Pb(Zr,Ti)O3薄膜的PLD生长研究+文献综述(4)
这就是说，首先由PbO和TiO2形成PbTiO3，然后PbO和ZrO2再参与反应，形成X很小的PZT，经反应Ⅳ，X才逐渐变大，到趋近0.48，形成PZT[Pb(Zr0.52Ti0.48)O3]压电陶瓷。
图 2 烧结PZT压电陶瓷的实验装置图
3 脉冲激光沉积法制备PZT薄膜
本节内容主要描述了用脉冲激光沉积法，以Si(100)为衬底，PZT[Pb(Zr0.52Ti0.48)O3]压电陶瓷为靶材制备PZT [Pb(Zr0.52Ti0.48)O3]薄膜的实验装置和实验步骤。并就退火温度对成膜特性的影响进行了研究。研究方法是保持其它实验参数不变，而在不同的衬底温度或氧分压下制备PZT薄膜，然后对所制备的PZT薄膜的结构、形貌进行比较，总结出在哪种实验参数下能成功地制各出结构为钙钛矿相的PZT薄膜。
3.1 脉冲激光沉积（PLD）法
自1960年第一台红宝石激光器的问世，开启了激光与物质相互作用的全新领域。人们发现当用激光照射固体材料时，有电子、离子和中性原子从固体表面“跑”出来，并在其附近形成一个发光的等离子区，其温度估计在几千到一万度之间，随后有人想到，若能使这些粒子在衬底上凝结，就可得到薄膜，这就是激光镀膜的概念。1965年，Smith等第一次尝试用激光制备了光学薄膜，但经分析发现，这种方法类似于电子束打靶蒸发镀膜，未显示出很大的优势，所以一直不为人们所重视。直到1987年，美国Bell实验室首次成功地利用短波长脉冲准分子激光制备了高质量的钇钡铜氧（YBCO）超导薄膜，脉冲激光沉积（Pulsed Laser Deposition，简称PLD）技术才成为一种重要的制膜技术受到国际上广大科研工作者的高度重视。当前PLD技术在铁电、半导体、金刚石（类金刚石）等多种功能薄膜以及生物陶瓷薄膜的制备上显示出广阔的应用前景。这种方法已发展成为最好的制备的薄膜方法之一。
图 3 脉冲激光沉积系统原理图
图3为脉冲激光沉积系统的原理图，脉冲激光沉积系统一般由脉冲激光器、光路系统（光阑扫描器、会聚透镜、激光窗等）；沉积系统（真空室、抽真空泵、充气系统、靶材、基片加热器）；辅助设备（测控装置、监控装置、电机冷却系统）等组成。
PLD是将脉冲激光器所产生的高功率脉冲激光束聚焦作用于靶体材料表面，使靶体材料表面产生高温及熔蚀，并进一步产生高温高压等离子体（T≥104 K），这种等离子体定向局域膨胀发射并在衬底上沉积而形成薄膜。一般认为它可以分为3个过程。
(1) 激光表面熔蚀及等离子体产生
高强度脉冲激光照射靶材时，靶材吸收激光束能量并使束斑处的靶材温度迅速升高至蒸发温度以上而产生高温及熔蚀，使靶材汽化蒸发。瞬时蒸发汽化的气化物质与光波继续作用，使绝大部分电离并形成区域化的高浓度等离子体。等离子体一旦形成，它又以新的机制吸收光能而被加热到104℃以上，表现为一个具有致密核心的闪亮的等离子体火焰。
(2) 等离子体的定向局域等温绝热膨胀发射
靶表面等离子体火焰形成后，这些等离子体继续与激光束作用，进一步电离，使等离子体的温度和压力迅速升高，并在靶面法线方向形成大的温度和压力梯度，使其沿靶面法线方向向外作等温（激光作用时）和绝热膨胀（激光中止后）发射。此时，电荷云的非均匀分布也会形成相当强的加速电场。在这些极端条件下，高速膨胀过程发生于数十纳秒瞬间，具有微爆炸性质以及沿靶面法线方向发射的轴向约束性，可形成一个沿靶面法线方向向外的细长的等离子体区，即所谓的等离子体羽辉，其空间分布形状可用高次余弦规律cosnθ来描述，θ为相对于靶面法线的夹角，n的典型值为5～10，随靶材而异。
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