脈衝雷射鍍膜原理，主要是利用位於真空腔體外高能量密度的脈 衝雷射光照射在欲鍍材料的靶材表面上，使靶材的物質瞬間蒸發而沉 積在基板上。通常在很短暫的時間脈衝時間內，照射至靶材上之雷射 光，因能量來不及被傳導就將靶材表面之物質釋放出。因此，脈衝雷 射蒸鍍法之蒸發源不需使用加熱機構，可以抑制因為加熱時所放出之 不純氣體以及成分的改變，靶材表面濺出之火花(plume)內含有欲鍍 材料之原子、分子、離子、氧化物或激發態粒子等與靶材物質成分相 接近之多數粒子，然後濺鍍至基板上再重新排列結晶。使用脈衝雷射 蒸鍍法沉積氧化物薄膜的時候，通常在蒸鍍過程中必須通以氧氣，使
氧從薄膜中向外擴散(out-diffusion)，以維持所沉積薄膜之氧含量比 例。PLD 鍍膜系統包含三個部分：
(1) 雷射光源：一般來說，對於 PLD 系統沉積薄膜來說所使用雷射源 的波長大致從200 nm 到 400 nm，在這些波長的區段裡，大多數材料 的靶材具有很強的吸收。
表 3-2
為市面上商業常用準分子雷射源模組 與其對應之波長的列表。KrF 準分子雷射是最常使用在 PLD 鍍膜系 統中，此雷射源具有高增益(high gain)此優點。然而，雖然 KrCl 準分 子雷射的波長小於KrF，但是 KrCl 雷射源是一個低增益(low gain)系 統，再加上其脈衝輸出能量(output pulse energy)不足，很少被 PLD 系 統所使用。因此 PLD 系統普遍使用 KrF 雷射源。在本實驗中使用的 兩套PLD 系統均是使用 KrF 的雷射源。(2) 抗反射覆膜透鏡組：對於一個 PLD 系統而言，準分子雷射之能量 密度是一個相當重要的鍍膜參數，能量密度決定了薄膜的化學計量比 與品質。抗反射覆膜透鏡組的功能是收集從準分子雷射發射出來的雷 射光和負責聚焦雷射光束至靶材上成一個光點，此光點的大小決定了 雷射能量密度。透鏡主要是在玻璃上鍍上一層抗反射和吸收的薄膜，
讓99％以上的雷射光通過，只有低於 1％被反射和吸收。表
3-3
列出 了一些商業用透鏡上的覆膜材料以及其對應之穿透率範圍。在本實驗 中的兩套PLD 系統所使用的透鏡組是 UV-grade fused-silica 透鏡組。(3) 真空鍍膜腔體與真空幫浦組：交大電物所 PLD 系統的腔體是自行 組裝，其腔體使用一個機械幫浦(mechanical pump)與一個渦輪分子幫 浦(turbo molecular pump)可將腔體真空最高抽至 10-6 torr，基板加熱部 分是使用鹵素燈加熱，溫度最高可加熱至 850 °C。中科院電子所 PLD 系統的腔體是商業型高真空腔體，使用一個機械幫浦和兩個渦輪分子 幫浦，其中一個渦輪分子幫浦是抽主腔體的真空，另一個是抽試片交 換室的真空。主腔體真空最高抽至 10-8 torr。基板加熱部分是使用碳 化矽(SiC)加熱板，最高溫度可加熱至 1000 °C。
表 3-2 一般常用之準分子雷射與其對應之操作波長
準分子雷射 波長(nm) F2 157 ArF 193 KrCl 222 KrF 248 XeCl 308 XeF 351
表 3-3 一般常用抗反射透鏡之覆膜材料以及其對應之穿透率範圍
Material Transmittance Range (nm) Magnesium fluoride 140~7500
Sapphire 150~5000 Calcium fluoride 150~8000 UV-grade fused silica 190~2500 Borosilicate crown glass 315~2350