JP3790809B2 - Method and apparatus for producing thin film by Raman shift pulse laser deposition - Google Patents

Method and apparatus for producing thin film by Raman shift pulse laser deposition Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラマンシフトパルスレーザ蒸着により表面粒子の発生を抑制し、ナノメータ次元の平滑度を有する高品質の結晶薄膜及び積層薄膜を作製する方法及びその装置に関するものであり、さらに詳しくは、半導体、誘電体、超伝導体、磁性体、伝導体、絶縁体などの金属酸化物系、金属系や、無機及び有機化合物系などの諸材料の薄膜、例えば、電子・磁気材料のエピタキシャル( 単結晶)薄膜、結晶性薄膜、非晶性薄膜とそれらの積層薄膜や人工格子及び電子・磁気素子用薄膜を作製する方法と装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
諸材料の薄膜作製法として、パルスレーザ蒸着法、スパッター法、Kセルや電子ビームを使った加熱蒸着法、プラズマCVD法などがある。そのうち、パルスレーザ蒸着法は、無機、有機の両材料に適用できること、酸素圧下でもその成膜が可能であること、膜中の構成元素の組成比を精密に制御し易いこと、などの特長を有する。
そのために、パルスレーザ蒸着法は、複雑な元素構成比からなる銅酸化物系の高温超伝導体やマンガン系酸化物の巨大磁気抵抗物質のような金属酸化物や化合物などの素子作製のための成膜方法として適している。
しかし、レーザ蒸着法には表面粒子が生成し易いという欠点があり、このことが解決すべき最大の課題となっている。
【0003】
また、超伝導体の3端子素子やジョセフソン結合素子、巨大磁気抵抗物質の磁気ヘッドやトンネルトランジスターのような次世代の電子・磁気薄膜素子の開発を行うにはナノメータ次元の平滑度と厚さを持つ高品質の結晶薄膜の作製と薄膜の積層化とを達成する必要がある。しかし、従来のいずれの方法でも表面粒子の析出などによりそのような高品質の結晶薄膜と積層薄膜はできていないので、これまでの方法はいずれも産業での利用にまで至っていない。
【0004】
パルスレーザ蒸着法では、短波長のレーザ光を使うほど良質の膜が作製できると期待されることから、波長193nmのフッ化アルゴン(ArF)や249nmのフッ化クリプトン(KrF)などの紫外線エキシマーガスレーザが主に用いられ研究されているが、いまだ表面粒子を完全には抑制するに至っていない。Nd:YAGなどの固体レーザは基本波(1064nm)、第2高調波(532nm)、第3高調波(355nm)、第4高調波(266nm)と倍波発生結晶を使って波長を変えることができる。従来の第3高調波までを使った場合は、表面粒子が多くて良質の結晶薄膜は作製されていなかった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
このような状況の中で、本発明者らは、Nd:YAG第4高調波を使ったレーザ蒸着法によりBa2 Cu3 y (YBCO)高温超伝導体の薄膜作製の研究を行い、表面粒子生成を大幅に抑制することに成功した。これは、レーザ光を第3から第4高調波へと短波長光に変えたことと、YAG固体レーザはエキシマーガスレーザよりパルス幅が狭い(1/3−1/5)ことなどが有利に働き表面粒子の低減化ができたものであり、このことから、より短波長化を図れば表面粒子の発生をさらに落とすことができるものと本発明者らは認定するに至った。
【0006】
電子・磁気素子の開発に向けて表面粒子の発生を抑制しナノメータ次元の平滑度を有する高品質の結晶薄膜と積層薄膜の作製を可能するには、できる限り短波長の真空紫外線域のレーザ光が必要となる。
また、無機材料をパルスレーザ法で蒸発させて薄膜を作るには数十mJ/パルスの出力エネルギーとパルスレーザ光の連続的かつ安定な発振が要求される。しかし、ArFエキシマーレーザの発振周波数193nmよりも短い波長を持ち、高出力でかつ安定発振する光源はないので、十分な出力と安定度とを持つ真空紫外線域のパルスレーザ光源とそれを用いたレーザ蒸着による薄膜や積層薄膜の作製方法と装置を開発することが必要となる。
【0007】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、ラマン効果を使ってレーザ光の短波長化を行い真空紫外線を含み蒸着に充分な出力エネルギーと安定度とを持つラマンシフトしたパルスレーザ光を発生させ、それを使ったパルスレーザ蒸着による表面粒子の発生を抑制した良質な結晶薄膜及び積層薄膜の作製方法と、該方法を具現化し得る装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、表面粒子の発生を抑制しナノメータ次元の平滑度を有する高品質の結晶薄膜と積層薄膜の作製を可能とするラマンシフトパルスレーザ蒸着による薄膜の作製方法及びその装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明は、高い基準分子振動数を持つ物質に紫外線パルスレーザ光を照射して該レーザ光の短波長化を行い、真空紫外線を含み蒸着に充分な出力エネルギーと安定度とを持つラマンシフト化したパルスレーザ光を発生させ、該ラマンシフト真空紫外線を含むパルスレーザ蒸着により、ターゲット物質を蒸発させて基板上に該物質の薄膜を作製する方法である。
また、本発明は、以下の行程;
(1)光を透過し得る光学窓を両端に有する高圧ガス封入管の中に水素や重水素分子などの高い基準分子振動数νf を持つガスをあらかじめ数気圧から数十気圧の所定の圧まで封入しておき、一方の窓から振動数ν0 を持つ紫外線パルスレーザ光をレンズなどを用いて封入ガス中に集光し照射してν0 ±n νf ( nは整数) の振動数を持ち真空紫外線も含むラマンシフト光を他方の窓に向かって効率よく発生させる第1行程、
(2)無機単結晶基板やガラス基板などの基板をセットしその温度を制御できるヒータ付きの基板ホルダーと薄膜を作製しようとする無機や有機材料のタ−ゲットをセットできるターゲットホルダーとを具備しかつ低圧や真空まで排気できる真空チャンバーの中にあらかじめターゲットをセットしておき、ラマンシフトしたパルスレーザ光又はそれを分光した光をレンズを使いターゲット上に集光し照射して、ターゲット物質をパルス的に分解し蒸発させて基板上に衝突させる第2行程、
を所定のパルスの回数だけ行い、その物質の結晶性や非晶性の薄膜を作製する方法である。
【0009】
また、本発明は、複数個のタ−ゲットをセットできるターゲットホルダーと、基板ホルダーとを具備する真空チャンバーの中にあらかじめ複数個のターゲットをセットしておき、
上記の第1行程と、第2行程と、を所定のパルスの回数だけ行う過程を各ターゲットについて順次に行い、基板上にそれらの物質の薄膜を順次に積層して薄膜(積層薄膜)を作製する方法である。
【0010】
また、本発明は、上記薄膜を作製する装置であって、
高圧ガスを封入しパルスレーザ光を照射してより短波長の真空紫外線を含むラマンシフトパルスレーザ光を発生させ得るラマンシフトレーザ光発生手段と、
ラマンシフトレーザ光又はそれを分光した光を真空紫外線をも透過可能なレンズなどにより集光の程度を変えてタ−ゲットに照射するラマンシフト光の集光可変照射手段と、基板をセットし高温までその温度制御が可能なヒータ付きの基板ホルダーとタ−ゲットをセットできかつ均一にターゲットを蒸発させるためのターゲット回転機構などのターゲット均一蒸発機構とを具備する真空チャンバーを用いた蒸着手段と、を有してなる装置である。
【0011】
さらに、本発明は、上記積層薄膜を作製する装置であって、
上記ラマンシフトパルスレーザ光を発生させる手段と、
