納秒脈沖激光沉積中等離子體膨脹動力學(xué)的研究.pdf

1、脈沖激光沉積技術(shù)（Pulsed Laser Deposition 簡稱PLD）是20世紀80年代后期發(fā)展起來的、當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程的研究顯得尤為重要。一些文獻采用的關(guān)于等離子體膨脹動力學(xué)是建立在空間整體粒子數(shù)守恒和動量守恒的基礎(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)果與實驗觀測有較大偏

2、差。
　　 基于此，本文提出了納秒脈沖激光沉積過程中新的等離子體膨脹動力學(xué)模型。首先，根據(jù)更精確的局域質(zhì)量守恒和動量守恒，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系下納秒脈沖激光沉積中新的等離子體膨脹動力學(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方向的膨脹，其作用相當于為等離子體的膨脹提供了一個新的動力源，是不可忽略的因素。
　　 (2)、無論在等溫膨脹

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，等離子體整體會高速脫離靶材。這與實驗是一致的。
　　 (4)、影響等離子體膨脹的動力學(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力學(xué)方程組出發(fā)，通過有限差分法，對PLD技術(shù)制備類金剛石薄膜時產(chǎn)生