ns-PLD (@193 nm) in HV o atmosfera gassosa reattiva

ns-PLD (@ 193 nm) in HV o atmosfera gassosa reattiva

Daniele M. Trucchi -

DiaTHEMA Lab

Sede di Roma - Monterotondo

Il setup dedicato alla sintesi di film sottili mediante PulsedLaser Deposition (PLD) in alto vuoto (HV) o atmosfera gassosa reattiva si basa sulla tecnica di deposizione da fase vapore in cui un materiale da depositare (target) viene investito da un fasciolaser pulsato con una densità di energia tale da provocare la rimozione di atomi e/o cluster molecolari dal materiale target. La sorgente laser presente in questo apparato è un modello LambdaPhysikCOMPex 102, una sorgente in grado di produrre un fascio pulsato (con una durata di impulso singolo pari a 30 ns) operante in modalità Q-switching e con una lunghezza d'onda compresa tra 193 e 351 nm, a seconda dell'eccimero utilizzato. Il laser è solitamente utilizzato per produrre un fascio con lunghezza d'onda di 193 nm (ArF) ed è in grado di funzionare a frequenze di ripetizione comprese tra 1 e 20 Hz e l'energia del singolo impulso può variare da 0 a 120 mJ. La natura del materiale rimosso può variare a seconda della durata dell'impulso con cui il target viene irradiato; nel caso di nanosecondi si verifica l'evaporazione del materiale target. Il materiale evaporato dà forma a una densa nuvola di specie ionizzate, di diversa natura, nota come plume e associata a un plasma. La plume, formata da atomi, ioni, particelle e piccoli aggregati atomici (cluster), ha la sua origine sulla superficie del target irradiato dal laser e si condensa sulla superficie del substrato di deposizione. Viene considerata una tecnica di deposizione estremamente versatile, in quanto è in grado di depositare tutti i materiali o i composti comuni.

SPECIFICHE TECNICHE

Pressione in alto vuoto < 10^-7mbar; pressione parziale con gas inerti o reattivi nel range 0.1 - 100 mbar;
Laser a eccimeri - ArF (Lambda PhysikCOMPex 102);
- durata del singolo impulso: 30 ns;
- lunghezza d'onda: 193 nm;
- Repetition Rate: 1 - 20 Hz;
- energia del singolo impulso: 0 - 120 mJ;
Sistema multi-target in rotazione con 3 possibili alloggiamenti;
Riscaldamento del substrato fino a 800 °C;
Sistema home-made di movimentazione micrometrica del substrato;
Distanza target-substrato: 3-10 cm;
Possibilità di effettuare deposizioni plasma-assistite utilizzando un generatore RF da 13.56 MHz (mod. Huttinger PFG 300, potenza max. 300 W).

TECNICHE DISPONIBILI

Pulsed Laser Deposition in HV o atmosfera reattiva

CAMPIONI

Dimensione dei campioni 4 x 4 cm2 (massima), 1 x 1 cm2 (ideale);
L'integrità meccanica dei campioni è richiesta, in quanto montati in posizione verticale.

UTILIZZATO PER

La deposizione di film sottili di:
- Materiali a base carbonio
- Semiconduttori (e.g., AlN)
- Materiali termoelettrici e termoionici (e.g., PbTe, ZnSb)
- Boruri, carburi e ossidi (e.g., WC)
- Leghe

ESEMPI APPLICATIVI

Carbon nitride films by RF plasma assisted PLD: Spectroscopic and electronic analysis

I film sottili di nitruro di carbonio (CN_x) sono stati cresciuti su Si <100> mediante ablazione con laser ns-ArF (193 nm) su un bersaglio di grafite pura, in un plasma di N2 a bassa pressione generato con RF, e sono stati confrontati con campioni cresciuti con PLD in atmosfera di azoto puro.

Si veda: E. Cappelli et al. Appl. Surf. Sci. 257 (2011) 5175-5180

ZnSb-based thin films prepared by ns-PLD for thermoelectric applications

Film sottili nanostrutturati a base di ZnSb sono stati prodotti tramite Pulsed Laser Deposition (PLD) utilizzando un laser ns-ArF (193 nm) e un sistema di deposizione multi-target. I film sono stati preparati secondo una struttura multi-layer, ottenuta aggiungendo diversi droganti (Cr, Ag) all'interno della matrice di ZnSb.

Si veda: A. Bellucci et al., Appl. Surf. Sci. 418 (2017) 589-593

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