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Die Herausforderung

박사. Helmut Karl은 아우크스부르크 대학(독일)의 실험물리학 교수이며, Gruppenleiter auf dem Gebiet der nanoskaligen funktionalen Oxide tätig ist에 참여하고 있습니다. Karl erklärt 박사, dass komplexe Oxide für sein Team besonders interessant sind, weil sie eine Reihe von Magnetischen und elektrischen Eigenschaften aufweisen, die in fortschrittlichen Geräten wie Speicherchips, Brennstoffzellen und Keramikkondensatoren genutzt werden können. 

Schichten aus hochwertigen Oxiden können durchdie gepulste Laserabscheidung(PLD)erzeugt werden. Dabei verdampfen Laserpulse die Oberfläche eines Targets in einer Vakuumkammer und das Emtierte Material lagert sich dann auf einem Band, Wafer oder anderen Substraten ab. Das PLD-Verfahren ist eine beliebte Methode, die sich bereits für die stöchiometrische Abscheidung und das epitaktische Wachstum von komplexen Oxiden und vielen anderen Materialklassen in funktionalen Heterostrukturen bewährt hat. Karl merkt an, dass PLD auch eine außerordentlich zuverlässige und vielseitige Technik ist, sowohl was die Materialien als auch die Ablagerungsbedingungen (z. B. den Hintergrundsauerstoffdruck) angeht. 

Zahlreiche veröffentlichte Studien, darunter auch einige von der Augsburger Gruppe, haben die Endergebnisse des PLD-Prozesses untersucht, nämlich die Zusammensetzung und diephysikalischen Eigenschaften der abgeschiedenen Schichten. Die Untersuchung des ersten Teils des Prozesess, d. 시간. der abtragenden Wechselwirkung zwischen dem Laser und dem Targetobjekt, stand jedoch bisher weniger im Mittelpunkt. Karl und seine Kollegen beschlossen daher, diese Lücke zu schließen, indem sie untersuchten, wie Einkristalle verschiedener komplexer Oxide unter verschiedenen Orientierungen und On-Target-Fluenzen durch wiederholte Bestrahlung mit Laserpulsen abgetragen wurden. Zu diesem Zweck wurde ein optimierter optischer PLD-Strahlengang entwickelt, der die Größe und Form beibehält, während die Laserfluenz verändert wird [1].

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Das Team beschloss, die Auswirkungen der gepulsten Laserablation auf einkristalline (001), (011) und (111) orientierte SrTiO3 (STO), (102) orientierte LaAlO3 (LAO) und (001) orientierte Y3Al5O12 (YAG) zu untersuchen을 대상으로 합니다. Wir haben uns für Einkristalle entschieden, weil die PLD-gewachsenen Schichten bekanntermaßen eine genaue Kationenstöchiometrie aufweisen, weniger anfällig für die Bildung von Partikeltrümmern sind – was bei polykristallinen gesinterten Targets oft das Problem ist – und eine Gut definierte anfängliche Oberflächenbedingung bieten.

Sie entschieden sich für die Verwendung eines KrF-Excimerlasers, genauer gesagt eines바카라 카지노 COMPex205 F, der bei einer Wellenlänge von 248 nm arbeitet, da dies ein häufig verwendeter Laser ist, der in vielen PLD-Forschungs- und Industrieanwendungen bevorzugt wird. Pulsenergie 다이 레이저는 750mJ relativ hoch und ermöglicht eine großflächige Ablation bei niedrigen bis hohen Fluenzen에 적합합니다. Karl erklärt: "Dieser 248-nm-Excimerlaser und unser spezieller Strahlengang haben sich für die PLD von vielen verschiedenen Oxiden bewährt und bieten die Strahlhomogenität und hohe Puls-zu-Puls-Stabilität, die wir für aussagekräftige Quantitative Studien 베노티겐.”

Abbildung 1 zeigt einen Teil der in dieser Studie verwendeten optischen Anordnung. Um die gleichen Strahlbedingungen auf dem zu analyzesierenden Objekt zu erreichen, wurden sowohl die Apertur als auch die Demagnifikationslinse in einer festen Position gehalten, während ein dielektrisches Dämpfungsglied verwendet wurde, um die Laserenergie an der Apertur 콘티뉴에리히 안즈파센. Dadurch konnten die Fluenzen an der Targetoberfläche von 1-6 J/cm2 bei konstanter Größe des Laserspots eingestellt werden.

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Mit dieser Anordnung wollten die Forscher die Einkristalltargets hinsichtlich Morphologie, Sauerstoffverlust und Rissbildung nach verschiedenen kurzen Pulssequenzen mit unterschiedlichen Fluenzen umfassend bewerten. Die Oberflächenmorphologie des Targets wurde mittels Rasterkraft-, Rasterelektronenmikroskopie und konfokaler Laser-Scanning-Mikroskopie abgebildet. Die kristallographischen Veränderungen der Oberfläche und die elementare Zusammensetzung wurden mit Hilfe der Elektronenrückstreuungsbeugung und der energiedispersiven Röntgenspektroskopie analyzer.

Die Studie ergab mehrere interessante Ergebnisse. Zum Beispiel wiesen alle Materialien eine mehrere hundert Nanometer Dicke Schicht auf, die durch periodisches Schmelzen und Rekristallisation durch jeden einzelnen Laserpuls entstanden sein muss(Abbildung 2). Die meisten Materialien wiesen Oberflächenrisse auf, was darauf hindutet, dass der Thermoschock nicht der einzige wichtige Mechanismus ist. Vielmehr spielt auch die mechanische Belastung durch die thermische Ausdehnung eine Rolle. Und bei einigen Materialien ist die Zersetzung durch die Freisetzung von Sauerstoff ein weiterer aktiver Mechanismus.

Zusammenfassend hofft das Team, dass diese neuen Erkenntnisse zu einer besseren Auswahl der Targetobjekte fürPLDführen können, mit dem zusätzlichen Vorteil, dass die Leistung bestimmter Anwendungen zur Oberflächenstrukturierung, die auf Excimer-Laserpulsen basieren, verbessert werden kann.

Referencenzen

1. F. Jung 외, 펄스 레이저 절제 중 결정질 SrTiO3, LaAlO3 및 Y3Al5O12 타겟의 표면 진화, Applied Physics A Volume 128, 기사 번호: 750(2022)  https://doi.org/10.1007/s00339-022-05805-5

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