脉冲激光沉积技术（Pulsed Laser Deposition简称PLD）是20世纪80年代后期发展起来的一种新型薄膜制备技术。PLD在制备以YBa2Cu3O7-d为代表的多元氧化物高温超导体的薄膜材料方面获得巨大成功。这项技术较其他薄膜制备技术有激光能量高、薄膜的化学成分比与靶材一致、沉积速率高、基片温度要求低等优点,因此成功地制备了多种铁电、压电等功能薄膜材料。现在PLD技术具有极大的兼容性,便于其它新技术结合,其发展极为迅猛。目前,其发展的主要趋势是转向超高能、超短快（皮秒和飞秒级）。PLD技术的机理研究伴随技术的发展,一直在蓬勃发展之中。我们课题组对于PLD机理进行了系统、全面和深入的研究,本文主要集中于PLD烧蚀阶段的机理研究。本文的内容安排如下:第一章介绍PLD技术的原理和工艺特点,以及PLD技术发展的趋向;第二章介绍了PLD机理的进展和现状,特别是介绍了我们课题组关于PLD技术的研究的主要成果,包括本课题组建立的烧蚀模型、薄膜生长模型和冲击波模型等等;第三章和第四章是介绍本文作者关于等离子体屏蔽效应的研究及其对烧蚀过程的影响,以及包括蒸发效应、和屏蔽效应的新烧蚀模型。概括起来,本文的研究成果主要包括以下几个方面:1)建立了一个新的理论模型,包括等离子体屏蔽、等离子体自发辐射对烧蚀过程的影响,研究激光与等离子体相互作用特性。利用此模型,以YBa2Cu3O7靶材为例,设定激光为脉宽为25ns的方波,研究了等离子体线度以及激光透射强度随时间的演化规律;单个脉冲所产生的烧蚀深度随能量密度的演化规律,以及多个脉冲作用下,烧蚀深度随脉冲数的变化规律。所得到的结果比以往文献的结果更吻合于相关实验。2)提出了一个纳秒级高能脉冲激光烧蚀的新的热模型,其特点是既考虑了蒸发效应,同时也考虑了等离子体屏蔽效应对烧蚀过程的影响。利用此模型,通过数值计算,给出了Si靶材在高斯型脉冲激光照射下,靶材表面温度、烧蚀率以及烧蚀深度随时间的演化规律,发现等离子体屏蔽效应随着脉冲持续时间的增长愈益增强。同时以脉冲激光烧蚀金属Ni靶材为例,在此模型的框架内得到激光的透射率随时间的演化规律,以及烧蚀厚度随激光能量密度的变化规律。最后将所得结果与实验值进行了详细的比较分析,发现等离子体屏蔽效应不可忽略。相对没有考虑该屏蔽效应的理论结果,我们的结果与实验值达到令人满意的吻合。
