BỐC BAY BẰNG LAZER XUNG
1. Giới thiệu
Bốc bay bằng laze xung (gọi tắt l à bốc bay laze) là một phương pháp bốc bay gián đoạn. Khi có chùm tia laze công suất lớn bắn lên bia (vật liệu cần bốc bay) thì pha hơi của vật liệu được hình thành bốc bay một vùng mỏng của bề mặt bia. Vùng hóa hơi của bia chỉ sâu khoảng vài trăm đến 1000 Ao. Khi ấy trên bề mặt hình thành một đốm sáng hình khối ellip của pha hơi. Tốc độ đặc trưng của các phần tử bốc bay (bao gồm cả ion và phân tử trung hòa điện tích) đạt giá trị vào khoảng 3x10-5cm/s độ lắng đọng màng đạt giá trị vào khoảng 8 nm/s. Trên hình 6.8a và 6.8b, minh họa nguyên lý của phương pháp bốc bay laze. Hình ảnh đốm sáng được nêu trên hình 6.8c. Một trong các laze được sử
dụng để bốc bay phổ biến nhất hiện nay l à laze excimer KrF, hoạt động tại bước sóng 248 nm. Dưới đây là các thông số chính của laze này:-Độ dài xung: 25 ns (δt)
Như vậy, mật độ năng lượng của laze (j.δt) vào khoảng 6 J/cm2. Năng lượng trên một xung là 0,6J. Công suất liên tục đạt giá trị 2,4 x 107 W và công suất trung bình là 30 W. Có thể mô tả bức tranh vật lý của quá trình bốc bay laze như sau. Khi bắn một xung laze lên bề mặt bia (vật liệu cần bốc bay), một phần năng l ượng của nó bị phản xạ ngược lại, một phần được bia hấp thụ. Trong khoảng thời gian của độ dài xung, nhiệt được truyền từ bề mặt vào sâu trong bia, độ sâu được quyết định bởi chiều dài khuếch tán nhiệt Lt . Ngoại trừ các bia hấp thụ yếu, chiều dài hấp thụ ánh sáng tia laze là một đại lượng đặc trưng, thường nhỏ hơn độ dài khuếch tán. Vì vậy, thể tích được cấp nhiệt trên bề mặt bia, khi mà năng lượng của tia laze bắn vào bia có hiệu suất cao nhất, có hình dạng của một hình khối ellip. Diện tích thiết diện của nó bằng diện tích hình chiếu ( δ A ) của chùm tia laze và bề dày của nó là L t (hình 6.8). Bên trong thể tích đó, nhiệt độ cao hơn nhiệt độ nóng chảy của chất bốc bay, cho nên vùng này bị hóa lỏng.
Nếu như năng lượng vẫn được duy trì thì hiện tượng bốc sẽ xảy ra, vì một phần các nguyên tử bên trong thể tích đó đã nhận được nhiệt lượng bốc bay. Do xuất hiện gradient áp suất rất lớn, lớp Knudsen đ ược mở rộng ra thành một hố nông, hướng theo phương vuông góc với mặt bia. Nhiệt độ ban đầu của lớp Knudsen là điểm nóng chảy của bia; pha hơi nguội dần trong quá trình giãn nở đoạn nhiệt, trong khi cũng tại thời điểm đó xảy ra sự tích tụ dòng chảy lớn dần theo hướng vuông góc với bề mặt. Xung laze có thể gây ra hiệu ứng quang-phát xạ điện tử từ bề mặt bia, đồng thời cũng gây ra hiệu ứng quang-ion hóa trong khối ellip giãn nở trước khi xung laze kết thúc, để hình thành trạng thái plasma. Khi mật độ của đốm pha hơi giảm nhiều thì sự giãn nở đoạn nhiệt cũng dừng tại tốc độ dòng hơi thoát ra. Các phân tử khi đó tiếp tục lắng đọng trên đế theo cơ chế dòng phân tử tự do. Trong kỹ thuật laze, sự bắn phá hay bóc (ablation ) bia đòi hỏi mật độ năng lượng của chùm tia laze phải đạt đươc giá trị ngưỡng nhất định. Giá trị ngưỡng này là một hàm phụ thuộc mật độ năng lượng toàn phần. Khi chùm tia có năng lượng vượt ngưỡng thì lượng vật chất bốc bay sau đó phụ thuộc gần như tuyến tính vào năng lượng laze và đạt đến giá trị bão hoà, không. tăng thêm nữa, mặc dù năng lượng của laze vẫn tăng. Đó l à trạng thái bão hòa của quá trình bốc bay. Cho đến nay, có hai loại vật liệu được chế tạo bằng phương pháp bốc bay laze nhiều nhất là màng mỏng siêu dẫn nhiệt độ cao YBCO và màng hữu cơ hydroxyapatite canxi, mô phỏng cấu trúc sinh học .
0 nhận xét:
Đăng nhận xét