Zwei-Strahl-PLD für Metalle

Zusammenfassung

Die Bestrahlung von Targets mit Lasern hoher Impulsleistungen (> 10⁵ W) ist hervorragend geeignet, um ein breites Spektrum angeregter Teilchen zu erzeugen, das für die Abscheidung qualitativ hochwertiger Schichten genutzt werden kann. Dafür muß auf der Targetoberfläche ein Grenzwert der Leistungsdichte > 10⁷W/cm² überschritten werden. Dieser Grenzwert hängt von Reflexionkoeffizient, Extinktionskoeffizient, Wärmeleitfähigkeit und Bindungsenergien des Targetmaterials sowie von der Impulsdauer und der Größe der bestrahlten Fläche ab. Bei der Abscheidung von Keramiken und Halbleitern wird diese Methode der Pulse Laser Deposition (PLD) erfolgreich angewendet. Die mittleren Abscheideraten liegen allerdings deutlich unter den mit Elektronenstrahlverdampfen oder Magnetron-Sputtern erreichbaren. Um der PLD ein breiteres Anwendungsfeld zu verschaffen, ist es notwendig sowohl die mittlere Abscheiderate wesentlich zu erhöhen, als auch den Bereich der verwendeten Targetmaterialen auf die Metalle auszudehnen. Hinsichtlich der verfügbaren mittleren Leistung (bis 10 kW) und des energetischen Wirkungsgrades (> 10%) sind Hochleistungs-CO₂-Laser, wie sie gegenwärtig bei der Oberflächenbehandlung eingesetzt werden, ohne Konkurrenz. Deshalb kommen nur diese Laser für eine PLD-Hochrateabscheidung in Betracht. Das hat allerdings eine Reihe schwerwiegender Probleme zur Folge. Einerseits liefern diese Laser Impulsleistungen von nur einigen 10³ W und andererseits reflektieren Metalle bei einer eingestrahlten Wellenlänge von 10,6 μm besonders gut.