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25 年的脉冲激光沉积
Journal of Physics D: Applied Physics ( IF 3.1 ) Pub Date : 2013-12-23 , DOI: 10.1088/0022-3727/47/3/030301
Michael Lorenz , M S Ramachandra Rao
Journal of Physics D: Applied Physics ( IF 3.1 ) Pub Date : 2013-12-23 , DOI: 10.1088/0022-3727/47/3/030301
Michael Lorenz , M S Ramachandra Rao
我们很高兴在脉冲激光沉积 (PLD) 25 周年之际介绍这一特刊,PLD 是当今最通用的氧化物薄膜和纳米结构生长技术之一。自发明以来,PLD凭借其能够以相当简单的技术手段生产出各种多元素材料体系的高质量薄膜、多层和异质结构,彻底改变了先进功能氧化物的研究。我们意识到,自 1960 年代第一台红宝石激光器发明后,使用激光通过烧蚀(现在称为 PLD)沉积薄膜就已为人所知。然而,在最初的二十年里,PLD 有点像“睡美人”,每年只有几篇出版物,如下图所示。随着高 T c 超导体研究的出现,当科学家需要生长多组分高 T c 氧化物系统的高质量薄膜时,这种休眠状态突然结束。当大多数常规生长技术都失败时,T (Venky) Venkatesan 发明的 PLD 清楚地证明了新发现的高温超导体 YBa2Cu3O7-δ 可以化学计量沉积为具有 PLD 的高质量纳米薄膜[1]。作为本期特刊的一个显着亮点,Venkatesan 向我们讲述了他对自 1986 年开始的这些特别创新的 PLD 年份的个人回忆 [2]。在 Venky 的第一篇论文 [1] 之后,这项发明的重要性在世界范围内得到了体现,PLD 的出版物数量呈指数级增长,如图 1 所示。 图 1。每年发布的带有标题或主题 PLD 的项目。数据来自 Thomson Reuters Web of Knowledge 于 2013 年 9 月。在 1987 年 Venky 的著名论文 [1] 发表后,PLD 的成功故事始于大约 25 年前的出版物数量突然增加。1994 年,Chrisey 和 Hubler [3] 很快出版了第一本涵盖其基本理解的 PLD 教科书。十年内,大面积 PLD 生长的 YBa2Cu3O7-δ 薄膜在卫星和移动通信微波滤波器中的应用成为现实。可以在 PLD 色域下覆盖的材料系统扩展到几乎所有的氧化物、氮化物甚至有机物。2007 年,Rob Eason 编辑了第二本专门针对 PLD 的教科书 [4],回顾了该方法的许多可能的修改和扩展。为庆祝脉冲激光沉积 25 周年,Venkatesan 在 2013 年组织了一次关于“薄膜和纳米结构的脉冲激光沉积的最新进展”的研讨会 [5]。除了介电、铁电和磁性氧化物之外,宽带隙 II-VI 族半导体 ZnO 是过去十年中研究最深入的化合物之一。因此,该材料已成为欧宝等人和 Tsukazaki 等人在本期中的两个介绍性评论的主题,以展示截至 2013 年在 ZnO 薄膜上开展的最新工作。对生长参数的详细见解控制及其对 ZnO 薄膜性能的影响使这两个评论不仅对专家而且对 PLD 的初学者都具有高度的指导意义。PLD 对工业应用的看法在很大程度上取决于,首先,关于准分子激光器供应商进一步提高激光功率的能力,其次,关于将烧蚀材料均匀分布在技术相关基板区域(直径 8 英寸)上的沉积方案。处理高功率准分子激光器和大面积 PLD 设备的领先公司在这里解释了这些发展,例如 Coherent Laser Systems GmbH、PVD Products, Inc. 和 SolMateS BV。同样重要的是要注意 Blank 所做的努力和 Rijnders 通过原位高压反射高能电子衍射 (RHEED) 对 PLD 的原子层进行控制,目前已被全球许多团体采用。本节最后介绍了用于先进光波导的多光束 PLD 和先进的实验设计方案在缩短新材料优化工作方面的潜力。此外,该问题包含有关其他突出 PLD 活动的原始论文,例如介电 SrTiO3 薄膜、磁性和自旋电子 La1−x Srx MnO3 和多铁性 BiFeO3。以简单钙钛矿SrMoO3和双钙钛矿Sr2CrWO6为例,讨论了PLD中阳离子和阴离子点缺陷的作用及其控制。该薄膜相关部分的最后一篇论文很好地说明了 Ba2TiSi2O8 硅镁石薄膜的原位高温表面平滑化以及理论密度为 100% 的玻璃状硅藻土靶材的生长。PLD 技术的灵活性导致了几种生长纳米结构的方案,这在 PLD 的性质中是独一无二的。Okada 的小组通过改变 ZnO 缓冲层的厚度成功地控制了 ZnO 纳米线的生长密度,并且可以使用激光照射通过干涉现象对纳米壁进行图案化。基于 PLD 的方法进一步用于生长填充密度高达 1011 个粒子 cm-2 的金属纳米粒子等离子体薄膜,以及来自螺旋位错驱动的二维六方堆叠在金刚石基板上的 ZnO 纳米线。总体而言,本期特刊提供了有关 PLD 从简单的实验室生长方法到制造先进氧化物薄膜的可行工业技术的现状、潜力和非凡成功和发展的最新概述。我们感谢所有作者和审稿人为本期特刊做出的贡献。我们谨对编辑团队 Olivia Roche 博士、Dean Williams 和 Colin Adcock 提供的及时帮助表示感谢。参考文献 [1] Dijkkamp D、Venkatesan T、Wu XD、Shaheen SA、Jisrawi N、Min-Lee YH、McLean WL 和 Croft M 1987 使用脉冲激光蒸发从高 T c 块状材料应用 YBaCu 氧化物超导体薄膜的制备。物理。莱特。51 619 [2] Venkatesan T 2014 脉冲激光沉积——发明还是发现?J.物理。D:申请。物理。46 034001 [3] DB Chrisey, GH Hubler, 1994 薄膜脉冲激光沉积(纽约:Wiley) [4] R Eason,2007 薄膜脉冲激光沉积——以应用为导向的功能材料生长(霍博肯,新泽西州:
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更新日期:2013-12-23

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