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Ablation Laser Pulsée

Responsable : Sébastien Saitzek

Contacts : Tél. : +33 (0)3 21 79 17 32 – Fax : +33 (0)3 21 79 17 55
Courriel :
Adresse postale : UCCS Artois – Rue Jean Souvraz – 62307 LENS Cedex – Bureau : 11
 
Introduction :

L’enceinte d’ablation laser pulsée munie d’un laser excimère KrF à 248 nm est un outil performant pour l’élaboration de couches minces à propriétés remarquables.

  1. Principe de l’ablation laser pulsée
    • Le dépôt de couches minces par ablation laser pulsée (Pulsed Laser deposition PLD) est basé sur l’interaction entre la matière et un faisceau laser impulsionnel (durée d’impulsion nanoseconde) focalisé sur le matériau cible que l’on souhaite déposer. Lors du processus engendré par l'irradiation laser d'une cible, des particules éjectées restent d'abord confinées près de la surface de la cible dans une couche appelée couche de Knudsen. Elle a les mêmes dimensions que le spot laser (en général rectangulaire avec une surface de 1 à 2 mm2). Celle-ci est principalement composée d'ions et d'électrons mais on y trouve également des atomes neutres, des particules diatomiques, et des gouttelettes de matériau de fusion. Cette couche possède une forte densité de particule (1019-1020 particules.cm-3) : ce qui favorise les collisions entre les différentes particules et engendre une élévation de température au niveau du matériau cible. Cependant, les fortes collisions mais également l’absorption du faisceau laser engendrent un phénomène d’ionisation dans la couche de Knudsen : l’énergie hν des photons permettant l’ionisation des atomes neutres et créant une augmentation importante du nombre d’électrons dans la couches de Knudsen. Il s’en suit la formation d’un plasma nommé plume. Les différentes particules constituant le plasma se déposent après expansion de ce dernier sur un substrat monocristallin placé en vis-à-vis. Les caractéristiques des films que sont l’épaisseur, la cristallisation, l’homogénéité en composition, dépendent de l'état des particules dans le plasma avant l'impact sur le substrat (état d'excitation, énergie cinétique, composition spatiale du plasma...) et du substrat utilisé (température, composition du substrat, cristallisation du substrat...). Plusieurs paramètres peuvent donc influencer le dépôt : l’énergie du laser, la fréquence d’impulsion, la présence ou non de gaz résiduel dans l’enceinte, la température du substrat, distance cible-substrat, ….. Les rampes de descente en température après dépôt s'avèrent également primordiales pour l'obtention de dépôts bien cristallisés. Il existe la possibilité de déposer par ablation laser pulsée des matériaux à propriétés remarquables : supraconducteur, ferroélectriques, ferromagnétiques, multiferroïques, …
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