Gepulste Laserdeposition (PLD)

PLD-410-021 KIT
gepulste Laserdeposition

Die gepulste Laserdeposition (pulsed laser deposition, PLD) ist eine physikalische Methode zur Schichtabscheidung aus der Gasphase und findet i.A. im Vakuum statt. Vorteile der PLD sind die große Flexibilität der Ausgangsmaterialien, der stöchiometrische Übertrag des Materials und mögliche Abscheidebedingungen fern des thermodynamischen Gleichgewichts.

Bei der PLD trifft ein hochenergetischer, gepulster (ca. 10-25 ns) und gebündelter Laserstrahl geeigneter Wellenlänge auf ein Target mit der gewünschten bzw. benötigten Zusammensetzung, wobei es sich meist um stöchiometrische Sinter- oder Schmelzkörper, vereinzelt auch Einkristalle handelt. Auch die alternierende Deposition von mehreren Einzelelement-Targets ist möglich. Das Auftreffen des Laserstrahls führt zur stark lokalen Erhitzung und Ablation des Targetmaterials und schließlich zur Ausbildung einer Plasmakeule, die sich nahezu senkrecht zur Targetoberfläche in Richtung eines geheizten Substrats bewegt und das Schichtwachstum bewirkt. Bei geeigneter Wahl der Depositionsparameter, wie Laserenergie, Energiedichte auf dem Target, Wiederholfrequenz des Lasers, Hintergrundgas und –druck, Substrattemperatur, und Target-Substrat-Abstand, die sich wechselseitig beeinflussen können, wächst die Dünnschicht in der gewünschten Orientierung (meist epitaktisch auf einkristallinem Substrat) und mit den gewünschten strukturellen, morphologischen, stöchiometrischen und elektrischen Eigenschaften.

Ausrüstung

  • Ultrahochvakuum(UHV)-Kammer mit Nd-YAG-Laser (λ = 355 nm, 10 Hz, 150 mJ) für die Deposition Fe-basierter Supraleiter
  • Hochvakuumkammer mit Sauerstoffhintergrundgas mit Nd-YAG-Laser (λ = 355 nm, 10 Hz, 150 mJ) für die Deposition der Kuprat-Hochtemperatursupraleiter
  • RHEED-System an UHV-Kammer für hochenergetische Elektronenreflexionsbeugung zur Oberflächen- und schichtdickenkontrolle schon während des Abscheideprozesses
  • Motoren für Targets, Substratheizer und Shutter und Depositionsparameter, wie Druck und Temperatur werden über ein LabVIEW-Programm gesteuert, und kontrolliert.
  • Ein zweites PLD-Labor mit einem KrF-Excimer-Laser (λ = 248 nm, 20 Hz, 1 J) ist im Aufbau.