Piidioksidiohutkalvojen valmistaminen ultralyhyitä pulsseja tuottavalla kuitulaserilla

Abstract

Pulssilaserhöyrystys on ohutkalvojen kasvatusmenetelmä, jossa erittäin intensiivisen laserpulssin ja höyrystettävän materiaalin pinnan välisen vuorovaikutuksen johdosta elektroneja, atomeja, ioneja ja partikkeleita irtoaa kohtion pinnasta. Irronnut materiaali eli plasma kulkeutuu substraatin pinnalle, muodostaen siihen kalvon. Plasman koostumus riippuu höyrystettävän materiaalin ja käytetyn laserin ominaisuuksista. Tässä diplomityössä höyrystys tehtiin ultralyhyitä pulsseja tuottavalla kuitulaserilla. Kuitulasereiden käytössä on monia etuja verrattuna muihin höyrystyksessä käytettäviin lasereihin. Näitä etuja ovat muun muassa laserin pieni pakkauskoko, huoltovapaus ja mahdollisuus tuottaa ultralyhyitä pulsseja erittäin korkealla to istotaaj uudella. Näiden ominaisuuksiensa vuoksi, on kuitulaser mahdollinen ratkaisu pulssilaserhöyrystyksen teollistamisen ongelmiin. Aiemmin kuitulasereita ei ole käytetty pulssilaserhöyrystyksessä. Tämän työn tavoitteena oli höyrystää piidioksidiohutkalvoja ja optimoida höyrystyksessä käytettäviä parametreja. Höyrystykset tehtiin reaktiivisesti hapesta ja yksikiteisestä piistä tyhjiökammiossa. Kammiossa olevan hapen painetta, kohtion ja substraatin etäisyyttä, laserin fluenssia ja höyrystysaikaa muuteltiin, jotta parhaat höyrystysparametrit löydettäisiin. Höyrystettyjä kalvoja tutkittiin optisella mikroskoopilla, ellipsometrillä, pyyhkäisyelektronimikroskoopilla ja atomivoimamikroskoopilla. Ellipsometrillä kalvoista mitattiin taitekerroin ja paksuus. Mikroskooppikuvista tutkittiin partikkelimääriä kalvojen pinnalla sekä kalvojen rakennetta.

Pulsed laser deposition (PLD) is a method for producing thin films. The goal of this work was to deposit silicon dioxide thin films and to optimize the deposition parameters.