Lazer Biriktirme (PLD)

Vikipedi, özgür ansiklopedi
Atla: kullan, ara

Lazer biriktirme işlemi, vakum çemberi içerisindeki hedefe yüksek güçte lazer tutulması ile gerçekleştirilir. Lazer tutulması, hedefteki malzemenin buharlaşarak, substrat üzerine kaplama yapılabilmesini sağlar. Bu işlem çok yüksek basınçlı vakum ortamlarında veya bir alt gazın bulunduğu ortamda yapılabilir. Örneğin, oksijen, oksit kaplama işlemlerinde kullanılır. Lazer demeti, hedefe ulaştığında, enerji hedef tarafından absorblanarak termal enerjiye çevrilir. Buharlaşma oluşur ve plazma ortaya çıkar. Plazmanın içerisinde çok yüksek enerjili parçacıklar vardır. Bu parçacıklar, sıcak substrat üzerinde birikerek film tabakasını oluşturur.

PLD işlemi 4 evrede gerçekleşir; 1) Lazer ile hedef malzemeyi buharlaştırarak, plazmayı oluşturmak 2) Plazmanın yüksek enerji ile yüklenmesi 3) Kaplanacak yüzeye biriktirmenin başlaması 4) Filmin substrat üzerinde büyümesi Bu evrelerden birincisinin mekanizması şu şekilde işler. Lazer ile yüzeyden atom buharlaştırmak çok kompleks bir işlemdir. Atomların yüzeyden sökülmesi, buharlaştırma ile yapılır. Malzemelerin, lazer demetini yüzeyden ne kadar derine geçirebilecekleri değişkendir. Çoğunlukla bu mesafe 10nm civarındadır. Ortaya çıkan elektronlar, lazer ışınının oluşturduğu manyetik alan içerisinde toplanırlar ve substrat ile hedef arasında enerji geçişine neden olurlar. Hedef yüzeyin enerjisi artar, sıcaklığı artar ve malzeme buharlaşmaya başlar. Plazma içerisindeki sıcaklık 10000K civarındadır.

İkinci evrede, plazma dinamiği, yani buharlaşan malzemenin substrata taşınması gerçekleşir. Plazmanın işlevi 3 adımda gerçekleşir. a) Vakum bölümünde, plazma çok dar ve uzunlamasına yönlenmiştir. Bu evrede, altgazlar ile saçtırma oluşmaz b) Orta bölgede, düşük enerjili parçacıklardan, yüksek enerjili iyonların ayrılması gözlenir. c) Yüksek basınçlı bölgede ise buharlaştırılan malzemenin, difüzyona benzer şekilde, taşındığı ve saçtırıldığı bölgedir. Alt gaz bu bölgede, biriktirilen filmin stokiyometrisini belirler.

Üçüncü evre ise kaplanan filmin kalitesinin belirlendiği ve en önemli olan evredir. Yüksek enerjili parçacıklar hedeften koparılıp, substrat üzerine gönderilirken, bazı parçacıklar yüzeye zarar verebilirler ve filmin kalitesinin bozulmasına yol açabilirler. Substrattan saçtırılan partiküller ve hedeften koparılan atomlar, yoğunlaşma için gerekli toparlanmayı sağlarlar. Yoğunlaşma gerekli seviyeye ulaştıktan ve sıcaklık gerekli değere yükseldikten sonra substrat üzerinde film büyümeye başlar. Dördüncü ve son evrede, filmin büyümesi incelenmiştir. Filmin kristalize büyümesi çeşitli faktörlere bağlıdır. Bunlar, yoğunluk, enerji, buharlaştırılan malzemenin iyonizasyon derecesi ve sıcaklığa bağlıdır. PLD kaplamada, plazma boyutu, sputterlama veya elektron demeti yönteminden daha küçük ve yoğundur. Bu yüksek yoğunluklu plazma bölgesi, filmin düzgünlüğünü arttırır. PLD kaplama bu yüzden en düzgün filmlerin elde edilebildiği kaplama türüdür.

Daha fazla bilgi için: