Диагностика капельной и ионной компонент лазерного эрозионного факела при напылении тонких пленок

• Автор: Хайдуков, Евгений Валерьевич
• Шифр специальности: 05.27.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Шатура
• Количество страниц: 160 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

СОДЕРЖАНИЕ

ГЛАВА 1. ЛАЗЕРНЫЙ ЭРОЗИОННЫЙ ФАКЕЛ И НАПЫЛЕНИЕ ТОНКИХ ПЛЕНОК (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР)

1.1 Лазерная абляция, основные физические процессы образования и разлета эрозионного факела.'

1.2 Модель углового распределения продуктов абляции

1.3 Импульсное лазерное напыление в сравнении с другими методами

1.4 Исследование скоростей разлета компонент факела времяиролетными методами

1.4.1 Времяпролетная масс-спектрометрия

1.4.2 Времяпролетные измерения методом лазерно-индуцированой флюоресценции

1.4.3 Времяпролетная эмиссионная спектроскопия
1.4.4 Метод зонда Ленгмюра
1.4.5 Времяпролетные методы измерения скоростей разлета капель
1.5 Выводы
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА
2.1 Лазер для абляции
2.1.1 Лазер с кратковременной резонансной модуляцией потерь (КРМП)
2.2 Схемы реализации метода импульсного лазерного напыления
2.2.1 Напыление с использованием скоростного механического сепаратора частиц факела
2.2.2 Метод пересекающихся факелов
2.3 Метод осаждения капель на вращающийся диск
2.4 Схемы времяпролетных исследований факела зондом Ленгмюра
2.4.1 Схема исследования эрозионного факела

2.4.2 Схема исследования пучка, образованного пересекающимися
факелами от двух мишеней
2.5 Выводы
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭРОЗИОННОГО ФАКЕЛА ПРИ
ИМПУЛЕСНОМ ЛАЗЕРНОМ НАПЫЛЕНИИ ТОНКИХ ПЛЕНОК
3.1 Исследование динамики разлета микрочастиц при абляции
металлов и полупроводников
3.1.1 Распределение по скоростям капель кремния
3.1.2 Исследование скоростного распределения капель металлов
3.1.3 Угловое распределение капель
3.2 Селекция капель при импульсном лазерном напылении пленок
3.2.1 Скоростная механическая селекция капель при импульсном лазерном напылении пленок
3.2.2 Инерционная селекция капель, метод пересекающихся факелов
3.3 Абляция КРМП-лазером
3.4 Зондовые исследования факела при абляции металлов в вакууме
3.4.1 Скоростное распределение ионов эрозионного факела железа
3.4.2 Зондовые исследования эрозионного факела хрома
3.4.3 Зондовые исследования эрозионного факела при абляции марганца
3.4.4 Зондовые исследования ионной компоненты факела олова
3.4.5 Угловое распределение ионов в эрозионном факеле
3.5 Зондовые исследования лазерного эрозионного факела при абляции кремния
3.6 Управление энергетическим спектром ионов в методе пересекающихся факелов
3.6.1 Зондовые исследования плазменного пучка, сформированного пересекающимися факелами
3.6.2 Угловая зависимость энергетического спектра отклоненного
пучка
3.7 Выводы
ГЛАВА 4. ИМПУЛЬСНОЕ ЛАЗЕРНОЕ НАПЫЛЕНИЕ ТОНКИХ ПЛЕНОК И НАНОРАЗМЕРНЫХ СТРУКТУР
4.1 Напыление тонких пленок ||98п, Бе, Сг, Бі
4.2 Формирование многослойных структур субнанометровых толщин.
4.3 Напыление нанопористых и наноструктурированных
пленок кремния
4.4 Магнитные полупроводниковые материалы на основе кремния
4.5 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ. ПУБЛИКАЦИИ АВТОРА, В КОТОРЫХ ОПУБЛИКОВАНЫ ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ

1.4.3 Времяпролетная эмиссионная спектроскопия.
В ряде работ для измерения скорости и мгновенной концентрации частиц исследовалось временное поведение эмиссионных спектров лазерной плазмы [29, 37, 38]. Эмиссионные спектры отражают концентрацию частиц в возбужденном состоянии, в то время как подавляющее большинство частиц находится в основном или низко лежащих метастабильных состояниях. Поскольку в расширяющейся лазерной плазме условия локального термодинамического равновесия выполняются далеко не всегда, то судить о функции распределения основной массы частиц по эмиссионным спектрам не совсем корректно. Поэтому, методика эмиссионных спектров не всегда дает правильные результаты при определении мгновенной концентрации частиц.
Авторы [33-35] сравнивали характерные формы сигналов ЛИФ атома иттрия и собственной люминесценции плазмы на длине волны X = 542,4 нм на расстоянии /_, = 5 мм. Сигнал спонтанной люминесценции соответствует переднему фронту плазмы, в то время как максимум сигнала ЛИФ достигается значительно позже. Это означает, что использование спонтанной люминесценции позволяет измерить лишь скорости наиболее быстрых частиц, в то время как полный вид функций распределения остается

неопределенным.
Исследование интенсивности спектральных линий имеет большое значение для диагностических целей, так как на их основе удается определить важные параметры плазмы, например, электронную плотность Аге, электронную и ионную температуру (Ге и 7[) [39-42]. Методы определения параметров плазмы, описанные в указанных работах, применимы даже в том случае, когда в плазме нет равновесного ионизационного распределения.
В методе эмиссионной спектроскопии собственное излучение плазменного факела с помощью конденсора направляется в спектральный