펄스 레이저 증착 기술 및 파라미터 이해

펄스 레이저 증착은 레이저 파라미터와 가스 환경을 제어하여 고품질의 박막을 합성합니다.

### 펄스 레이저 증착의 이해: 기술 및 파라미터
* 🔬 펄스 레이저 증착(PLD)은 **고강도 펄스 레이저**를 사용하여 다양한 재료로부터 박막을 합성하는 데 사용되는 물리적 기상 증착 기술입니다.
* 🌌 레이저가 대상 물질과 상호작용하면 **원자, 분자, 이온, 전자로 구성된 발광 플라즈마 기둥**을 생성하며, 여기에는 더 큰 입자도 포함될 수 있습니다.
* 📏 두께와 거칠기 등 증착된 필름의 품질과 특성은 **타겟과 기판 사이의 거리와 레이저 파라미터**에 따라 크게 달라집니다.
* ⚡ 여기 메커니즘은 **펄스 지속 시간에 따라 달라지며**, 짧은 펄스는 정전기 제거로 이어지고 긴 펄스는 열 제거로 이어져 필름의 특성에 영향을 미칩니다.
* 🌡 증착 시 가스 환경과 압력은 필름 성장 속도와 결정성에 중요한 역할을 하는데, **금속 산화물은 일반적으로 산소가 필요**하고 **질화물은 질소가 필요**합니다.
* 💨 도착하는 입자의 운동 에너지는 가스 압력의 영향을 받는데, **낮은 압력은 필름 품질을 향상**시킬 수 있지만 **과도한 압력은 저밀도 비정질 필름**으로 이어질 수 있습니다.
* 🔥 또한 증착 중 기판 온도는 결정성에 영향을 미치며, 일반적으로 **온도가 높을수록 결정 구조가 촉진**됩니다.
* 📺 이러한 개념에 대해 더 자세히 알아보려면 **동영상 설명을 확인**하고 **캡틴 코로스의 더 많은 콘텐츠를 구독**하는 것이 좋습니다.

hello science enthusiasts. You are watching a Captain Corrosion video about pulsed laser deposition at a position where you will learn the basics of this technique and how different the position parameters affect the process. So, let's start with the basics. Pulsed laser deposition is a physical vapor deposition technique that allows synthesizing thin films of a variety of materials. In pulsed laser deposition, electromagnetic radiation from a high-intensity pulsed laser is used as an energy source to evaporate a solid or liquid starting material, which is called a target. This laser is aimed at the target material, where the beam interacts with the surface and creates a luminous plasma plume. The plume itself consists of atoms, molecules, ions, and electrons. However, in some cases, larger particulates and molten globules of material can be ejected from the target during evaporation. Some of the extracted material is then deposited on the growth substrate, forming a uniform film that has the desired composition, structure, roughness, and thickness. The deposition process is carried out either in a vacuum or at a low gas pressure.

environment, which is achieved with the help of vacuum pumps and vacuum gorges that are connected to the deposition chamber. A gas environment of the desired pressure and composition can be created inside the chamber to tune the properties of the deposited films. Most importantly, however, the thickness, crystallinity, roughness, composition, and other properties of the deposited film depend on the parameters used for carrying out the process. For instance, the amount of deposited material for surface area unit obviously depends on the distance between the target and the substrate. If the distance is greater, then less material is deposited; however, the film might also have a higher quality as the energetic properties of evaporated material. The growth substrate often shows optimum or sweet spot where the growth of high-quality film is encouraged. The intensity, wavelength, and length of the laser pulses also have a significant effect on the excitation mechanism that takes place on the target surface. For instance, using a laser with short pulses shorter than 1 picosecond, electrostatic ablation occurs, in which case the electrons that