ラマンシフトパルスレーザ光の集光可変照射手段と、
上記基板ホルダー及びターゲット均一蒸発機構と、種々の物質や材料の複数個のタ−ゲットをセットできかつ各ターゲットをレーザ光の集光照射位置へ順次に移動できるターゲット位置移動機構と、を具備する真空チャンバーを用いた蒸着手段と、
を有してなる装置である。
【0012】
【発明の実施の形態】
次に、本発明についてさらに詳細に説明する。
本発明は、上記のように、高い基準分子振動数を持つ物質に紫外線パルスレーザ光を照射して該レーザ光の短波長化を行い、真空紫外線を含み蒸着に充分な出力エネルギーと安定度とを持つラマンシフト化したパルスレーザ光を発生させ、該ラマンシフト真空紫外線を含むパルスレーザ蒸着により、ターゲット物質を蒸発させて基板上に該物質の薄膜を作製する点に特徴を有する。
なお、ラマン効果とは、振動数νf の基準分子振動数を持つ物質に、ν0 の振動数を持ち高出力のパルスレーザ光などの光を照射すると、ν0 +n νf ( nは整数) の振動数を持つ光(アンチストークス線)とν0 −n νf の振動数を持つ光(ストークス線)とが発生する現象である。
短波長のパルス真空紫外線を効率よく発生させるには、入射光としてNd:YAGレーザの第4高調波やArFエキシマーガスレーザのようなできる限り高振動数で高出力の紫外線パルスレーザ光を使い、また、ラマンシフト用の物質としては、ラマン効果が起こる必要条件である点対称分子構造を持ち、かつ、できる限り高い基準振動数を持つ水素や重水素のような分子性ガスを用いる必要がある。本発明では、入射光として、Nd:YAGレーザの第4高調波、Ti:サファイアレーザの第3及び第4高調波やArFエキシマ−ガスレーザが、また、ラマンシフト用の物質として、水素、重水素、メタン、重水素化メタン、エタン、重水素化エタンなどが好適に使用されるが、これらは制限されない。
【0013】
なお、該ラマンシフトによるパルスレーザ蒸着方法による成膜は、作製しようとする薄膜の材料や物質の種類に依存しないが、本発明を説明するにあたって、該ラマンシフト真空紫外線を含むパルスレーザ蒸着により、YBCO超伝導体とLaPbMnO系磁性体の薄膜、及び、YBCOとCeO2 (酸化セリウム)との積層薄膜の作製の研究中に本発明者らが知り得た事実、及び、本発明の方法は、従来法よりも高品質な結晶薄膜及び積層薄膜が作製可能であることを実証したことを例として以下に詳述する。
【0014】
真空紫外線への変換効率を高めて良質の結晶薄膜を作製するには、高圧ガス封入管中の水素ガスなどのガス圧は4−20気圧程の範囲で最適の圧を設定する必要がある。従来のYAGレーザの第4高調波を用いてレーザ蒸着により結晶薄膜を作製する際には25−40mJ/パルス程のレーザエネルギーを要する。これに対し、該ラマンシフトによるパルスレーザ蒸着方法による成膜の場合には、封入管中のガスによる光吸収と散乱及びレンズなどによる吸収に伴うエネルギー損失があるので、高圧ガス封入管への入射用の第4高調波は約2倍の50−70mJ/パルス程のエネルギーを要した。したがって、入射用のレーザは高出力かつ可変である必要があり、また、真空紫外線への変換効率を高めるにはガス封入管中へ集光して照射するための集光可変機能を必要とする。
【0015】
成膜時には、パルスレーザ光の照射によりターゲット物質の化学結合が切断されて構成元素の原子、イオンや様々なクラスターなどの粒子が瞬間的に発生してアブレーションプルーム(蒸発炎)と呼ばれるプラズマ状態の炎が発生し、それが基板に衝突して薄膜が形成される。この蒸発炎中では、粒子が酸素と衝突し酸化反応が起きている。薄膜の良否と電磁気学的特性は成膜時のこの蒸発炎中の粒子の持つエネルギーと酸化の程度、したがって、蒸発炎の形、大きさ、色に大きく依存する。また、該ラマンシフトパルスレーザ蒸着方法では種々の波長の光が混在しており、それらの光は全て焦点距離が異なるので、レンズでどの波長の光を主体に、また、どの程度までターゲット上に集光し照射してターゲットを分解・蒸発させるかで蒸発炎は大きく変化する。そのために、短波長の真空紫外線をも透過するレンズを用い真空下などでその位置を変えて集光を可変にする必要がある。また、例えば、YBCOとCeO2 などの複数の材料の結晶積層薄膜を作製するには、両方のターゲットを最初から真空チャンバー中に入れておき、真空を破ることなく順次にターゲットを変えて蒸着する必要がある。
【0016】
これらの事実に基づき、該ラマンシフトパルスレーザ蒸着方法は、従来の方法に比べてラマン効果に付随する分だけ多くの作製手段の構築と条件の最適化を行う必要があるが、一旦構築及び最適化すれば、該ラマンシフトパルスレーザ蒸着により、再現良く表面粒子が低減化された薄膜や積層薄膜を作製することが可能であることが実証され、産業に利用可能な技術になり得ることが明らかとなった。
【0017】
【実施例】
次に、本発明に係わる薄膜と積層薄膜の作製方法及び薄膜と積層薄膜の作製装置の一実施例を添付図面に基づいて説明するが、該実施例は、本発明の好適な一実施例を示すものであって、本発明は該実施例によって何ら限定されるものではない。
【0018】
図1は、本発明に係わる薄膜と積層薄膜の作製方法を具現化した薄膜と積層薄膜の作製装置1の構成の一例を示す概略図である。該実施例においては、該薄膜と積層薄膜の作製装置1は、短波長の紫外線パルスレーザ発生部2と、
水素などのガスを高圧に封入できかつラマンシフト効果により真空紫外線を発生できる高圧ガス封入管3と、
高圧ガス封入管3中に紫外線パルスレーザ発生部2からの光を集光し照射するための集光可変用レンズ4と、ラマン効果により発生した真空紫外線を含むパルスレーザ光をレンズ位置を変えるなどして真空チャンバー内のターゲットへ集光の程度を変えて照射する集光可変照射手段5と、結晶やガラス基板などの基板をセットし高温まで基板の温度を制御可能なヒータ付きの基板ホルダー6とタ−ゲットをセットできるターゲットホルダー7とを具備しかつ真空ポンプ8により低圧や真空まで排気できる真空チャンバー9と、からなるものとした。
【0019】
なお、紫外線パルスレーザ発生部2はできる限り出力が高くレーザ光が安定に発振をすることが必要なので、できる限り高振動数で高出力の紫外線パルスレーザ光、例えば、Nd:YAGの第4高調波パルスレーザ又はArFやKrFなどのエキシマーガスレーザなどが用いられる。また、高圧ガス封入管3は、好適には、封入ガスの圧力を数気圧から数十気圧まで変えてラマンシフト真空紫外線の発生効率とレーザ蒸着への効果を最適化できるように圧力調整機能付きの水素ガスボンベ3aと圧力計3bなどとを具備するものが使用される。該高圧ガス封入管3は、レーザ入射用光学窓3cとラマンシフト光の出力用の光学窓とを有するが、入射用光学窓はレーザ発生部2からの紫外線パルスレーザ光を照射するためにその光を透過し得る溶融石英製の窓材などとし、出力用の光学窓はラマン効果で発生した真空紫外線をも透過するようにフッ化マグネシウム、フッ化カルシウムやフッ化リチウム製の光学窓とするか、ターゲットへの集光も兼ねてそれらの集光照射用レンズ5aとすることができる。
【0020】
基板ホルダー6は成膜条件の最適化の際に、条件の1つとしてターゲットと基板間の距離の最適化を行うので、該距離を変えるための直線導入機構(端子)10を具備するものとした。
また、ターゲットホルダー7は1つの薄膜の作製のみでなく、複数個(例えば、A、B、C3つなど)のターゲットをセットしそれらの薄膜を順次に積層化できるように、ラマンシフト真空紫外線を含むパルスレーザ光が集光照射される位置へ順次にターゲットを移動するためのステップモータ駆動などによるターゲット位置移動機構11と、レーザ光が一点に集中してターゲットの損傷を起こすことを避けるためのモータ駆動によるターゲット自転機構12などのターゲット均一蒸発機構とを具備するものとした。また、真空ポンプ8は、レーザ蒸着による金属酸化物系の電子・磁気材料の薄膜作製の場合には、低圧ながら酸素圧を変えて条件の最適化を行う必要があることから、電磁弁などによる圧力制御系8aを具備するものとした。上記各機構は、同様の機能を有するものであればその構成は制限されない。
