（光学工程专业论文）激光束和离子束与物质的相互作用研究.pdf

山东大学博士学位论文 中文摘要 激光束、离子束与物质的相互作用研究是一个很有意义的研究课题，引起了人 们极大的研究兴趣。但是这一课题所包含的内容是如此广泛，因而没有哪一篇论文 能够对其所覆盖的全部内容进行详尽地研究。本论文也主要选取了其中的几个方面 来进行探讨的。对于激光与物质的相互作用方面，我们主要用光谱法对激光烧蚀等 离子体进行了参量诊断研究：离子束与物质的相互作用方面主要做了k e v - - m e v 离 子注入量子阱、超品格的界面混合和应变分析研究以及超低能( e v 量级) 氢离子注 入碳纳米管的结构和相变研究。 自1 9 6 0 年美国物理学家梅曼( t h m a i m a n ) 成功研制出第一台红宝石激光器 起，激光技术的发展表现出强大的生命力，几乎渗透到自然科学研究的各个领域。 几乎与此同时，第一台离子注入机也由于半导体材料掺杂的需要而于上世纪6 0 年 代问世。离子束技术是一种表面和近表面的材料改性和分析技术，它以离子与固体 相互作用为基础，涉及大规模集成电路、光电子集成、固态工艺、材料科学和工程 技术的各个领域。激光束、离子束的共同特点就是它们都是一种定向高能束，被广 泛应用于工业、农业、军事、医学研究等各个领域。激光束、离子束应用的一个重 要基础是它们与物质的相互作用，因而研究激光束、离子束与物质的相互作用具有 重要的理论意义和实际应用价值。 当具有足够高功率密度的激光辐照固体样品时，靶材料在很短的时间内熔化、 蒸发甚至电离，形成高温膨胀的等离子体。烧蚀产物中包含有电子、离子、中性原 子、分子和团簇。利用溅射物所携带的能量和质量，可在靶前的基片上形成薄膜， 这就是人们所熟知的脉冲激光淀积技术( p l d ) 。p l d 技术目前已经成为人们广泛 采用的制膜技术中的一种，已经用来制各出高质量的氧化物、氮化物、半导体、高 温超导等多元化合物。为了更好地控制薄膜的生长过程，以得到更好质量的薄膜， 对于淀积过程中等离子体的动力学问题人们已经做了广泛的研究。然而，关于等离 子体的一些基本参量，如电子温度、电子密度、各成分飞行速度等，研究的却相对 较少。事实上，等离子体的这些参量不仅在理论上有助于更好地理解激光与物质的 相互作用过程，在实际中也有利于探索最佳制膜条件。 作为离子束研究主要内容之一的离子注入技术是广泛应用的一种材料表面改 山东大学博士学位论文 性高新技术。离子注入i i i v 族化合物可用来形成异质结构的界面增强混合。与常 规的热扩散相比，离子注入技术不受离子种类的限制，注入深度分布可以控制，工 艺重复性高，而且可以实现一定深度下的组分混合。这种技术已经发展成极富前景 的材料改性手段，尤其适用于新的集成光电器件的研制。但是离子注入会引起材料 的辐照损伤并在注入层和材料衬底界面产生应力，而应力会影响器件的各种性能， 所以对应力的检测与评估是很重要的。拉曼光谱和双晶x 射线衍射谱被证明是评估 晶格应力的两个有效的手段。对于量子阱发光材料来说，离子注入引起的界面混合 修正了量子阱的带隙，从而引起量子阱发光峰位的移动。通过测量带隙修正前后量 子阱发光峰位的移动，可以估算出界面混合的程度。 半导体材料改性所要求的注入离子一般是k e v m e v 的宽能区的离子束。超低 能离子注入的研究也具有重要的理论意义和实际意义。随着纳米技术的研究在全球 范围内的不断升温，对于碳纳米管的研究已经成为最前沿的科研领域之一。近年来， 利用离子束与碳纳米管的相互作用向碳纳米管装入其它元素的研究，特别是超低能 氢离子注入碳纳米管的碰撞反应动力学研究已经引起了人们的重视。理论研究已经 证明，入射能量为1 6 - 2 5e v 的超低能氢注入碳纳米管时，氢最容易被约束在封闭的 单壁碳纳米管内。这个范围内的捕获几率大于2 0 。连续装入碳管中的氢离子通过 相互碰撞形成h 2 分子。研究储存于碳纳米管中的氢分子在不同温度和线性密度下 的结构和相变行为将是非常有意义的研究课题。 本论文主要做了激光烧蚀等离子体的光谱诊断研究、离子注入量子阱和超晶格 的界面混合和应变分析以及超低能氢注入碳纳米管的结构和相变几个方面的研究 工作，取得了一些创新性的结果。总结起来讲，本论文所做的主要工作以及所取得 的主要结果包括以下几个方面： 在激光等离子体的理论分析部分，介绍了等离子体的特性和产生机制，讨论了 激光维持的燃烧波和暴轰波的理论模型。在k r o k h i n 蒸发波模型气体动力学方程组 的基础上，考虑了固体靶的熔解热以及沉积在液体层中的能薰，通过计算机编程求 解了激光烧蚀a l 、c u 、s i 、g e 样品材料时蒸发波的温度、压强、出射速度以及密 度等气体动力学参量。利用改进的p i r r i 模型，计算了短脉冲激光与靶材料相互作用 过程中的冲量耦合系数，讨论了样品尺寸以及光斑大小对于冲量耦合系数的影响。 k t p 晶体是一种重要的非线性光学材料，具有大的非线性光学系数和高的抗损 山东大学博士学位论文 伤阙值，被广泛应用于各种非线性光学器件。由于薄膜材料具有体材料所不具备的 一系列的优良性质，例如可能产生陡变的折射率分布，可以进行选择性搀杂，可以 制备成多层结构等，制备可以用于集成光学器件的高质量k t p 薄膜已经引起了人们 的重视。p l d 由于其比较容易实现薄膜组分与体材料的一致，因而被广泛用来制备 复杂的多元化合物薄膜。研究脉冲激光辐照k t p 晶体所产生的等离子体的参量特 性，对于优化制膜条件，以获得高质量的k t p 薄膜，具有重要的指导意义。