لایه نشانی
لایه نشانی با لیزر پالسی (PLD) یک روش لایه نشانی فیزیکی بخار (PVD) است که در آن پالس پرتو لیزر با قدرت بالا در داخل محفظه خلأ متمرکز می‌شود تا به نقطه مورد نظر از ماده ای که قرار است یک لایه از آن روی سطح هدف ایجاد شود، برخورد کند. ماده ای که باعث ایجاد رسوب لایه ای روی سطح هدف می‌شود با استفاده از پلاسما اسپری بخار می‌شود و به صورت یک لایه نازک روی ویفر سیلیکونی که بر روی آن است لایه نشانی می‌شود. این فرایند می‌تواند در خلا فوق بالا (ult) یا در حضور گاز زمینه مانند اکسیژن، که معمولاً هنگام رسوب اکسیدها برای اکسایش کامل لایه‌های رسوبی استفاده می‌شود، رخ دهد.
در حالی که راه اندازی اولیه این روش نسبت به بسیاری دیگر از روشهای لایه نشانی ساده‌تر است، اما بررسی پدیده‌های فیزیکی برهم کنش لیزر - هدف و رشد لایه روی سطح هدف بسیار پیچیده‌است (به فرایند زیر مراجعه کنید). وقتی پالس لیزر توسط هدف جذب می‌شود، انرژی ابتدا به پالس الکترونیکی تبدیل می‌شود و سپس به انرژی گرمایی، شیمیایی و مکانیکی تبدیل می‌شود و در نتیجه باعث تبخیر، فرسایش، تشکیل پلاسما و در نهایت لایه برداری می‌شود. مدلهای حاصل از این فرایند به صورت توده ای حاوی بسیاری از گونه‌های پر انرژی از جمله اتم‌ها، مولکول‌ها، الکترونها، ذرات و گویچه‌های مذاب ماده هستند که در بستری معمولاً گرم و در شرایط خلأ می‌باشند.
مکانیسم‌های PLD بسیار پر جزئیات و مفصل هستند از جمله فرایندهای آن می‌توان به فرسایش ماده مورد نظر توسط تابش لیزر، توسعه یک ستون پلاسما با یون‌های پر انرژی، الکترون‌ها و همچنین ذرات خنثی و رشد کریستالی غشا در بستر گرم اشاره کرد که هر کدام بسیار پیچیده هستند. فرایند PLD را می‌توان به‌طور کلی به چهار مرحله تقسیم کرد:
هر یک از این مراحل از جمله تبلور، یکنواختی و استوکیومتری در غشای ایجاد شده نهایی بسیار مهم است. بیشترین روشهای مورد استفاده برای مدل‌سازی فرایند PLD، تکنیکهای مونت کارلو است. فرایندهای فرسایش ماده مورد نظر بر اثر تابش لیزر و ایجاد پلاسما فرایندهای بسیار پیچیده‌ای هستند. حذف اتم‌ها از جسم با بخار شدن جسم در آن منطقه از سطح، در حالت ناپایداری رخ می‌دهد. در این حالت با برخورد پالس لیزر به سطح ماده در عمق آن نفوذ می‌کند. این عمق نفوذ به طول موج لیزر و شاخص شکست ماده مورد نظر در طول موج لیزر اعمال شده بستگی دارد و به‌طور معمول در بیشتر مواد در محدوده ۱۰ نانومتر است. میدان الکتریکی قوی تولید شده توسط نور لیزر، به اندازه ای قوی است که می‌تواند الکترون‌ها را از جسم جدا کند. این فرایند در اثر فرایندهای غیرخطی مانند یونیزاسیون چند فوتونی که با ترک‌های میکروسکوپی در سطح، حفره‌ها و برامدگی‌ها افزایش می‌یابد، باعث افزایش میدان الکتریکی می‌شود. الکترونهای آزاد درون میدان الکترومغناطیسی نور لیزر، نوسان می‌کنند و می‌توانند با اتمهای مواد جسم برخورد کنند و در نتیجه مقداری از انرژی خود را به شبکه ماده مورد نظر در منطقه منتقل می‌کنند. سپس سطح هدف گرم شده و مواد بخار می‌شوند.
در مرحله دوم، مواد پلاسما به دلیل دافعه کولنی و پراکندگی از سطح هدف، به موازات بردار نرمال سطح هدف به سمت بستر پراکنده می‌شوند. توزیع فضایی ستون پلاسما، به فشار پس زمینه داخل محفظه PLD بستگی دارد. چگالی ستون پلاسما را می‌توان با قانون cos (x) و با شکلی شبیه به منحنی گوس توصیف کرد. وابستگی شکل ستون پلاسما به فشار را می‌توان در سه مرحله توصیف کرد:
مهمترین نتیجه افزایش فشار پس زمینه، کند شدن گونه‌های پرانرژی در توده پلاسما است که در حال گسترش است. ذرات با انرژی جنبشی در حدود 50 eV می‌توانند غشا ای را که قبلاً بر روی بستر رسوب داده شده‌است را احیا کنند. این امر منجر به کمتر شدن میزان رسوب می‌شود و علاوه بر آن می‌تواند منجر به تغییر در استوکیومتری غشا شود.
مرحله سوم برای تعیین کیفیت غشاهای ایجاد شده بسیار مهم است. گونه‌های پرانرژی که از هدف دور می‌شوند سطح بستر را بمباران می‌کنند و ممکن است با پاشیدن اتم‌های به سطح، باعث آسیب دیدن سطح و همچنین ایجاد عیوب سطحی در غشاهای رسوبی شوند. گونه‌های پراکنده از بستر و ذرات ساطع شده از هدف، یک منطقه برخورد را تشکیل می‌دهند، که به عنوان منبع تراکم ذرات عمل می‌کند. هنگامی که سرعت چگالش به اندازه کافی زیاد باشد، می‌توان به تعادل گرمایی رسید و غشا در اثر جریان مستقیم ذرات فرسایش یافته و تعادل حرارتی بدست می‌آید و لایه ای نازک روی سطح بستر رشد می‌کند.
روند جوانه زنی و سینتیک رشد غشا به چندین پارامتر رشد بستگی دارد از جمله: