天博体育中国官方网站大学：分析PLD中的激光目标修改

挑战

DR。赫尔穆特·卡尔（Helmut Karl）是德国天博体育中国官方网站大学（University）的实验物理学教授，他的研究活动包括在纳米级功能氧化物领域担任小组领导者。 Karl博士解释说，复杂的氧化物对他的团队特别有趣，因为它们显示了一系列磁性和电气性能，这些特性可以在高级设备（例如记忆芯片，燃料电池和陶瓷电容器）中利用。 

可以由高质量氧化物的层创建脉冲激光沉积（天博体育中国官方网站），激光脉冲在真空室中蒸发目标表面，然后将发射的材料放在胶带，晶圆或其他底物上。 天博体育中国官方网站过程是一种流行的方法，已经在化学计量的沉积和复杂氧化物和功能异质结构中许多其他材料类别的外延生长方面进行了充分证实。 Karl博士指出，就材料和沉积条件（例如背景氧气）而言，天博体育中国官方网站也是一种非常可靠且通用的技术。 

许多已发表的研究，包括天博体育天博体育中国官方网站官方网站组的一些研究，已经检查了PLD过程的最终结果，即沉积层的组成和物理性质。但是，对过程的初始部分（即激光与目标之间的消融相互作用）的研究较少。因此，Karl博士及其同事决定通过研究如何通过反复接触激光脉冲来解决几种复杂氧化物的单个晶体如何在不同方向和靶标的液体下消融的单个晶体来解决这一差距。为此，已经开发了优化的PLD光束路径，该光束路径在改变激光器的同时保持大小和形状[1]。

解决方案

该团队决定研究脉冲激光消融对单晶（001），（011）和（111）面向的SRTIO3（STO），（STO），（102）方向的Laalo3（LAO3（LAO）（LAO）和（001）方向的Y3Al5O12（Yag）目标。选择单晶是因为已知天博体育中国官方网站生长的层表现出准确的阳离子化学计量法，不太容易出现颗粒碎片形成 - 这通常是多晶固定烧结靶标的问题，并提供了明确定义的初始表面状况。

他们决定在这项研究中使用KRF准分子天博体育中国官方网站器，特别是Acoherent compex205 F以248 nm的波长运行，因为这是许多天博体育中国官方网站研究和工业应用中首选的常用激光。该激光器的脉冲能在750 MJ时相对较高，在低至高空下支撑大面积消融。卡尔解释说：“这个248 nm的准分子激光器和我们的专用光束路径是许多不同氧化物的天博体育中国官方网站的匹配，并提供了光束同质性和高脉冲到脉冲稳定性，我们需要进行有意义的定量研究。”

图1显示了本研究中使用的光学布置的一部分。为了在目标上达到相同的光束条件进行分析，孔径和消灭镜头均保持固定位置，同时使用全射电衰减器来连续调节光圈处的天博体育中国官方网站能量。这允许在恒定天博体育中国官方网站斑点尺寸下从1-6 J/cm2调整目标表面的流体。

结果

有了这种布置，研究人员着手全面评估单晶体靶标在不同流动处的各种短脉冲序列之后的形态，氧损失和裂纹形成。通过原子力，扫描电子显微镜和共聚焦天博体育中国官方网站扫描显微镜对靶表面形态进行成像。电子反向散射分析和能量分散性X射线光谱法被用于分析表面和元素组成的晶体学变化。

该研究揭示了几个有趣的结果。例如，所有材料都表现出数百nm厚的层，该层必须由每个天博体育中国官方网站脉冲定期熔化和重结晶而形成（图2）。大多数材料表现出表面裂纹的方式，表明热冲击不是唯一重要的机制。相反，由于热膨胀而引起的机械应变也起作用。对于某些材料，由于氧气释放而引起的分解是另一个主动机制。

总而言之，团队希望这些新见解可能会导致更好的目标选择天博体育中国官方网站具有基于准分子天博体育中国官方网站脉冲的某些表面图案应用程序的额外奖励。

参考

1。 F. Jung等人，脉冲天博体育中国官方网站消融过程中Crystalline Srtio3，Laalo3和Y3AL5O12的表面演变，应用物理学A卷128，文章编号：750（2022）

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