準分子雷射濺鍍原理

準分子雷射濺鍍(Excimer Laser Sputtering)製程是最近發展成熟的薄膜 材料製程技術之一，具有相當多的特點，準分子雷射濺鍍只要控制幾個

或複合物都能在材料表面上還沒達到熱平衡時即被瞬間氣化，而所噴出 的高動能原子氣體元素成份，比例與靶材相同，因此能直接按原有靶材 組成比例沈積於基板上，其成份之控制比其它物理氣相鍍膜技術為佳；

原因是物理沉積化合物達到熱平衡時，氣態的元素比例與其蒸氣壓有 關，蒸氣壓高的元素其含量較高，低的元素含量較低，因此不容易控制 化合物沉積比例，準分子雷射濺鍍技術運用在複合材料薄膜特別有效；

其次，由雷射濺鍍出來的靶材氣體分子因為吸收紫外光雷射的能量具有 相當高的動能，可增加表面原子間的化學鏈結，不但可促進薄膜的成長 更能因此而降低基板成長溫度，使成長出來薄膜有良好的磊晶品質。

準分子雷射濺鍍利用高功率脈衝雷射之高能量光子所產生的熱效 應及光解離效應(photolysis)，使材料表面於瞬間(~10^-9 sec)吸收光子能 量，產生熱電子(hot electrons)，熱電子將能量轉換成晶格振盪之聲子 (latticer vibration)能量而致使表面溫度上升達到蒸發。另外光解離效應是 利用雷射高能量光子將材料表面原子間的鍵結打斷，達到原子的剝離 (ablation)。因為大部份材料對紫外光的吸收較強且吸收深度(depth of absorption)淺，主要是利用紫外光高能量光子將材料氣化或原子間的鍵 結打斷，沈積至所要的基板上。

在準分子雷射濺鍍系統及機構設計上，相較於其他的鍍膜系統，顯

得較為簡單，然而對於原理方面關係到材料表面與高能量光子脈衝的相 互作用，包括高能量的解離電漿氣態分子的形成，乃與其到達基板表面 的吸附過程，其過程基本可分為以下四個階段：

1、光輻射與靶材表面分子之作用。

2、氣態分子之動力學。

3、氣態分子表面吸附作用。

4、吸附分子在基板上之成核、生長及形成連續薄膜的機制。

第一個階段，由於受到短脈衝及高能量密度雷射光束聚焦照射在靶 材表面上。使靶材表面分子瞬間加熱至蒸發溫度而產生氣化，因為非熱 平衡狀態，以致其所氣化之分子組成成份與靶材一致。

在第二階段，表面氣化的物質根據氣體動力學，在真空中以扇狀分 佈向基板方向運動；其中，電漿體溫度影響濺鍍薄膜厚度的均勻性；另 外，靶與基板的距離也是另一個影響濺鍍範圍因素，增加基板與靶材距

附著力。高能量分子氣體對表面之撞擊會產生表面的部份原子濺射，而 基座(activity sites)或是其結構表面有原子電荷不平衡而產生活化能，造 成氣體分子滯留並集中在固體表面的現象，即稱之為吸附。對於具有表