PulsedLaserDeponierung

Pulsed Laser Deposition (PLD) ist ein Dünnschichtabscheidungsverfahren, bei dem ein hochenergetischer gepulster Laser auf eine Zielscheibe aus dem abzutragenden Material gerichtet wird. Die durch den Laser erzeugte Ablation führt zu einem Plume aus abgetragenem Material, der in überwiegend Richtung des Substrats auf dieses übertragen wird und dort als dünner Film kondensiert. In der Regel erfolgt die Abscheidung in einer Vakuumkammer oder unter kontrollierten Gasatmosphären (z. B. O2 oder Ar). Die Filmqualität hängt stark von den Abscheideparametern ab.

Typische Parameter umfassen eine UV-Laserquelle wie 193 nm (ArF), 248 nm (KrF) oder 308 nm (XeCl); Pulsdauern im Picosekunden- bis Nanosekundenbereich; Fluences im Bereich von ca. 0,1–3 J/cm², je nach Material; Repetitionsraten von wenigen Hz bis zu einigen Dutzend Hz. Der Substrattemperaturbereich reicht von Raumtemperatur bis zu mehreren Hundertgrad Celsius. Der Hintergrundgasdruck variiert von Vakuum bis in den mbar-Bereich; oft werden O2 oder Inertgase eingesetzt, um die Filmzusammensetzung und Struktur zu beeinflussen.

Vorteile von PLD liegen in der relativ einfachen Umsetzung, der guten Übertragung der Zielzusammensetzung auf den Film und der Eignung für komplexe Mehrkomponentenmaterialien wie Oxide. Dadurch lassen sich epitaktische oder hochqualitative Schichten von Oxiden, Nitriden und anderen Materialien herstellen. Zu den Herausforderungen zählen die Bildung von Partikeln beim Abtrag, begrenzte Abscheidungsraten auf großen Flächen sowie die starke Abhängigkeit der Filmbildung von Prozessparametern.

Anwendungen finden sich in der Forschung und Entwicklung von Oxiden (z. B. Hochtemperatursupraleiter, Perowskite), Multiferroika, Sensorik, Photonik und Schutzschichten, wobei PLD besonders für die Herstellung von komplexen, stoichiometrischen Dünnschichten geeignet ist.