真空环境下脉冲激光烧蚀等离子体羽流特性分析

激光清除空间碎片利用的是高能脉冲激光烧蚀固体靶材的冲量耦合效应,对于空间碎片来说,激光辐照下的反冲冲量取决于碎片等离子体羽流的喷射过程,并且会随着激光辐照方向的变化而变化。因此,有必要研究空间碎片激光辐照下的等离子体羽流特性。针对等离子体羽流的流场超高速、瞬态、强自发光背景、小尺度的技术难点,采用纳秒级曝光、多幅照片精确拼接技术,采用高速相机和激光器同步时序控制技术,实现纳秒级时间分辨率、亚微米级空间分辨率的流场演化信息定量测量,实验获得典型碎片材料等离子体羽流演化特性,以及不同激光入射角度下的等离子体羽流演化过程,实验结果可揭示反喷冲量形成规律。     

脉冲激光制备ZnO薄膜烧蚀过程中的温度演化

为了研究脉冲激光烧蚀氧化锌靶材的整个过程,给出脉冲激光作用块状靶材的烧蚀模型.从包含热源项的导热方程出发,利用适当的动态边界条件,详细研究了靶材在熔融前的温度分布规律.结果表明,靶材熔融前,在固定位置,温度随时间推移而升高,且距离靶面越近,变化率越大.在同一时刻不同位置,温度随着热扩散距离增加而下降;并采用精确解与积分近似法相结合的方案,给出熔融后固液两相的温度分布与时间和位置的变化关系.液相的温度梯度随扩散距离增加而下降,在距烧蚀面0.5μm之内,温度梯度很大;在0.5μm后面的部分,温度变化就很缓慢;固相的温度变化较为复杂.     

脉冲激光烧蚀沉积ZnSe薄膜的研究

用 2 48nm的KrF准分子脉冲激光烧蚀ZnSe靶材沉积ZnSe薄膜。靶采用多晶ZnSe片 ,衬底采用抛光GaAs(10 0 )。衬底预处理采用化学刻蚀和高温处理。原子力显微镜 (AFM )观察显示在GaAs(10 0 )沉积的ZnSe薄膜的平均粗糙度为 3～ 4nm。X射线衍射 (XRD)结果表明ZnSe薄膜 (4 0 0 )峰的半高宽 (FWHM)为 0 4°～ 0 5°。对激光烧蚀团束的四极质谱分析表明烧蚀团束主要由Zn ,Se和 2Se组成 ,并由此推断ZnSe薄膜的二维生长模式。     

低真空中脉冲激光烧蚀凹腔的实验分析

在低真空条件下,利用Nd:YAG激光器产生的波长532nm、脉宽4.4ns的脉冲激光聚焦在置于低真空中的于钢铁样品,分析了激光作用后形成的凹腔形貌与激光能量密度、脉冲个数的关系。结果显示,凹腔的直径和深度随激光能量密度及脉冲个数的增大而增加,并且在能量密度小于20GW/cm~2及脉冲个数小于100的情况下凹腔的直径和深度增幅更为明显,反之,其增加趋势变缓。     

激光烧蚀法制备纳米银胶体及其特征研究

利用Nd：YAG激光器1064nm激发光照射金属Ag表面，通过控制光照时间，制备出纳米金属Ag胶体。利用透射电子显微镜(TEM)，对胶体Ag粒子的尺寸及形态进行观测表明，这些胶体为粒径介于5—35nm的纳米体系，并对其进行了紫外—可见吸收光谱的研究。对经过激光照射后的金属Ag表面进行了扫描电镜(SEM)及原子力显微镜(AFM)的测量结果显示，该表面的组糙度平均为60nm。     

掺铒对激光烧蚀制备纳米硅晶薄膜形貌的影响

在2×10-4 Pa真空下，采用XeCl准分子激光器(波长308 nm)，调整激光单脉冲能量密度为3 J/cm2，交替烧蚀高纯单晶硅(Si)靶和铒(Er)靶，通过调整辐照两靶的激光脉冲个数比来控制掺Er浓度，分别在Si衬底和石英衬底上制备了掺Er非晶Si薄膜。在N2气保护下经高温热退火实现纳米晶化，退火时间为30 min。采用扫描电子显微镜(SEM)观察所得到的样品的表面形貌显示，铒掺杂影响着薄膜的表面形貌，与不掺Er情况相比，掺入适量的Er可以在较低的退火温度下得到晶粒尺寸分布更均匀的薄膜;拉曼谱的测量结果表明，在相同的退火温度下，Er的掺入有利于晶粒的长大，但同时降低了薄膜的晶化度，掺Er非晶Si薄膜要实现完全晶化需要更高的退火温度。     