【0021】
次に、上記のように構成したレーザ蒸着薄膜作製装置を用いてYBCO超伝導体の結晶薄膜を作製した例に基づいて本発明の方法を具体的に説明する。
【0022】
1)方法
YBCO超伝導体などの円盤状に成形したターゲットを、真空チャンバー9中のターゲットホルダー7にセットする。レーザ光が一点に集中してターゲットの損傷が起こるのを避けるためのターゲット自転機構12により、ターゲットを回転させておく。洗浄したSrTiO3 (STO)単結晶基板をヒータ付きの基板ホルダー6にセットして、真空チャンバーを一旦高真空まで排気する。基板温度を所定の温度(650−800℃程) まで上げて基板表面を清浄化した後、超高純度酸素を真空チャンバー中に少量導入し、真空ポンプ8につながっている圧力制御系8aを調整して所定の酸素圧(0.1−1.0Torr程) に設定する。ラマンシフト用の高圧ガス封入管3の中に水素を所定の圧(4−20気圧程)まで導入する。
【0023】
あらかじめ以上の操作をした後、YAGパルスレーザの第4高調波を集光可変用レンズ4を使って高圧ガス封入管3の中へ集光し照射して、ラマン効果により真空紫外線パルスレーザ光を発生させる。この真空紫外線を含むパルスレーザ光を集光可変照射手段5によりターゲットへ集光して照射し、ターゲット物質をパルス的に基板に向けてアブレーションさせて基板上にYBCOの結晶薄膜を作製する。成膜時には、通常のレーザ蒸着法における条件、即ち、基板温度、酸素圧、レーザ周波数などの諸条件の他、該ラマンシフトレーザ蒸着方法に付随する条件、即ち、高圧ガス封入管中の水素ガス圧、YAGレーザの第4高調波の出力と高圧ガス封入管中での集光距離、真空紫外線を含むラマンシフトパルスレーザ光のターゲット上での集光密度などを以下のように最適化した。基板温度:740℃、酸素圧:50Pa、レーザ周波数:1ヘルツ、水素ガス圧:5気圧、YAGレーザの第4高調波の出力:70mJ/パルス、高圧ガス封入管中の集光距離:45cm、ラマンシフトパルスレーザ光の集光密度:約2J/cm2 /パルス。
上記行程により、YBCO超伝導体の結晶薄膜を作製した。
【0024】
2)結果
a)上記のラマンシフトパルスレーザ蒸着方法の実験により作製したYBCO超伝導体の結晶薄膜の特性と、b)従来のYAG第4高調波を用いたレーザ蒸着方法で作製した薄膜の特性との比較を図2、図3、図4と図5に示す。図2は電気抵抗の温度依存性である。両方の薄膜の超伝導転移温度は共に約89Kであり互いに遜色はない。しかし、同転移温度以上での温度域での電気抵抗をみると、a)の該ラマンシフトパルスレーザ蒸着方法で作製した試料は、b)の試料の3分の1以下の値を示しており、より良質な薄膜であることが分かる。
【0025】
図3の薄膜のX線回折スペクトルに示すように、a),b)の両レーザ蒸着方法で作製した膜は共に、基板に使ったSTO結晶の(h00);h=1−3のX線回折線以外には、YBCO超伝導結晶の(00l);l=1−11の回折スペクトルのみからなっているが、回折線の強度はa)の薄膜の方が全体的に強い。このことは、共にc軸配向した単結晶薄膜が作製されているが、a)の方がより良質の結晶膜であることを示している。
【0026】
さらに、図4、図5の薄膜の走査型電子顕微鏡( SEM) 写真(内尺は上図:1μm,下図:10μm)が示すように、図4のa)の該ラマンシフトパルスレーザ蒸着法で作製した膜では、図5のb)の従来のYAG第4高調波を用いて作製した薄膜よりも不純物表面粒子の数が大幅に減少すると共にその大きさも極めて小さくなっている。以上のことから、a)の該ラマンシフトパルスレーザ蒸着方法で作製した膜は表面粒子の発生が抑制され膜質が向上していることが分かる。
【0027】
図6は該ラマンシフトパルスレーザ蒸着方法でYBCOとCeO2 を順番に成膜した2層積層試料のX線回折スペクトルである。
基板に使ったSTO結晶の(h00);h=1−3のX線回折線以外には、YBCO超伝導結晶の(00l);l=1−11とCeO2 結晶の(h00);h=2,4の回折スペクトルのみからなっていることから、YBCO/CeO2 の良質な結晶積層薄膜が作製されていることを示している。
【0028】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係わる薄膜と積層薄膜の作製方法と装置は、ラマン効果による真空紫外線を含むラマンシフトパルスレーザ光の発生系と、ターゲット上でのその集光の程度を変えて照射する集光可変照射系と、真空チャンバー系とを有機的に結合して、従来のYAG第4高調波などでは作製不可能であった、不純物表面粒子の発生の抑制を可能にして、高品質のYBCOなどの材料の結晶薄膜の作製を可能とする。
【0029】
しかも、本発明のレーザ蒸着方法は、作製しようとする薄膜の材料や物質の種類に依存しない。即ち、ターゲットさえ作製できれば、無機材料か有機材料かに依存せずに、また、半導体、誘電体、超伝導体、磁性体、伝導体、絶縁体などの金属酸化物系、金属系や化合物系のいずれをも対象にしてその結晶薄膜を作製でき、また、ターゲット位置を順次に変えさえすれば高品質の多層積層薄膜を作製することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】ラマンシフトパルスレーザ蒸着方法による薄膜と積層薄膜の作製装置1の概略図である。
【図2】a)とb)はそれぞれ、ラマンシフトパルスレーザ蒸着方法と、Nd:YAGパルスレーザの第4高調波を用いたパルスレーザ蒸着方法により作製したYBCO超伝導結晶薄膜の電気抵抗の温度依存性を示す特性曲線図である。
【図3】a)とb)はそれぞれ、ラマンシフトパルスレーザ蒸着方法と、Nd:YAGパルスレーザの第4高調波を用いたパルスレーザ蒸着方法により作製したYBCO超伝導結晶薄膜のX線回折スペクトルである。
【図4】ラマンシフトパルスレーザ蒸着方法により作製したYBCO超伝導結晶薄膜の表面の走査型電子顕微鏡(SEM) 写真である。
【図5】Nd:YAGパルスレーザの第4高調波を用いたパルスレーザ蒸着方法により作製したYBCO超伝導結晶薄膜の表面の走査型電子顕微鏡(SEM) 写真である。
【図6】該ラマンシフトパルスレーザ蒸着方法で作製したYBCO/CeO2 の2層積層薄膜のX線回折スペクトルである。
【符号の説明】
1 薄膜と積層薄膜の作製装置
2 紫外線パルスレーザ発生部
3 ラマンシフトパルスレーザ光発生用の高圧ガス封入管
4 集光可変用レンズ
5 集光可変照射手段
6 ヒータ付きの基板ホルダー
7 ターゲットホルダー
8 真空ポンプ
9 真空チャンバー
10 直線導入機構(端子)
11 ターゲット位置移動機構
12 ターゲットの自転機構などの均一蒸発機構
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method and apparatus for producing a high-quality crystal thin film and laminated thin film having a smoothness of nanometer dimension by suppressing generation of surface particles by Raman shift pulse laser deposition, and more particularly, a semiconductor. Thin films of various materials such as metal oxides such as dielectrics, superconductors, magnetics, conductors, insulators, metals, and inorganic and organic compounds, for example, epitaxial (single crystal of electronic and magnetic materials) The present invention relates to a method and an apparatus for producing a thin film, a crystalline thin film, an amorphous thin film, a laminated thin film thereof, an artificial lattice, and a thin film for an electronic / magnetic element.
