【摘 要】
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脉冲激光沉积（Pulsed Laser Deposition,PLD）技术因其工艺参数可自由调节、易获得期望化学计量比材料等特点,广泛应用于复杂氧化物异质结构、超晶格和界面材料的可控制备中,对它的深入研究不仅有助于发展和探索这些材料的新性质和新功能,而且能够揭示PLD技术在这些材料制备中的特殊作用。目前对PLD技术的研究仍停留在实验参数对薄膜沉积特性的影响上,并未对直接影响薄膜沉积特性的等离子体状
【基金项目】
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国家重点研发计划； 国家自然科学基金项目；
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脉冲激光沉积（Pulsed Laser Deposition,PLD）技术因其工艺参数可自由调节、易获得期望化学计量比材料等特点,广泛应用于复杂氧化物异质结构、超晶格和界面材料的可控制备中,对它的深入研究不仅有助于发展和探索这些材料的新性质和新功能,而且能够揭示PLD技术在这些材料制备中的特殊作用。目前对PLD技术的研究仍停留在实验参数对薄膜沉积特性的影响上,并未对直接影响薄膜沉积特性的等离子体状态进行研究。电子温度和电子密度是表征等离子体状态的两个重要参数,远离烧蚀靶面的等离子体发射光非常微弱,这给利用光谱法进行电子温度和密度的诊断及其时空演化行为的研究带来了极大困难。已报道的大部分工作都集中在距离靶面2.0 cm以内等离子体状态的诊断上,然而为了获得质量更好的薄膜,基底往往被放置在更远的沉积位置。所以,本工作旨在诊断脉冲激光沉积中基底附近等离子体的状态参数,研究脉冲激光等离子体状态对薄膜沉积特性的影响,并为进一步研究等离子体与基底的相互作用、原子尺度上薄膜生长的物理机制以及沉积过程的调控提供等离子体状态参数。具体工作如下:（1）自主搭建了一套全新的纳秒脉冲激光沉积及等离子体状态诊断实验装置,通过改进和优化实验设计,基于时间积分的空间分辨光谱技术,探测了远离靶面3.0-11.0 cm空间范围内TiO2等离子体微弱的发射光谱,并分别在距离靶面6.0、7.0、8.0、9.0和10.0 cm位置处沉积制备了TiO2薄膜。（2）结合Saha-Boltzmann法和Stark展宽法,根据探测的TiO2等离子体空间演化光谱,得到了电子温度和密度的空间演化结果,分辨出了该区域不同位置处电子温度和密度的微小差别,给出了温度和密度梯度,并分析和讨论了该诊断结果对薄膜沉积特性的影响。（3）利用扫描电镜（SEM）、X射线能谱（EDS）、X射线光电子能谱（XPS）、紫外-可见吸收光谱（UV-Vis spectroscopy）以及四探针测阻表征技术,分别对沉积的TiO2薄膜形貌、元素种类及其分布、元素价态、光学性能和电学性能进行了表征分析,探讨了沉积距离对薄膜性能的影响。
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