脉冲激光纳米薄膜制备技术

脉冲激光薄膜沉积（ＰＬＤ）是近年来受到普遍关注的制膜新技术。简要介绍了该技术的物理原理;探讨了脉冲激光沉积制膜的物理过程,激光作用的极端条件及等离子体羽辉形成的控制对薄膜成长的影响;评价了脉冲激光沉积技术在多种功能材料薄膜,特别是纳米薄膜及多层结构薄膜的制备方面的特点和优势,结合自行研制的设备,介绍了在ＰＬＤ基础上发展起来的兼具分子束外延（ＭＢＥ）技术特点的激光分子束外延技术（Ｌ－ＭＢＥ）,指出脉冲激光沉积技术在探讨激光与物理相互作用和薄膜成膜机理方面的作用,尤其是激光分子束外延技术在高质量的纳米薄膜和超晶格等人工设计薄膜的制备上显现出的巨大潜力。     

超短脉冲激光烧蚀金属薄膜材料的热效应分析

基于双曲双温两步热传导模型,利用具有人工粘性和自适应步长的有限差分算法,对超短脉冲激光辐照金膜时的温度场进行了一维数值模拟计算.讨论了不同能量密度和脉冲宽度条件下金膜表面温度场的分布情况;分析了电子-晶格耦合系数对薄膜体内温度场的变化规律及电子-品格耦合至热平衡所需时间的影响.结果表明,激光脉冲的能量密度和脉冲宽度对电子温度的峰值有重大影响;电子-晶格的耦合系数决定了二者的温升速率和耦合时间;电子温度及电子温度的梯度在接近表面区域迅速达到最大值,与之相应的热电子崩力是造成金属薄膜早期力学损伤的主要原因.     

脉冲激光制备ZnO压敏电阻薄膜

利用脉冲激光沉积技术，在光学玻璃基片上制备了性能良好的ＺｎＯ压敏多晶薄膜，其非线性系数ａ≥６，压敏转折电压约３．５Ｖ。     

环境气压对脉冲激光烧蚀沉积纳米Si薄膜表面粗糙度的影响

薄膜表面粗糙度是表征薄膜质量的重要指标,为了探求环境气压对脉冲激光烧蚀沉积纳米Si薄膜表面粗糙度的影响,采用XeCl脉冲准分子激光器,分别在惰性气体氦气和氩气的不同气压环境下烧蚀沉积了纳米Si薄膜,用Tencor Instruments Alpha-Step 200台阶仪对相应薄膜的表面粗糙度进行了测量.结果表明,薄膜表面粗糙度开始随着气压的增大而逐渐增加,在达到一最大值后便随着气压的增大而减小.由不同气体环境下的结果比较可以看出,充氩气所得Si薄膜表面粗糙度比充氦气的小,最大粗糙度强烈地依赖于气体种类.对于原子质量较大的氩气而言,其最大粗糙度仅比低气压时高出11%,而对于原子质量较小的氦气来说,其最大粗糙度比低气压时高出314%.     

脉冲准分子激光PZT薄膜的制备

本实验采用脉冲准分子激光沉积（ＰＬＤ）法，在１９３ｎｍ波长，５Ｈｚ频率，４Ｊ／ｃｍ２能量密度条件下，分别在Ｓｉ（１００）和ＳｉＯ２／Ｓｉ衬底上成功地沉积Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３（ＰＺＴ）薄膜，并在不同的条件下对ＰＺＴ薄膜进行退火处理。用ＸＲＤ，ＲＢＳ，ＡＳＲ等方法分别测量了薄膜的结构、组份和厚度。     

激光晶化制备多晶硅薄膜技术

激光晶化是一种制作晶硅薄膜器件(如薄膜晶体管、太阳能电池)很有效的技术.展望了低温多晶硅薄膜的应用前景,详细介绍了近几年激光晶化制备多晶硅薄膜技术的研究成果,并就激光对非晶硅作用的原理作了简单讨论.     

高重复频率脉冲激光材料烧蚀的准真空环境效应

为了说明高重复频率脉冲激光材料烧蚀时准真空环境效应的存在,对比不同重复频率的激光脉冲对钢材料的烧蚀率与不同气压环境中的烧蚀率,提出准真空环境效应是平均烧蚀率随脉冲重复频率的提高显著增加的主要原因.将激光脉冲作用形成的准真空环境分为激光等离子体冲击波存在时的准真空环境和激光等离子体冲击波消散后的准真空环境两个时间段,模拟计算和分析了激光作用区周围环境气体密度分布及准真空环境持续时间.实验结果表明,在激光脉冲作用后的几百微秒内,激光烧蚀区周围会存在准真空环境,若后续脉冲在此时间范围内作用于材料,会产生类似于在真空环境中烧蚀的高烧蚀率.     