[0002]
[Prior art]
As methods for forming thin films of various materials, there are a pulse laser deposition method, a sputtering method, a heating deposition method using a K cell or an electron beam, a plasma CVD method, and the like. Among them, the pulse laser deposition method is applicable to both inorganic and organic materials, can be formed even under oxygen pressure, and can easily control the composition ratio of constituent elements in the film. Have.
Therefore, the pulse laser deposition method is used to fabricate elements such as metal oxides and compounds such as copper oxide-based high-temperature superconductors and manganese-based giant magnetoresistive materials with complex elemental composition ratios. It is suitable as a film forming method.
However, the laser vapor deposition method has a drawback that surface particles are easily generated, and this is the biggest problem to be solved.
[0003]
In order to develop next-generation electronic and magnetic thin film devices such as superconductor three-terminal devices, Josephson coupling devices, giant magnetoresistive magnetic heads and tunnel transistors, nanometer-scale smoothness and thickness It is necessary to achieve the production of high-quality crystalline thin films and the lamination of thin films. However, since none of the conventional methods has produced such a high-quality crystalline thin film and laminated thin film due to precipitation of surface particles, none of the conventional methods has been used in industry.
[0004]
In the pulsed laser deposition method, it is expected that a better quality film can be produced as the laser light with a shorter wavelength is used. Is mainly used and studied, but it has not yet completely suppressed surface particles. The solid-state laser such as Nd: YAG can change the wavelength by using a fundamental wave (1064 nm), a second harmonic (532 nm), a third harmonic (355 nm), a fourth harmonic (266 nm) and a harmonic generation crystal. it can. When up to the third harmonic of the prior art was used, a high quality crystal thin film was not produced because of many surface particles.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Under such circumstances, the present inventors conducted research on the preparation of a Ba 2 Cu 3 O y (YBCO) high-temperature superconductor thin film by a laser vapor deposition method using Nd: YAG fourth harmonics. Succeeded in significantly suppressing particle formation. This is because the laser light is changed from the third to the fourth harmonic to the short wavelength light, and the YAG solid laser has a narrower pulse width (1/3 to 1/5) than the excimer gas laser. The present inventors have succeeded in reducing the number of surface particles, and from this fact, the inventors have recognized that the generation of surface particles can be further reduced if the wavelength is further reduced.
[0006]
For the development of electronic and magnetic elements, it is possible to produce high-quality crystalline thin films and laminated thin films with smoothness of nanometer dimensions by suppressing the generation of surface particles. Is required.
