脉冲激光气相沉积法制备钴纳米薄膜实验研究.pdf

! 第"# 卷! 第$ 期强激光与粒子束%&’( "#,)&( $!
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文章编号:! "++">$?**(*++$)+$>+$$@>+$
脉冲激光气相沉积法制备钴纳米薄膜实验研究!
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张! 超" * ,! 吴卫东" * ,! 程新路" ,! 杨向东" ,! 许! 华* ,! 陈志梅* ,
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唐永建* ,! 孙卫国" ,! 陈正豪? ,! 周岳亮? ,! 何英杰" * ,! 谢! 军*
("! 四川大学原子与分子物理研究所,四川成都#"++#$;*! 中国工程物理研究院激光聚变研究中心,四川绵阳#*"@++;
?! 中国科学院物理研究所,北京"+++A+)
! ! 摘! 要:! 采用脉冲激光沉积技术制备了钴纳米薄膜,分析和讨论了不同背景气压和脉冲频率对钴纳米薄
膜表面形貌的影响及纳米微粒的形成机理。实验结果表明:在低背景气压下,等离子体羽辉自身粒子之间的碰
撞占主导作用,容易形成液滴;在较高背景气压下,等离子体羽辉边缘粒子和背景气体粒子之间的碰撞占主导
作用,容易形成小岛并凝聚成微颗粒;在$,B 的脉冲重复频率和 C/D 背景气压下生长出单分散性良好的钴纳米
颗粒。
! ! 关键词:! 脉冲激光气相沉积;! 钴;! 单分散性;! 纳米薄膜
! ! 中图分类号:! 8)?+$( +C;8)*$@! ! ! ! 文献标识码:! 5
! ! 由于晶体粒径进入纳米级后产生的量子尺寸效应、量子限域效应和界面效应,使得纳米晶体的性能在光、
电、声、磁等诸多方面发生变化,有些甚至是突变性的,从而使晶体的光电子性能研究有可能取得重大突
破[" E ?]。金属钴作为一种强磁性物质和重要的信息功能材料,在超高密度信息存储、单电子器件、磁密封以及
催化领域有着广阔的应用前景,得了广泛的研究[$ E #],而制备窄粒径分布的单分散性钴纳米颗粒更是当前研究
的热点之一。
[ ]
! ! 制备纳米颗粒的技术很多,诸如球磨法、胶体化学法、电沉积和溅射法等等 F E @ 。同其它方法相比,脉冲激
光沉积技术(/47)具有操作简单,沉积速率较高等优点。但是用脉冲激光沉积技术制备的纳米颗粒的生长过
程十分复杂,仍没有被完全认识。为了弄清楚实验参数对纳米颗粒平均粒径的影响以及纳米颗粒的生长机理,
我们做了一系列的实验来研究形成单分散性金属纳米颗粒所需要的最佳条件。
"# 实验方法
"( "# 实验原理
! ! 制备钴纳米薄膜的脉冲激光沉积系统如图" 所
示。准分子脉冲激光束聚焦后作用于真空室内的钴靶
材表面,靶在极短的时间内被加热熔化、气化,并在表
面产生高温高压钴等离子体,该等离子体在垂直于靶
材表面方向局域膨胀发射,从而在基片上凝聚成核进
而形成薄膜。该过程通常可分为三个阶段:(")激光
辐射与靶的相互作用,(*)等离子体的定向局域等温
绝热膨胀发射,(?)激光等离子体与基片表面的相互 GHI( "! 6JKLMDNHJ OHDI=DM &P <Q’RLO ’DRL= OL<&RHNH&S D<<D=DNQR
作用及薄膜核的形成和生长["+]。图"! 脉冲激光沉