[发明专利]一种制备薄膜的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求申请日为2008年3月27日，发明名称为“一种制备薄膜的方法(AMethodforFabricatingThinFilms)”的申请No.61/039,883的优先权。本申请要求申请日为2008年10月20日，发明名称为“一种制备薄膜的方法(A Method for Fabricating Thin Films)”的申请No.12/254,076的优先权；该申请要求了申请日为2008年3月27日，发明名称为“一种制备薄膜的方法(A Method for Fabricating Thin Films)”的申请No.61/039,883的优先权。本申请还与申请日为2007年5月10日，发明名称为“沉积结晶氧化钛纳米颗粒和薄膜的方法(Method for Depositing Crystalline Titania Nanoparticles and Films)”的申请No.11/798,114相关，该申请现公开为美国专利申请公开号2008/0187864，并且转让给本发明的受让人。申请61/039,883和11/798,114，以及12/254,076的公开内容在此以其全文形式被结合入本文作为引用。

技术领域

本发明涉及利用脉冲激光进行脉冲激光沉积(PLD)，以在基片上制备薄膜材料。

背景技术

纳米技术是未来科学应用的关键技术之一。在许多纳米科学领域中需要制备和改性纳米材料。脉冲激光沉积（PLD）已被广泛用作生成纳米颗粒，纳米棒，纳米线，以及无机和有机材料的薄膜的制备技术。已经利用PLD成功地生长了高质量的薄膜和各种材料的纳米结构，所述材料例如金属，半导体，绝缘体，和超导体。传统的PLD方法大多采用纳秒脉冲激光，例如准分子激光和Q-开关Nd：YAG激光。在纳秒PLD方法中，所得到的纳米颗粒通常具有从几纳米至几百纳米范围的较宽尺寸分布。该技术的主要缺点包括由于激光熔融靶的飞溅而不可避免地形成非常大的（微米尺寸的）液滴(熔滴)。为了克服液滴形成的问题，已提出用脉冲持续时间在皮秒至飞秒范围的超短脉冲激光作为用于PLD的可替换激光源。近年来，由于商用可得的稳健超短脉冲激光，超短PLD已经引起了广泛的关注。

由于超短脉冲激光提供的非常短的脉冲持续时间和所得到的高峰值功率密度，超短PLD在几个方面上区别于纳秒PLD。第一，烧蚀阈值降低了1-2个数量级。这表示用于烧蚀的总脉冲能量可按相同的数量级减少。例如，通常的纳秒脉冲能量是几百毫焦，而具有微焦脉冲的超短脉冲激光可实现相同水平的烧蚀。第二，热影响区明显减少，这转而提供了高分辨率激光加工的机会并且还减少了材料沉积中的液滴(熔滴)形成。近来，若干理论和实验研究表明超短PLD还可产生纳米颗粒。（参见“Cluster emission under femtosecond laser ablation of silicon”，A.V.Bulgakov，I.Ozerov，和W.Marine，Thin Solid FilmsVol.453,557-561,2004；“Synthesis of nanoparticles with femtosecond laser pulses”，S.Eliezer，N.Eliaz，E.Grossman，D.fisher，I.Couzman，Z.Henis，S.Pecker，Y.Horovitz，M.Fraenkel，S.Maman，和Y.Lereah，Physical ReviewB，Vol.69,144119,2004；“Generation of silicon nanoparticles via femtosecond laser ablation in vacuum”，S.Amoruso，R.Bruzzese，N.Spinelli，R.Velotta，M.Vitiello，X.Wang，G.Ausanio，V.Iannotti，和Lanotte，Applied Physics Letters，Vol.84,4502-4504,2004.）。尤其是，在超短脉冲激光烧蚀中，由于在照射下材料的近临界点的相变而自动生成纳米颗粒，这只能通过超短加热而获得。因此，纳米颗粒和纳米复合材料薄膜（即纳米颗粒组合的薄膜）均可利用超短PLD方法沉积在基片上。