Further, in order to evaporate an inorganic material by the pulse laser method to form a thin film, output energy of several tens mJ / pulse and continuous and stable oscillation of the pulse laser beam are required. However, since there is no light source having a wavelength shorter than the oscillation frequency of 193 nm of the ArF excimer laser, high output and stable oscillation, a pulse laser light source in the vacuum ultraviolet region having sufficient output and stability and a laser using the same It is necessary to develop a method and apparatus for producing thin films and laminated thin films by vapor deposition.
[0007]
The present invention has been made to solve the above-described problems. The Raman effect is used to shorten the wavelength of laser light, and the Raman energy has sufficient output energy and stability including vacuum ultraviolet rays for vapor deposition. An object of the present invention is to provide a method for producing a high-quality crystal thin film and a laminated thin film in which a shifted pulsed laser beam is generated and generation of surface particles by pulse laser deposition using the pulsed laser beam is suppressed, and an apparatus capable of embodying the method. To do.
In addition, the present invention provides a method and apparatus for producing a thin film by Raman shift pulse laser deposition that suppresses the generation of surface particles and makes it possible to produce a high-quality crystalline thin film and a laminated thin film having nanometer-dimensional smoothness. For the purpose.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention irradiates a substance having a high reference molecular frequency with an ultraviolet pulse laser beam to shorten the wavelength of the laser beam, and includes a vacuum ultraviolet ray and sufficient output energy and stability for vapor deposition. This is a method for producing a thin film of a material on a substrate by generating a Raman-shifted pulsed laser beam having a temperature and evaporating a target material by pulsed laser deposition including the Raman-shifted vacuum ultraviolet light.
The present invention also includes the following steps:
(1) A gas having a high reference molecular frequency ν f , such as hydrogen or deuterium molecules, is preliminarily set to a predetermined pressure of several to several tens of atmospheres in a high-pressure gas sealing tube having optical windows that can transmit light at both ends. The ultraviolet pulse laser beam having the frequency ν 0 is condensed into the sealed gas using a lens or the like from one window and irradiated to ν 0 ± n ν f (where n is an integer). The first step of efficiently generating Raman-shifted light including vacuum ultraviolet rays toward the other window,
(2) A substrate holder with a heater capable of setting a substrate such as an inorganic single crystal substrate or a glass substrate and controlling its temperature, and a target holder capable of setting a target of an inorganic or organic material to be used to produce a thin film. A target is set in advance in a vacuum chamber that can be evacuated to low pressure or vacuum, and the pulsed target material is pulsed by condensing and irradiating the Raman-shifted pulsed laser beam or light splitting it onto the target using a lens. A second step of automatically decomposing and evaporating and colliding with the substrate,
Is performed for a predetermined number of pulses to produce a crystalline or amorphous thin film of the substance.
[0009]
In the present invention, a plurality of targets are set in advance in a vacuum chamber having a target holder capable of setting a plurality of targets and a substrate holder.
The process of performing the first process and the second process for the predetermined number of pulses is sequentially performed for each target, and a thin film (laminated thin film) is formed by sequentially laminating thin films of these substances on the substrate. It is a method to do.
[0010]
The present invention is an apparatus for producing the thin film,
A Raman shift laser light generating means capable of generating a Raman shift pulsed laser light containing vacuum ultraviolet light having a shorter wavelength by enclosing the high pressure gas and irradiating the pulsed laser light;
A Raman shift light condensing variable irradiation means for irradiating the target with a Raman shift laser light or a light splitting it with a lens or the like that can transmit vacuum ultraviolet rays while changing the degree of condensing, and a substrate are set at a high temperature. Vapor deposition means using a vacuum chamber comprising a substrate holder with a heater capable of temperature control and a target uniform evaporation mechanism such as a target rotation mechanism for uniformly evaporating the target, and a target holder; It is an apparatus which has.
[0011]
Furthermore, the present invention is an apparatus for producing the laminated thin film,
Means for generating the Raman shift pulse laser beam;
Condensation variable irradiation means of Raman shift pulse laser light,
The substrate holder and the target uniform evaporation mechanism, and a target position moving mechanism capable of setting a plurality of targets of various substances and materials and sequentially moving each target to a laser beam focusing position. Vapor deposition means using a vacuum chamber;
It is an apparatus which has.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, the present invention will be described in more detail.
As described above, the present invention irradiates a substance having a high reference molecular frequency with ultraviolet pulse laser light to shorten the wavelength of the laser light, and includes output energy and stability sufficient for vapor deposition including vacuum ultraviolet light. It is characterized in that a pulsed laser beam having a Raman shift is generated and a target material is evaporated by pulsed laser deposition including the Raman shifted vacuum ultraviolet ray to produce a thin film of the material on the substrate.
The Raman effect is defined as ν 0 + n ν f (where n is an integer) when a substance having a reference molecular frequency of ν f is irradiated with light such as high-power pulsed laser light having a ν 0 frequency. ) Light (anti-Stokes line) and light having a frequency of ν 0 −n ν f (Stokes line) are generated.
In order to efficiently generate short-wavelength pulsed vacuum ultraviolet light, use high-frequency ultraviolet pulsed laser light as high frequency as possible, such as the fourth harmonic of an Nd: YAG laser or ArF excimer gas laser as incident light. As a material for Raman shift, it is necessary to use a molecular gas such as hydrogen or deuterium having a point-symmetric molecular structure, which is a necessary condition for the Raman effect, and having a reference frequency as high as possible. In the present invention, the incident light includes the fourth harmonic of an Nd: YAG laser, the third and fourth harmonics of a Ti: sapphire laser, and an ArF excimer gas laser, and hydrogen, deuterium as Raman shift substances. , Methane, deuterated methane, ethane, deuterated ethane and the like are preferably used, but are not limited thereto.
[0013]
The film formation by the pulsed laser deposition method by Raman shift does not depend on the material of the thin film to be produced and the type of substance, but in explaining the present invention, by pulsed laser deposition including the Raman shifted vacuum ultraviolet ray, The fact that the present inventors have learned during the study of the production of a thin film of YBCO superconductor and LaPbMnO-based magnetic material, and a laminated thin film of YBCO and CeO 2 (cerium oxide), and the method of the present invention, An example of demonstrating that it is possible to produce a crystalline thin film and a laminated thin film with higher quality than the conventional method will be described in detail below.