我们报 道了用发射光谱法研究1 0 6l a m 的n d ：y a g 激光辐照k t p 晶体产生等离子体的最 新结果。我们分别用k 原子谱线的斯塔克展宽和5 条t i + 离子谱线的玻耳兹曼图求 得了真空条件下激光烧蚀k t p 所产生等离子体的电子密度和电子温度，研究了电子 温度和密度随离靶表面的距离及激光辐照功率密度的变化情况。同时讨论了激光等 离子体的屏蔽效应、自调节机制、仪器展宽对于测量精度的影响等问题，并验证了 局部热力学平衡成立的条件。我们还用高频率韵示波器记录了离表面不同距离处的 等离子体备成分的飞行时间谱。对于t i ( i ) 4 2 9 5 8n l t l 谱线的飞行时间谱观察到了 两个谱峰，我们认为分别对应于相应的激发态t i 的两个产生来源：一是在靶表面附 近由激光辐照直接产生；二是在远离靶表面附近由电子与t i 原子的碰撞及电子与 t i 离子的复合而产生。同时，利用离靶表面不同距离处的各成分的飞行时间谱，我 们还求得了各成分的飞行速度。这些结果都是以前未见报道的新结果。 透明导电薄膜是一种重要的光电子信息材料，广泛应用于各种光电器件中，如 太阳能电池、光电调制器、液晶显示、电致发光屏等。与常用的i t o 和z n o 透明 导电薄膜相比，s n 0 2 ：s b 透明导电薄膜具有更好的热稳定性和化学稳定性。利用脉 冲激光淀积技术，目前已经成功制备出高质量的i t o 和z n o 薄膜。本论文中我们 通过记录和分析激光烧蚀s n 0 2 ：s b 透明导电薄膜的发射光谱，给出了大气环境下激 光烧蚀s n 0 2 ：s b 透明导电薄膜所产生等离子体中的电子温度、电子密度的一些定量 的信息，研究了不同辐照条件下，在真空和大气环境中激光烧蚀s n 0 2 ：s b 透明导电 薄膜产生的等离子体中的s n 的原予及离子谱线以及大气环境中的n ( i i ) 离子谱线 的积分线强度的变化。详细讨论了周围气体环境对于激光与物质相互作用过程的影 响。这些结果也是未见报道的新结果。 i i i 族元素被广泛用于半导体技术，这其中a l 在许多器件中充当重要的角色。 a l 还被广泛用于新型超导隧道结，隧道结是通过先后淀积一层n b 和a l 薄膜而形成 山东大学博士学位论文 的。研究激光烧蚀a l 产生的等离子体性质有利于薄膜质量的提高。虽然关于激光烧 蚀a l 发射光谱的研究方面已经做了大量的工作，但是对于所产生等离子体的参量诊 断研究却较少。我们通过激光在大气环境下烧蚀a l 靶的研究，给出了等离子体发射 谱及其强度的空间分布，计算得到了电予温度及密度随离靶表面的距离以及激光功 率密度的变化：讨论了空气等离子体的点燃机制，进一步证实了空气等离子体的产 生是源于高能电子与n 原子的雪崩电离碰撞过程。 离子注入技术是广泛应用的一种材料表面改性高新技术。但是离子束注入会引 起材料的辐照损伤并在注入层和材料衬底界面产生应力，由于应力会影响器件的各 种性能，所以对材料的应力的检测与评估就显得很重要了。本论文中，我们通过拉 曼光谱和双晶x 射线衍射谱的测量定量地分析了0 2 8m e v 的z n + 离子注入 g a l n p g a l n a s p 单量子阱以及1 0 个周期的a i a s g a a s 超晶格和2 5 个周期的 g a a s g a h i n 。a s ( x = 0 0 8 ) 超晶格后所引起的品格应变。通过研究发现，注入剂量为 5 x l o ”c m 。2 至5 1 0 1 4 c m 七时，由注入所引起的应变小于g a a s 的最大非驰豫应变值。 在较高注入剂量下，应变达到饱和。应变的饱和意味着缺陷的产生和复合达到了平 衡，从而形成了均衡的应变场分布。另外，对于半导体异质外延结构的界面混合现 象我们也进行了初步的研究。 单壁碳纳米管储氢方面的研究工作近年来一直受到人们的广泛重视。我们通过 密度泛函计算和分子动力学模拟，发现封装入( 5 ，5 ) 和( 1 0 ，1 0 ) 单壁碳纳米管中的h 2 分子在不同温度和线性密度条件下可以发生相变行为。我们的研究结果表明，低密 度的氢分子在0k 时凝聚。低温下h 2 分子线性密度小于平衡密度时( = 0 2 8 a 1 ) ， h 2 首先凝聚为团簇。当线性密度达到或者超过平衡值时，h 2 分子凝聚为一维或者 准维规则分布的类似固体晶格的结构。在不同的h 2 分子密度和压强下，我们观 察到了许多特殊的规则结构。封装入( 1 0 ，1 0 ) 碳管中的h 2 分子在低温下可以形成多 层固一液共存的结构。这就意味着，通过选取不同尺寸的碳纳米管并改变贮氢的密 度，可以得到不同的应变状态，从而改变准一维h 2 晶格的结构，以获得独特的物理、 电子、光学和化学性质。这些结果是以前未见报道的新结果。 