圖 3-1 雷射蒸鍍系統裝置圖。
Excimer laser
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a. 系統操作
雷射濺鍍系統所使用的雷射光源為氟化氪(KrF)準分子雷射，波 長為 248 nm，脈衝寬度為 20~30 ns，脈衝能量為 400 mJ/pulse。而我 們將雷射光源透過焦距為 50 cm 的聚焦透鏡，使之透過窗口進入真空 腔體中，以約 45 °聚焦於靶材上，聚焦大小用感熱紙量得 3 mm2。而 當高功率雷射光聚焦照射於靶材表面時，靶材表面的分子或原子會因 為吸收能量而切斷與靶材上分子的鍵結，進而飛濺出去形成電漿 (plasma)。並附著於基板上直到失去動能為止，最後重新鍵結成薄膜。
基板溫度我們可藉由加熱器(鹵素燈和溫控器)來控制，使薄膜在我們 想要的條件中成長。
b. 靶材準備
實 驗 所 使 用 的 靶 材 為 保 加 利 亞 研 究 機 構 (Crystal Growth Laboratory Institute of Solid State Physics Bulgarian Academy of Science) Prof. Dr. Marin Gospodinov 所提供，樣品為 Bi2Te3單晶靶材。
c. 基板的選擇
在尋找適合的基板(substrate)時，必須考量到晶格常數的匹配程 度會影響到薄膜與基板間的應力，進而對薄膜的結構產生影響，所以 謹慎選擇晶格匹配較為接近是基板是鍍膜實驗重要的第一步。
在晶格匹配上，由於碲化鉍為六角晶系(Hexagonal)，所以在成長 c 軸薄膜時，為 a、b 兩軸座落於基板平面上，由第一章表中可知碲化
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鉍 a 軸長 4.3835 Å [22]，在 Al2O3(0001)面上的原子間距為 4.794 Å ， 故晶格不匹配程度為
(lattice mismatch)=[(4.794-4.3835)/4.794]×100%=8.56%。
d. 基板清洗
1. 將基板放置於丙酮中以超音波震盪器震盪十分鐘，目的為清除 表面油汙。
2. 再將基板置於甲醇中以超音波震盪器震盪十分鐘為清除基板表 面殘餘丙酮。
3. 最後將基板放置於去離子水以超音波震盪器震盪十分鐘為清除 表面剩餘甲醇。
4. 把基板取出用氮氣槍吹乾。
3-1-2 鍍膜條件
在鍍膜條件上，一般會藉由改變雷射能量密度、脈衝重複率、基 板溫度以及通入氣體改變真空腔體壓力或改變靶材到基板距離等等 的條件，來掌握整個薄膜製程。以下列出幾個變因所會造成對薄膜的 影響。
鍍膜條件 對薄膜造成的影響
雷射能量密度 若能量過低，可能造成分子能量
不足以聚合成聚晶相之薄膜；反
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之，單次噴出的分子數量過多，
將沒有充分時間讓分子聚合成 膜。也會反映出附著在基板上的 顆粒大小。
雷射脈衝重複率 薄膜成長時的晶體結構(在兩個
脈衝間隔時間有無充分時間進行 聚合)
基板溫度 讓分子有足夠能量去成長排列
通入氣體之壓力 藉由通入氣體讓電漿氣體能夠集
中噴射。
脈衝總發數 薄膜厚度。
靶材到基板的距離 薄膜成長的晶體結構，可能會因
為距離讓分子來不及做排列。
實驗首先改變的是基板溫度。適當的基板溫度能提供抵達基板分 子足夠的能量來進行排列及聚合，所以選擇不同的基板鍍膜來觀察薄 膜品質的影響，從中找出最佳條件。這個系列的基板溫度變化從 150
°C 逐次提高到 350 °C，其他鍍膜參數分別為脈衝發數為 1500 pulse，
雷射能量密度 13.3 J/cm2，雷射脈衝重複率 2 Hz，基板溫度 200 °C，
靶距 4 cm，真空度控制在 2.3×10-1 torr。
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利用 X 光繞射分析從變溫度系列中找出最佳條件後，將基板溫 度設定在最佳溫度，接者改變一系列的壓力，去找出以 c 軸為主導的 最佳化薄膜，而靶材由於需要重複使用，則在使用三或四次後用砂紙 磨平，以確保鍍膜時靶材的平整性。