[0014]
In order to increase the efficiency of conversion to vacuum ultraviolet rays and produce a high-quality crystal thin film, it is necessary to set an optimum gas pressure such as hydrogen gas in the high-pressure gas sealing tube within a range of about 4 to 20 atm. When a crystal thin film is produced by laser vapor deposition using the fourth harmonic of a conventional YAG laser, a laser energy of about 25-40 mJ / pulse is required. On the other hand, in the case of film formation by the pulse laser vapor deposition method using the Raman shift, there is energy loss due to light absorption and scattering by the gas in the sealed tube and absorption by the lens, so that the incident light enters the high pressure gas sealed tube. The 4th harmonic used for this required about twice as much energy as 50-70 mJ / pulse. Therefore, the incident laser needs to be high output and variable, and in order to increase the conversion efficiency into vacuum ultraviolet rays, it needs a variable light collection function for condensing and irradiating the gas sealed tube. .
[0015]
During film formation, irradiation of pulsed laser light breaks the chemical bonds of the target material and momentarily generates constituent elements such as atoms, ions, and various clusters, resulting in a plasma state called an ablation plume (evaporation flame). A flame is generated that strikes the substrate and forms a thin film. In this evaporation flame, particles collide with oxygen and an oxidation reaction takes place. The quality and electromagnetic characteristics of the thin film greatly depend on the energy and degree of oxidation of the particles in the evaporation flame at the time of film formation, and thus the shape, size, and color of the evaporation flame. In addition, in the Raman shift pulse laser deposition method, light of various wavelengths is mixed, and all of these lights have different focal lengths. Therefore, the lens mainly focuses on which wavelength of light, and to what extent the light is on the target. The evaporative flame changes greatly depending on whether the target is decomposed or evaporated by focusing and irradiating. For this purpose, it is necessary to change the position of the lens under a vacuum or the like using a lens that transmits even short-wavelength vacuum ultraviolet rays to make the light condensing variable. Also, for example, in order to produce a crystal laminated thin film of a plurality of materials such as YBCO and CeO 2 , both targets are placed in a vacuum chamber from the beginning, and vapor deposition is performed by changing the targets sequentially without breaking the vacuum. There is a need.
[0016]
Based on these facts, the Raman shift pulse laser deposition method needs to construct as many production means and optimize the conditions as the incidental to the Raman effect as compared with the conventional method. In other words, it has been demonstrated that it is possible to produce thin films and laminated thin films with reduced surface particles with good reproducibility by means of the Raman shift pulse laser deposition, which can be a technology that can be used in industry. It became.
[0017]
【Example】
Next, an embodiment of a thin film and multilayer thin film manufacturing method and a thin film and multilayer thin film manufacturing apparatus according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the examples.
[0018]
FIG. 1 is a schematic view showing an example of the configuration of a thin film and laminated thin film manufacturing apparatus 1 that embodies the thin film and laminated thin film manufacturing method according to the present invention. In the embodiment, the thin film and laminated thin film manufacturing apparatus 1 includes a short wavelength ultraviolet pulse laser generator 2,
A high-pressure gas sealing tube 3 capable of sealing a gas such as hydrogen at a high pressure and generating vacuum ultraviolet rays by a Raman shift effect;
A condensing variable lens 4 for condensing and irradiating the light from the ultraviolet pulse laser generator 2 in the high-pressure gas sealing tube 3 and a pulse laser beam including vacuum ultraviolet rays generated by the Raman effect are changed in position. Then, a variable-condensing irradiation means 5 for irradiating the target in the vacuum chamber while changing the degree of condensing, and a substrate holder 6 with a heater capable of setting the substrate such as a crystal or a glass substrate and controlling the temperature of the substrate to a high temperature. And a target holder 7 on which a target can be set, and a vacuum chamber 9 that can be evacuated to a low pressure or a vacuum by a vacuum pump 8.
[0019]
Since the ultraviolet pulse laser generator 2 needs to have a high output as much as possible and the laser beam oscillates stably, the ultraviolet pulse laser beam having a high frequency and a high output, for example, the fourth harmonic of Nd: YAG. A wave pulse laser or an excimer gas laser such as ArF or KrF is used. The high-pressure gas sealing tube 3 preferably has a pressure adjustment function so that the pressure of the sealed gas can be changed from several atmospheres to several tens of atmospheres to optimize the generation efficiency of Raman-shifted vacuum ultraviolet rays and the effect on laser deposition. A hydrogen gas cylinder 3a and a pressure gauge 3b are used. The high-pressure gas sealing tube 3 has an optical window 3c for laser incidence and an optical window for output of Raman shift light. The incident optical window is used to irradiate ultraviolet pulse laser light from the laser generator 2. A fused silica window material that can transmit light is used, and the optical window for output is an optical window made of magnesium fluoride, calcium fluoride, or lithium fluoride so that vacuum ultraviolet rays generated by the Raman effect can be transmitted. Or it can be set as the lens 5a for condensing irradiation also for condensing to a target.
[0020]
Since the substrate holder 6 optimizes the distance between the target and the substrate as one of the conditions when optimizing the film formation conditions, the substrate holder 6 includes a linear introduction mechanism (terminal) 10 for changing the distance. did.
The target holder 7 is not limited to the production of one thin film, but a Raman shift vacuum ultraviolet ray is used so that a plurality of targets (for example, A, B, C3, etc.) can be set and the thin films can be sequentially laminated. A target position moving mechanism 11 by step motor driving or the like for sequentially moving the target to a position where the pulsed laser beam including the laser beam is focused and irradiated, and to prevent the laser beam from being concentrated on one point and causing damage to the target. And a target uniform evaporation mechanism such as a target rotation mechanism 12 driven by a motor. Further, the vacuum pump 8 uses a solenoid valve or the like because it is necessary to optimize the conditions by changing the oxygen pressure while the pressure is low in the case of forming a metal oxide electronic / magnetic material thin film by laser deposition. The pressure control system 8a was provided. The configuration of each mechanism is not limited as long as it has a similar function.
[0021]
Next, the method of the present invention will be specifically described based on an example in which a crystal thin film of YBCO superconductor is produced using the laser vapor deposition thin film production apparatus configured as described above.
[0022]
1) Method A target formed into a disk shape such as YBCO superconductor is set in the target holder 7 in the vacuum chamber 9. The target is rotated by the target rotation mechanism 12 for preventing the laser beam from being concentrated on one point and causing damage to the target. The cleaned SrTiO 3 (STO) single crystal substrate is set on a substrate holder 6 with a heater, and the vacuum chamber is once evacuated to a high vacuum. After cleaning the substrate surface by raising the substrate temperature to a predetermined temperature (about 650-800 ° C.), a small amount of ultra-high purity oxygen is introduced into the vacuum chamber, and the pressure control system 8a connected to the vacuum pump 8 is adjusted. Then, a predetermined oxygen pressure (about 0.1-1.0 Torr) is set. Hydrogen is introduced into the high-pressure gas sealing tube 3 for Raman shift to a predetermined pressure (about 4-20 atm).
