納秒脈沖激光沉積中等離子體膨脹動(dòng)力學(xué)的研究.pdf

1、脈沖激光沉積技術(shù)（Pulsed Laser Deposition 簡(jiǎn)稱(chēng)PLD）是20世紀(jì)80年代后期發(fā)展起來(lái)的、當(dāng)前最常用和最富有活力的薄膜制備方法之一。
　　 在脈沖激光沉積過(guò)程中，等離子體的速度及其密度的分布將直接影響薄膜的沉積質(zhì)量，因而等離子體膨脹過(guò)程的研究顯得尤為重要。一些文獻(xiàn)采用的關(guān)于等離子體膨脹動(dòng)力學(xué)是建立在空間整體粒子數(shù)守恒和動(dòng)量守恒的基礎(chǔ)上得到的，且往往未考慮等離子體的電離效應(yīng)，從而造成理論結(jié)果與實(shí)驗(yàn)觀測(cè)有較大偏

2、差。
　　 基于此，本文提出了納秒脈沖激光沉積過(guò)程中新的等離子體膨脹動(dòng)力學(xué)模型。首先，根據(jù)更精確的局域質(zhì)量守恒和動(dòng)量守恒，而不是整體守恒定律，其次，考慮了等離子體的電離效應(yīng)，導(dǎo)出了一組在柱面坐標(biāo)系下納秒脈沖激光沉積中新的等離子體膨脹動(dòng)力學(xué)方程。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：
　　 (1)、等離子體的電離效應(yīng)加速等離子體在各個(gè)方向的膨脹，其作用相當(dāng)于為等離子體的膨脹提供了一個(gè)新的動(dòng)力源，是不可忽略的因素。
　　 (2)、無(wú)論在等溫膨脹

3、階段還是在絕熱膨脹階段，等離子體的速度分布具有自相似的特性，但在不同方向其表達(dá)形式是不同的，這是等離子體膨脹的必然結(jié)果，而非人為假定。
　　 (3)、脈沖激光與靶材作用結(jié)束后，等離子體整體會(huì)高速脫離靶材。這與實(shí)驗(yàn)是一致的。
　　 (4)、影響等離子體膨脹的動(dòng)力學(xué)因素有：等離子體的溫度、尺寸、粒子的質(zhì)量、電離度和絕熱系數(shù)。
　　 從新的等離子體膨脹動(dòng)力學(xué)方程組出發(fā)，通過(guò)有限差分法，對(duì)PLD技術(shù)制備類(lèi)金剛石薄膜時(shí)產(chǎn)生