脉冲激光烧蚀法制备Ag纳米粒子胶体

为了研究激光参数对Ag纳米粒子胶体的影响,采用不同重复率和能量密度的脉冲激光对蒸馏水中的Ag靶烧蚀10 min来制备Ag纳米粒子胶体.通过透射电镜(TEM)和紫外-可见(UV-Vis)分光光度计分析了Ag纳米粒子胶体的大小、形貌和吸收光谱,同时由Image-ProPlus软件分析计算了粒子的平均粒径及其分布.结果表明,由重复率为10 Hz,能量密度为4.2 J/cm2的脉冲激光烧蚀10 min后制备的Ag胶体纳米粒子平均粒径最小(D=17.54 nm),粒径分布最窄(δ=36.86 nm),且形貌较均匀.从而证实了通过调节激光参数来控制纳米粒子尺寸和形貌的可行性.另外,在实验基础上,应用熔化生长"与爆炸"模型讨论了激光烧蚀工艺参数对Ag纳米粒子胶体的影响规律.     

激光物激光烧蚀法制备铁电和压电薄膜

本文叙述用激发物光辉烧蚀法沉积几种铁电和压电薄膜的制备法和性能，并介绍了这种些薄膜在微电子学器件和微波声学器件方面的应用。     

脉冲激光沉积法制备氧化锌薄膜

ZnO是一种新型的Ⅱ-Ⅵ族半导体材料,具有优良的晶格、光学和电学性能,其显著的特点是在紫外波段存在受激发射。利用脉冲激光沉积法(PLD)在氧气氛中烧蚀锌靶制备了纳米晶氧化锌薄膜,衬底为石英玻璃,晶粒尺寸约为28-35 nm。X射线衍射(XRD)结果和光致发光(PL)光谱的测量表明,当衬底温度在100-250℃范围内时,所获得的ZnO薄膜具有c轴的择优取向,所有样品的强紫外发射中心均在378-385 nm范围内,深能级发射中心约518-558 nm,衬底温度为200℃时,得到了单一的紫外光发射(没有深能级发光)。这归因于其较高的结晶质量。     

脉冲激光沉积法制备红外光学SiC薄膜特性研究

采用脉冲激光沉积法在锗基底制备无氢SiC薄膜,研究了激光能量对SiC薄膜显微结构、成分和红外光学性能的影响规律。利用傅里叶红外光谱仪测量了锗基底SiC薄膜样品的红外透射光谱,其在785 cm-1附近有一个强烈Si-C键特征吸收峰,并在红外波数4 000~1 300 cm-1之间具有良好的透过性。通过对透射光谱拟合计算可知:在红外波段2.5~7.7 m之间,SiC薄膜的折射率和消光系数均随着激光能量的增加而增大,折射率大约从2.15上升到2.33,激光能量从400 mJ增加到600 mJ,且当激光能量为400、500 mJ时,消光系数均在10-3量级以内,光学吸收很小。研究表明,SiC薄膜在红外2.5~7.7 m波段是一种优异的光学薄膜材料。     

WS_x薄膜的脉冲激光沉积可控制备

采用脉冲激光沉积法(PLD)在单晶硅基底上制备了WSx固体润滑薄膜。利用X射线能谱仪(EDS)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)对薄膜的成分、形貌和微观结构进行了分析,采用球盘式磨损试验机在大气(相对湿度为50%～55%)环境下评价薄膜的摩擦学特性。结果表明:薄膜中S和W的原子数分数比(简称S/W比)在1.05～3.75之间可控,摩擦系数为0.1～0.2;S/W比高于2.0时薄膜成膜质量和摩擦系数显著恶化。正交试验法得出影响薄膜S/W比的因素主次顺序分别是气压、温度、靶基距和激光通量;最优工艺参数是温度150℃、靶基距45mm、激光通量5J/cm2、气压1Pa,可获得结构致密、成分接近化学计量比的WSx薄膜。     

多晶硅薄膜的新型激光晶化制备方法

采用两步激光晶化方法制备了多晶硅薄膜 ,其晶粒尺寸为 1.1μm,比用传统单步晶化制备的薄膜晶粒尺寸大 ,表明该方法对扩大晶粒尺寸很有效。拉曼光谱分析表明 0 .30 J/ cm2晶化的薄膜结晶程度已很高