关键词：激光等离子体；光谱诊断；离子注入；相变 些垄奎兰坚主兰垡堡苎 a b s t r a c t t h ei n t e r a c t i o no fl a s e ra n di o nb e a m sw i t hm a t e r i a l si s a 1 1 i n t e r e s t i n gf i e l dt h a t a t t r a c t sm u c ht h e o r e t i c a la n de x p e r i m e n t a la t t e n t i o n b u ti t c o v e r ss om a n yc o n t e n t st h a t i ti si m p o s s i b l et oi n v e s t i g a t ea l lt h ea s p e c t si nad i s s e r t a t i o n s oh e r ew ej u s ts e l e c ts o m e i n t e r e s t i n gs u b j e c t s t o d i s c u s s ，i n c l u d i n gs p e c t r o s c o p yd i a g n o s t i c s o fl a s e r p l a s m a ， m o d i f i c a t i o no fi i i - vs e m i c o n d u c t o r sb yi o ni m p l a n t a t i o na n dt h ec o n d e n s a t i o na n d p h a s et r a n s i t i o n so f h 2m o l e c u l e sc o n f i n e di ns i n g l e - w a l l e dc a r b o nn a n o t u b e s h i g hp o w e r l a s e r sh a v eb e e nf o u n dg r e a tu s ee v e rs i n c et h e ya r ea v a i l a b l ei n1 9 6 0 a l m o s ta tt h es a m et i m e ，t h ef i r s ti o n i m p l a n t a t i o n m a c h i n ea p p e a r e df o r d o p i n g s e m i c o n d u c t o r s l a s e ra n di o nb e a m sa r ea l ld i r e c t i o n a lh i g h e n e r g ys o u r c e st h a ta r e w i d e l yu s e d i n i n d u s t r y ，a g r i c u l t u r e ，m i l i t a r y , m e d i c i n e a n ds oo n t oi n v e s t i g a t et h e i n t e r a c t i o no f h i g h p o w e rl a s e ra n d i o nb e a m sw i t hm a t e r i a l si so f g r e a ti m p o r t a n c es i n c e n e a r l ya l l t h e i ra p p l i c a t i o n sa r er e l a t e dt ot h ei n t e r a c t i o nb e t w e e nl a s e ra n di o nb e a m s w i t hm a t e r i a l s w h e nt h ei n c i d e n tl a s e rp u l s ew i t hp o w e r d e n s i t ye x c e e d st h eb r e a k d o w n t h r e s h o l d o ft h e m a t e r i a l ，t h e s u r f a c eo ft h ei r r a d i a t e dm a t e r i a l i n s t a n t a n e o u s l y r e a c h e sa t e m p e r a t u r eh i g h e r t h a nt h em a t e r i a l s v a p o r i z a t i o nt e m p e r a t u r e d u et o p h o t o na n d m u l t i p h o t o na b s o r p t i o n a n do t h e ra b s o r p t i o nm e c h a n i s m s t h u st h el a s e r e n e r g yi s a b s o r b e dr a p i d l y , c a u s i n ge x p l o s i o no ft h es u r f a c ea n df o r m a t i o no fd e n s ep l a s m a t h e l a s e r - i n d u c e dp l a s m ae j e c t e df r o mt h et a r g e tc a r r i e sb o t hm a s sa n de n e r g yt h a tc a nb e u s e dt of o r mt h i nf i l m i nf a c t ，p u l s e dl a s e rd e p o s i t i o n ( p l d ) h a sb e e no n eo