[0023]
After the above operation in advance, the fourth harmonic of the YAG pulse laser is condensed and irradiated into the high-pressure gas sealed tube 3 using the condensing variable lens 4, and the vacuum ultraviolet pulse laser beam is emitted by the Raman effect. generate. The pulsed laser beam containing this vacuum ultraviolet ray is condensed and irradiated onto the target by the condensing variable irradiating means 5, and the target material is pulsed and ablated toward the substrate to produce a YBCO crystal thin film on the substrate. At the time of film formation, in addition to the conditions in the usual laser vapor deposition method, that is, various conditions such as the substrate temperature, oxygen pressure, and laser frequency, conditions associated with the Raman shift laser vapor deposition method, that is, hydrogen gas in the high-pressure gas sealing tube The pressure, the output of the fourth harmonic of the YAG laser, the focusing distance in the high-pressure gas sealed tube, the focusing density of the Raman shift pulsed laser light including vacuum ultraviolet rays on the target were optimized as follows. Substrate temperature: 740 ° C., oxygen pressure: 50 Pa, laser frequency: 1 Hz, hydrogen gas pressure: 5 atm, output of fourth harmonic of YAG laser: 70 mJ / pulse, condensing distance in high-pressure gas sealed tube: 45 cm, Condensation density of the Raman shift pulse laser beam: about 2 J / cm 2 / pulse.
A crystal thin film of YBCO superconductor was produced by the above process.
[0024]
2) Results a) Characteristics of the crystalline thin film of YBCO superconductor produced by the above-mentioned Raman shift pulse laser deposition method experiment, and b) Characteristics of the thin film produced by the conventional laser deposition method using the fourth harmonic of YAG. Comparison with FIG. 2 is shown in FIG. 2, FIG. 3, FIG. 4 and FIG. FIG. 2 shows the temperature dependence of the electrical resistance. Both thin films have a superconducting transition temperature of about 89 K, which is comparable to each other. However, looking at the electrical resistance in the temperature range above the same transition temperature, the sample produced by the Raman shift pulse laser deposition method of a) shows a value less than one third of the sample of b). It turns out that it is a better quality thin film.
[0025]
As shown in the X-ray diffraction spectrum of the thin film in FIG. 3, both the films prepared by the laser vapor deposition methods a) and b) are both (h00) of the STO crystal used for the substrate; Besides the diffraction line, it consists only of the diffraction spectrum of YBCO superconducting crystal (00l); l = 1-11, but the intensity of the diffraction line is generally stronger in the thin film a). This indicates that although c-axis oriented single crystal thin films are both produced, a) is a better quality crystal film.
[0026]
Further, as shown in the scanning electron microscope (SEM) photographs of the thin film of FIGS. 4 and 5 (the inner scale is the upper figure: 1 μm, the lower figure: 10 μm), the Raman shift pulse laser deposition method of FIG. In the produced film, the number of impurity surface particles is greatly reduced and the size thereof is extremely smaller than that of the thin film produced using the conventional YAG fourth harmonic shown in FIG. From the above, it can be seen that the film produced by the Raman shift pulse laser deposition method of a) is improved in surface quality and the film quality is improved.
[0027]
FIG. 6 is an X-ray diffraction spectrum of a two-layer laminated sample in which YBCO and CeO 2 are sequentially formed by the Raman shift pulse laser deposition method.
(00) of YBCO superconducting crystal; (h00) of CeO 2 crystal and (h00) of YBCO superconducting crystal, except for (h00) of STO crystal used for the substrate; h = 1-3; Since it consists of only 2 and 4 diffraction spectra, it shows that a good quality YBCO / CeO 2 crystal laminated thin film is produced.
[0028]
【The invention's effect】
As described above, the thin film and laminated thin film manufacturing method and apparatus according to the present invention change the generation system of Raman shift pulsed laser light including vacuum ultraviolet rays by the Raman effect and the degree of condensing on the target. The condensing variable irradiation system to irradiate and the vacuum chamber system are organically coupled to suppress the generation of impurity surface particles, which could not be produced by conventional YAG fourth harmonics, etc. This makes it possible to produce a crystalline thin film of a quality material such as YBCO.
[0029]
Moreover, the laser vapor deposition method of the present invention does not depend on the type of thin film material or substance to be produced. In other words, as long as the target can be produced, it does not depend on whether it is an inorganic material or an organic material, and is also based on metal oxides such as semiconductors, dielectrics, superconductors, magnetics, conductors, and insulators, metals and compounds The crystal thin film can be produced for any of the above, and a high-quality multilayer laminated thin film can be produced by changing the target position sequentially.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of an apparatus 1 for producing a thin film and a laminated thin film by a Raman shift pulse laser deposition method.
FIGS. 2a and 2b show the temperature of electrical resistance of a YBCO superconducting crystal thin film prepared by a Raman shift pulse laser deposition method and a pulse laser deposition method using a fourth harmonic of an Nd: YAG pulse laser, respectively. It is a characteristic curve figure which shows dependence.
FIGS. 3A and 3B are X-ray diffraction spectra of a YBCO superconducting crystal thin film prepared by a Raman shift pulse laser deposition method and a pulse laser deposition method using a fourth harmonic of an Nd: YAG pulse laser, respectively. It is.
FIG. 4 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the surface of a YBCO superconducting crystal thin film prepared by a Raman shift pulse laser deposition method.
FIG. 5 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the surface of a YBCO superconducting crystal thin film produced by a pulse laser deposition method using a fourth harmonic of an Nd: YAG pulse laser.
