Абляция материала мишени последовательностью лазерных импульсов

Поглощение в плазменном слое

Объемное поглощение в мишени с малым коэффициентов поглощения

Случай поглощения излучения в интерфейсе в пар — твердое тело

Скорость распыления

Принимаем условно, что фронт распыления совпадает с фронтом высокой температуры на ранних стадиях импульса и позже они перемещаются вместе. В этом случае распыление мишени происходит в тонком слое интерфейса пара и твердого тела, где происходит поглощение. Рассмотрим случай, когда плотность мощности излучения недостаточно высока, чтобы произвести существенную ионизацию в факеле (1 = 10¹⁰ Вт/ cm²) и поэтому факел прозрачен для лазерного излучения в течение всего процесса. Это ведет к распылению в узкой области поверхностного поглощения.

Например, для оптимального лазерного распыления углерода (e_b = 5.983х10^-19 Дж) при плотности мощности излучения 6х10⁸ Вт/см², скорость распыления R ~ 10²⁷ атом/см² с).

Для оптимального режима напыления и для лазерного взаимодействия с прозрачным факелом скорость ~ t^-1/2. Поэтому переход от длительных 10 не импульсов к коротким 100 пс импульсам обеспечивает десятикратное увеличение скорости распыления однократным импульсом.

Другая важная характеристика однократного взаимодействия лазерного импульса с мишенью - глубина гравировки d. Например, в случае оптимального распыления графитовой мишени импульсом при средней плотности мощности лазерного излучения ~ 10¹⁰Вт/см² глубина распыления за импульс d -1000 А.

Рассмотрим случай, когда глубина распыления близка к глубине поглощения (d ~ L), и поглощение происходит в объеме нагретого материала. Характерная плотность аблированного материала остается постоянной в течение процесса абляции и напыления. Существенное различие между объемным поглощением и поверхностным поглощением касается того факта, что при объемном поглощении температура распыления зависит от температуры среды.

Случай поглощения в плазме становится важным при относительно высокой интенсивности (> 10¹⁰- 10" Вт/см²), имеет место когда ионизация факела и механизм поглощения играет главную роль. Возникает обратное тормозное излучение.

При поиске оптимального режима распыления нужно рассмотреть два накладывающихся ограничения. Во-первых, необходимо достигнуть эффективного распыления и получить высокий поток испаренных атомов соответствующей температуры. Во-вторых, необходимо найти соответствующие условия взаимодействия пара с подложкой, чтобы создать желательную структуру пленки, осаждаемой на подложку. Кроме того, чтобы удержать процесс в выбранном режиме, необходимо сканировать лазерный луч по поверхности мишени. Минимум скорости сканирования может быть оценен способом, изложенным ниже.

Дата добавления: 2014-01-11