Лазерное нанесение покрытий
3. Режим наносекундного импульса (НИ). Энергия в отдельном импульсе при таком режиме очень велика, поэтому в зоне испарения возникают очень высокие мгновенные температуры, происходит полная диссоциация пара и его ионизация.
Удельная испаряемость при режиме НИ имеет значения ~0,01 мг/Дж, при испарении в режиме МИ – мг/Дж.
В случае использования порошковых мишеней выше, так как уменьшаются потери на теплопроводность.
В режиме НИ имеет место пространственно-временное разделение испаренных частиц в импульсе. При испарении под действием наносекундного импульса образуются направленные потоки, состоящие из электронов, однократно и многократно ионизированных атомов, молекул, которые имеют различную кинетическую энергию. В результате образуется перемещающийся с зоны испарения пакет частиц, передний фронт которого составляют электроны и, как правило, многозарядные ионы, имеющие более высокую скорость (рисунок 10). Их энергия составляет 100 эВ и выше.
Рисунок 10 – Структура пакета частиц, испаряемых при воздействии на
мишень лазерного излучения в режиме НИ
В середине пакета находятся относительно медленные однозарядные ионы и электроны. Замыкают пакет нейтральные частицы с энергией ~1эВ.
При действии такого пучка на поверхность подложки под
действием быстрых частиц происходит частичное травление её поверхностных слоев, очистка от абсорбированных газов, происходит также нагрев. В поверхностных слоях возможно образование при таком воздействии даже радиационных дефектов.
Из данного рассмотрения следует, что при формировании покрытий в режиме НИ важным технологическим параметром является расстояние от поверхности мишени до подложки. Изменяя это расстояние, можно регулировать условия формирования покрытия. При достаточно большом пробеге пакета частиц из-за различия в скорости движение возможно их совмещение в поступающем на подложку потоке и поверхность не подвергается импульсному воздействию. Необходимо учитывать также, что при импульсном нанесении покрытий поверхность подложки испытывает циклические тепловые деформации, которые оказывают также влияние на структуру и свойства покрытий.