉积模拟研究

4.5小结

5总结

致谢

参考文献

附录1攻读硕士学位期间发表的论文目录