FIG. 6 is an X-ray diffraction spectrum of a YBCO / CeO 2 two-layer laminated thin film produced by the Raman shift pulse laser deposition method.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Thin film and laminated thin film production apparatus 2 Ultraviolet pulse laser generator 3 High pressure gas sealed tube 4 for generating Raman shift pulse laser light 4 Condensation variable lens 5 Condensation variable irradiation means 6 Substrate holder 7 with heater 7 Target holder 8 Vacuum Pump 9 Vacuum chamber 10 Straight line introduction mechanism (terminal)
11 Target position movement mechanism 12 Uniform evaporation mechanism such as target rotation mechanism

Claims (5)

点対称分子構造を持ち、かつ重水素化エタンよりも高い基準振動数を持つラマンシフト用の物質として使用できる分子性ガスに紫外線パルスレーザ光を照射して該レーザ光の短波長化を行い、真空紫外線を含み蒸着に充分な出力エネルギーと安定度とを持つラマンシフト化したパルスレーザ光を発生させ、該ラマンシフト真空紫外線を含むパルスレーザ蒸着により、ターゲット物質を蒸発させて基板上に該物質の薄膜を作製する方法。 It has a point symmetrical molecular structure, and performs a shorter wavelength of the laser beam is irradiated with pulsed ultraviolet laser light high standards frequencies than deuterated ethane molecular gas which can be used as material for Motsura Manshifuto, A Raman-shifted pulsed laser beam including vacuum ultraviolet rays and sufficient output energy and stability for vapor deposition is generated, and the target material is evaporated by pulsed laser vapor deposition including the Raman-shifted vacuum ultraviolet rays to form the material on the substrate. To produce a thin film. 以下の行程;
(1)光を透過し得る光学窓を両端に有する高圧ガス封入管の中に基準分子振動数νf を持つ水素、重水素、エタン、又は重水素化エタンのガスをあらかじめ4気圧から20気圧までの所定のガス圧で封入しておいた高圧ガス封入管に対して、一方の窓から振動数ν0 を持つ紫外線パルスレーザ光をその封入ガス中に集光し照射してν0±n νf ( nは整数) の振動数を持ち真空紫外線も含むラマンシフト光を他方の窓に向かって発生させる第1行程、
(2)基板をセットできかつその温度を制御できるヒータ付きの基板ホルダーと薄膜を作製しようとする無機材料ないし有機材料のターゲット(標的物質)をセットできるターゲットホルダーとを具備しかつ低圧や真空まで排気できる真空チャンバーの中にあらかじめセットしておいたターゲットに対して、ラマンシフトしたパルスレーザ光又はそれを分光した光をそのターゲット上に集光し照射して、ターゲット物質をパルス的に分解し蒸発させて基板上に衝突させる第2行程、
を作製しようとする膜厚になるまで所定のパルスの回数だけ行い、その物質の結晶性や非晶性の薄膜を作製するようにしたことを特徴とするレーザ蒸着による薄膜の作製方法。
The following steps:
(1) hydrogen with reference molecule vibration frequency [nu f in the high-pressure gas-filled tube having at both ends an optical window that can transmit light, deuterium, from e Tan, or pre-4 atm deuterated ethane gas 20 A high-pressure gas sealing tube sealed at a predetermined gas pressure up to atmospheric pressure is focused and irradiated with ultraviolet pulse laser light having a frequency ν 0 from one window into the sealed gas, ν 0 ± a first step of generating Raman-shifted light having a frequency of n ν f (where n is an integer) and including vacuum ultraviolet rays toward the other window;
(2) A substrate holder with a heater that can set the substrate and control its temperature, and a target holder that can set a target of inorganic material or organic material (target material) for producing a thin film, and even to low pressure and vacuum A target that has been set in advance in a vacuum chamber that can be evacuated is focused on and irradiated with a Raman-shifted pulsed laser beam or light obtained by splitting it, and the target material is decomposed in a pulsed manner. A second step of evaporating and impinging on the substrate,
A method for producing a thin film by laser vapor deposition, characterized in that a crystalline or amorphous thin film of the material is produced by a predetermined number of pulses until the film thickness to be produced is reached.
複数個のターゲットをセットできるターゲットホルダーと、基板ホルダーとを具備する真空チャンバーの中にあらかじめ複数個のターゲットをセットしておき、
第1行程と、第2行程とを所定のパルスの回数だけ行う過程を各ターゲットについて順次に行い、基板上にそれらの物質の薄膜を順次に積層するようにしたことを特徴とする請求項2記載の薄膜の作製方法。
A plurality of targets are set in advance in a vacuum chamber having a target holder that can set a plurality of targets and a substrate holder.
3. The process of performing the first process and the second process for a predetermined number of pulses is sequentially performed for each target, and thin films of these substances are sequentially stacked on the substrate. A method for producing the thin film described.
請求項2記載の薄膜を作製する方法に使用する装置であって、パルスレーザ光を照射して短波長の真空紫外線を含むラマンシフトパルスレーザ光を発生させ得るラマンシフト用高圧ガス封入管と、
ラマンシフトしたパルスレーザ光又はそれを分光した光を集光の程度を変えてターゲットに照射するラマンシフト光の集光可変照射手段と、基板をセット可能でかつ高温までその温度制御が可能なヒータ付きの基板ホルダーとターゲットをセットできかつ均一にターゲットを蒸発させるためのターゲット回転機構によるターゲット均一蒸発手段とを具備する真空チャンバーと、
を有してなることを特徴とする蒸着による薄膜作製装置。
An apparatus used in the method for producing a thin film according to claim 2, wherein a high-pressure gas-sealed tube for Raman shift capable of generating a Raman-shifted pulsed laser beam including vacuum ultraviolet light by irradiating a pulsed laser beam;
Condensation variable irradiation means for Raman-shifted light that irradiates the target with a Raman-shifted pulsed laser beam or light obtained by splitting it, and a heater that can set the substrate and control its temperature up to a high temperature A vacuum chamber comprising a substrate holder with a target and a target uniform evaporation means by a target rotation mechanism for setting the target and evaporating the target uniformly;
An apparatus for producing a thin film by vapor deposition, comprising:
請求項3記載の薄膜を作製する方法に使用する装置であって、パルスレーザ光を照射して短波長の真空紫外線を含むラマンシフトパルスレーザ光を発生させ得るラマンシフト用高圧ガス封入管と、
ラマンシフトしたパルスレーザ光又はそれを分光した光を集光の程度を変えてターゲットに照射するラマンシフトパルス光の集光可変照射手段と、
ヒータ付きの基板ホルダーと、ターゲットを均一に蒸発させるためのターゲット回転機構によるターゲット均一蒸発手段及び複数個のターゲットをセットできかつ各ターゲットをレーザ光の集光照射位置へ順次に移動できるターゲット位置移動機構を有するターゲットホルダーと、を具備する真空チャンバーと、
を有してなることを特徴とする薄膜の作製装置。
A device used in the method for producing a thin film according to claim 3, wherein a high-pressure gas-sealed tube for Raman shift capable of generating a Raman-shifted pulsed laser beam including short-wavelength vacuum ultraviolet rays by irradiation with a pulsed laser beam;
Condensation variable irradiation means for Raman-shifted pulsed light that irradiates the target with a Raman-shifted pulsed laser beam or light obtained by splitting it with a different degree of condensing, and
Target position movement that can set a substrate holder with heater, target uniform evaporation means by target rotation mechanism to uniformly evaporate the target and multiple targets, and can move each target to the laser beam condensing irradiation position sequentially A vacuum chamber comprising a target holder having a mechanism;
An apparatus for producing a thin film characterized by comprising:
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