Impulzusüzemű Lézeres Leválasztás (PLD)

Egyre elterjedtebb módszer az impulzusüzemű lézeres leválasztás, mely az impulzusüzemű lézerek térhódításával fejlődött ki.

[Ábra: Bereznai Miklós: Doktori értekezés (2011)]

A PLD kezdeti fázisában az ablációt tehát az anyagban abszorbeálódó lézerimpulzus energiájának termalizációja indítja el. Amennyiben a lézerimpulzus energiasűrűsége eléri azt a küszöbértéket, amely már olyan mértékű hőmérsékletnövekedést (termális abláció), vagy kötésfelszakítást (fotokémiai abláció) okoz, ami lehetővé teszi a céltárgy felszíni atomjainak (molekuláinak) kiszakítását, akkor beszélhetünk anyagelpárologtatásról, vagyis ablációról. Ez a folyamat tipikusan nagyon gyorsan megy végbe (<ns) így a céltárgyról hirtelen leváló anyag a benne uralkodó nagy hőmérséklet és nyomás hatására a vákuumtérben gyorsan kitágul, és a céltárgy felületére közel merőleges irányban távolodó, anyagfelhőt formál. Ezt a termálisan gerjesztett – ezért legtöbbször fényt is emittáló – anyagfelhőt plazma-nyalábnak nevezzük. A plazmanyalábban megtalálható részecskék nagy változatosságát figyelték meg. A céltárgyból származó ablációs felhőben atomok, egyszeres vagy többszörösen töltött ionok, elektronok, molekulák vagy molekulatöredékek, atomklaszterek, nanorészecskék és ezek aggregátjai, szilárd szemcsék (törmelékek), valamint olvadt állapotban kifröccsent cseppecskék egyaránt megtalálhatók.

Amennyiben reaktív PLD megvalósítását tőzzük ki célul, a vákuumkamrába valamilyen nem inert gázt (pl. O₂, N₂, H₂, CH₄, C₂H₂, NH₃) vezethetünk be. Ilyenkor a plazmanyaláb részecskéi kölcsönhatnak ezekkel a reaktív molekulákkal, és kémiai reakciók révén vegyületképződés játszódhat le. A plazmanyaláb részecskéinek kondenzálódását figyelhetjük meg a céltárggyal szemközt, attól bizonyos távolságra (tipikusan ~50 mm-re) elhelyezett hordozó lemez (hordozó) felületén. Az egy-egy lézerimpulzus hatására keletkező plazmanyalábok csak kevéssel járulnak hozzá (<Å) a hordozón kondenzálódó anyagréteg vastagságához, de több ezer impulzus alkalmazásával előállítható a kívánt vastagságú vékonyréteg. Ezt a felületi nukleációs és véletlenszerű növekedési folyamatot nevezik vékonyrétegépítésnek.