hold the material together are excited so fast that they leave the material, resulting in an explosion of the small amount of target surface. When nanosecond or longer laser pulses are used, then the electronic excitations have time to relax, and the energy is transferred to lattice vibrations of the target. This is causing a fast heating of the surface and evaporation of the target material, which is called the thermal ablation mechanism. If longer pulses are used, then most of the impingement laser falls is absorbed by the plasma plume, which further energizes the freshly created plasma. In either case, the interaction of laser pulse and the target material results in a highly energetic plasma plume, which is directed away from the target surface. It should also be noted that only a small amount of matter from the very top layer of the target is excited and extracted during each pulse. This means that the deposition process is rather slow, but on the other hand, it also allows obtaining films that have a very high quality. In addition, this

enables fine control over the thickness of the growing film. The pulsed laser deposition process can be carried out in various gas environments at different pressures. This is important because the pressure of the gas has a significant effect on the film growth rate, crystallinity, and stoichiometry. For instance, the deposition of metal oxides is normally carried out in the presence of oxygen to ensure that enough oxygen is bound to the metal. The deposition of nitrides, on the other hand, should be carried out in the presence of nitrogen. It should also be noted that the kinetic energy of the particles arriving on the growth substrate depends on the pressure of the gas in the chamber. Using background gases reduces the kinetic energy of the particles and allows obtaining films with high crystallinity at lower pressures. The extracted particles are not slowed down, and they hit the substrate with a higher energy. This may cause localized damage and sputtering of the previously deposited film. However, when the gas pressure is too high, then the energy of

the atoms arriving on the growth substrate is not high enough to allow the formation of an ordered crystal structure. The resulting film may be with low density and amorphous, which in some cases may be the actual goal. Anyhow, the crystallinity of the ground films also depends strongly on the temperature of the substrate. Films deposited at higher temperatures are normally crystalline, while films made at lower temperatures are rather amorphous. Thank you for watching our video about full stage at the position. Students and educators can find more information in the video's description. And if you want to see more similar content in the future, like this video and subscribe to the Captain Corrosion Guild of Channel. [Music] [Music] You

Pulsed Laser Deposition PLD Explained With Animations

Captain Corrosion

펄스 레이저 증착은 고강도 펄스 레이저를 사용하여 대상 물질을 증발시켜 박막을 합성하는 기술입니다.

이 공정은 원자와 분자를 방출하는 플라즈마 기둥을 생성한 다음 성장 기판 위에 증착하여 균일한 필름을 형성합니다.

필름의 특성은 대상과 기판 사이의 거리, 레이저의 강도, 파장 및 펄스 지속 시간과 같은 매개 변수에 의해 영향을 받습니다.

레이저 펄스는 지속 시간에 따라 재료 폭발 또는 열 제거를 일으킬 수 있습니다.

나노초 펄스는 전자 여기와 격자 진동을 일으켜 대상 물질을 빠르게 가열하고 증발시킵니다.

더 긴 펄스는 플라즈마 기둥에서 에너지를 흡수하여 고에너지 플라즈마를 생성하여 타겟에서 멀어지게 하여 느리지만 고품질의 증착 공정을 가능하게 합니다.

펄스 레이저 증착 공정은 박막 두께를 정밀하게 제어할 수 있으며 다양한 가스 환경과 압력에서 수행됩니다.

가스 압력은 필름 성장률, 결정도, 화학량론에 큰 영향을 미치며, 산소와 질소는 각각 금속 산화물과 질화물 증착에 결정적인 영향을 미칩니다.

배경 가스는 입자 운동 에너지를 감소시켜 낮은 압력에서 결정성을 높일 수 있지만 과도한 가스 압력은 증착된 필름의 국부적인 손상과 스퍼터링을 유발할 수 있습니다.

기판 온도가 필름 결정성에 미치는 영향

성장 기판에 원자가 도착하면 정렬된 결정 구조의 형성에 영향을 미쳐 저밀도 및 비정질 필름이 생성됩니다.

필름의 결정성은 기판 온도에 의해 크게 영향을 받으며, 온도가 높을수록 결정성이 촉진되고 온도가 낮을수록 비정질 필름이 생성됩니다.

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