Меню
Разработки
Разработки  /  Физика  /  Разное  /  11 класс  /  Лазерный нагрев и получение диэлектрических тонких пленок в вакууме

Лазерный нагрев и получение диэлектрических тонких пленок в вакууме

В работе рассмотрены аспекты лазерного нагрева диэлектрических мишеней импульсным и непрерывным излучением. Дан расчет дифференциального уравнения Фурье и приведены оценки зависимости температуры мишени от мощности излучения.
29.05.2016

Описание разработки

Уникальные свойства лазерного луча, его когерентность, монохроматичность, минимальная расходимость, управляемость позволили использовать его достоинства практически во всех областях деятельность человека. В самом деле, сверхтонкие операции микрохирургии глаза и общей хирургии, нанотехнологии, строительстве, геодезии, микроэлектроники.

Мощные лазеры нашли применение во многих технологиях машиностроения и военном деле. Ни один природный и даже искусственный источник излучения не дает таких плотностей мощности и энергии, как это реализовано в лазерах.

Сфокусированный солнечный луч дает плотность мощности всего 10 Вт/см2. Электронный луч после фокусировки дает величину - 108 Вт/см2. Яркость, или светимость, лазерного луча в миллионы раз ярче солнечного света, а плотности мощности для непрерывных лазеров это - 1010 Вт/см2, а для импульсных лазеров это - 1018 Вт/см2, при этом расходимость луча от прямолинейности составляет единицы миллирадиан, опять же, недостижимых в других видах излучения.

В результате, лазерный луч может почти все: плавить, испарять, резать, сваривать, легировать, закалять и термоупрочнять инструменты, сверлить микроотверстия, производить подгонку параметров микроэлементов, стимулировать физико-химические процессы и реакции, разделять изотопы, наконец, участвовать в решении проблемы управляемого термоядерного синтеза. Серьезным преимуществом метода лазерного напыления является размещение испарителя вне вакуумной камеры.

Это, с одной стороны, упрощает технологию, а, с другой стороны, позволяет проводить напыление в условиях сверхвысокого вакуума, что для электронно-лучевого напыления является проблемой. В зависимости от поставленной задачи применяют режимы импульсного или непрерывного испарения мишени. Импульсное лазерное напыление (ИЛН) характеризуется достоинствами:

- в отличие от резистивного испарения, лазерный луч непосредственно воздействует на мишень, избегая тем самым загрязнений пленок веществами самого резистивного испарителя;

Лазерный нагрев и получение диэлектрических тонких пленок в вакууме

- возможность испарять самые тугоплавкие материалы, так как температура на мишени может достигать несколько тысяч градусов, Это обстоятельство позволяет получать стехиометрические покрытия, в виду того, что при таких высоких температурах компоненты вещества мишени испаряются конгруэнтно, т.е. одинаково;

- высокие мгновенные скорости напыления позволяют формировать беззародышевые сплошные мономолекулярные пленки, близкие по своим параметрам к пленкам, полученных способом молекулярно-пучковой эпитаксией.

Одним из объяснений этого факта считается, что при импульсном частотном режиме за время между импульсами скорости миграции адатомов не хватает для образования зародыша и на подложку успевают адсорбироваться новые адатомы;

- контролируемое нанесение отдельных слоев в каждом импульсе толщиной от 0,1 до 10 Å/с, позволяет автоматизировать процесс напыления воспроизводимых пленок;

Выбор режима напыления определяется материалом мишени и назначением покрытия. В настоящее время существует большая номенклатура типов и режимов лазерных систем. На практике чаще используются иттрий-алюминиевые (𝛌 = 1.06 мкм) и газовые СО2 – лазеры (𝛌 = 1.06 мкм) в импульсном и непрерывном режимах. Лазеры с короткими импульсами менее 10 нс и острой фокусировкой дают плотность мощности излучения на мишени

более 1010 Вт/см2 позволяют получать наноструктуры, типа сверхрешеток. Эксимерные газовые лазеры позволяют обрабатывать поверхности разной природы, испаряя верхний атомный и молекулярный слой в результате действия ударной волны, без нагревания материала. Длины волн лазеров на основе инертных газов, фтора и хлора от 157 нм до 351 нм. Частоты от 1 до 300 Гц.

Средняя мощность современных эксимерных лазеров до 400 Вт и длительность импульсов от 10 до 70 нс. Эти характеристики эксимерных лазеров позволяют использовать их в получении молекулярных пучков для эпитаксиального роста сверхтонких пленок. Эффективность испарения материала мишени можно определить как отношения испарившейся массы к энергии отдельного импульса.

Так в режиме миллисекундных импульсов имеем около 0,1 мг/Дж, а в режиме наносекунд – 0,01 мг/Дж.

Весь материал - в документе.

-80%
Курсы повышения квалификации

Организация и сопровождение олимпиадной деятельности учащихся

Продолжительность 72 часа
Документ: Удостоверение о повышении квалификации
4000 руб.
800 руб.
Подробнее
Скачать разработку
Сохранить у себя:
Лазерный нагрев и получение диэлектрических тонких пленок в вакууме (0.5 MB)
0
346
72

Комментарии 0

Чтобы добавить комментарий зарегистрируйтесь или на сайт