PLD（パルスレーザーアブレーション）製膜装置

著者： 武田　悠二郎、修士課程１年生（2003年度）

1. どんな装置ですか？　何がわかりますか？

　PLDとはPulsed Laser Depositionの略で、PVD法（物理気相蒸着法）の一種であり、薄膜を作製する装置です。ほぼ同一の装置がレーザーMBE法、レーザーアブレーション法と呼ばれることもあります。レーザーを１秒間に数回ターゲットに打ち付けて物質を蒸発させて基板まで飛ばし、堆積させる事で薄膜になります。

PLD装置の全体図

2. どんな原理で測定できるのですか？

 　エネルギーの強いパルスレーザー（KrFエキシマ、波長:２４８nm）をチャンバー内の高密度に焼結したターゲットに照射し、瞬間的に昇華（アブレーション*）させます。昇華された物質（分子、原子、イオン、クラスタ、電子、光子等）はプルームというプラズマ状態で製膜室中の反応ガスと衝突しながら基板へ向かいます。基板まで到達した物質は基板上に落ち着くか再蒸発します。

　私たちは主に酸化物薄膜を作製しているため、チャンバー内はいったん高真空に引いて、その後、製膜中は酸素等の反応ガスで所定の圧力に制御しています。

*アブレーション：強力なレーザー光をターゲットに集光・照射した時に、レーザー光を吸収したターゲット表面で起こる瞬間的なはく離。

PLD法の原理図

3. PLDの特長

• 基板温度が低ければ、ターゲットの組成に近い膜が作製可能。 
• 製膜・成長パラメータが多いので、様々な条件での成膜が可能
• チャンバ内にターゲットホルダが複数付いているので多層膜の作製が容易。
• RHEEDによるその場観察が可能。 

　 我々が作製する薄膜は主に酸化物半導体で、膜厚は数ナノ〜数ミクロンです。基本的に酸化物はバンドギャップが広く融点が高いのですが、高エネルギーレーザー（エネルギー密度：１〜５J/cm²）を照射する事でほとんどのターゲットのアブレーションが可能です。

4. 使用例

　透明FETなど細野・神谷研究室におけるほとんどの薄膜はPLDによって成膜されています。