ft h em o s t p o p u l a rm e t h o d se m p l o y e dt of a b r i c a t eh i g h - q u a l i t yt h i nf i l m s ，s u c ha so x i d e s ，n i t r i d e s ， s e m i c o n d u c t o r sa n d s u p e r c o n d u c t o r s a l t h o u g h t h ek i n e t i c so ft h e p l a s m ap l u m e p r o d u c e di n t h ep r o c e s so fp l dh a sb e e nw i d e l ys t u d i e di no r d e rt ou n d e r s t a n dt h e p h y s i c a lm e c h a n i s m sf o rb e t t e rc o n t r o l l i n gt h et h i nf i l md e p o s i t i o np r o c e s s ，r e l a t i v e l y v e r yl i m i t e dn u m b e ro fw o r k sh a v eb e e nf o c u s e do nt h es t u d yo ff u n d a m e n t a lp l a s m a p a r a m e t e r s ，s u c h a st h ee l e c t r o n t e m p e r a t u r e ，t h ee l e c t r o nd e n s i t y , a n dt h e i rs p a t i a l d i s t r i b u t i o n ，c h a n g i n gw i t ht h el a s e re n e r g y t h e s ed a t aa r ee s s e n t i a lf o re v a l u a t i n gt h e e n e r g yt r a n s p o r ti n t ot h ep l a s m aa sw e l la sf o ru n d e r s t a n d i n gt h ep l a s m ar e a c t i v i t y t h e y 山东大学博士学位论文 a l s oe n a b l eu st ob e t t e ru n d e r s t a n dt h el a s e rm a t e r i a li n t e r a c t i o np r o c e s sa n d t oc l a r i f yt h e l o c a lb e h a v i o ro ft h ee x p a n d i n gp l a s m a a l s oi ti sb e l i e v e dt h a tt h es t r u c t u r eo fp u l s e d l a s e rd e p o s i t e dt h i nf i l m sl a r g e l yd e p e n d so nt h ed e p o s i t i o np r o c e s s t h ec h e m i c a la n d p h y s i c a lp r o p e r t i e so f t h ed e p o s i t e df i l m sa r ea l s od e p e n d e n to nt h ep l a s m ap a r a m e t e r s a l t h o u g ht h ee x a c tr e l a t i o n s h i p sh a v en o ty e tb e e ne s t a b l i s h e d m a n ym e t h o d sc a r l b e a d o p t e d t od e t e c tt h ee j e c t i n gp a r t i c l e sp r o d u c e db yl a s e ra b l a t i o n a m o n g t h e m ，o p t i c a l e m i s s i o n s p e c t r o s c o p y ( o e s ) i st h em o s tp o p u l a ro n e i t a l l o w su st om o n i t o rt h e a b l a t i o np r o c e s sr e a l ，t i m ea n di n - s i t uw i t h o u ti n t r o d u c i n gd i s t u r b a n c eo ft h ep l a s m aa ta l l i n f a c t ，o e sh a sb e e nw i d e l yu s e dt oa n a l y z eq u a l i t a t i v e l ya n dq u a n t i t a t i v e l yt h e c o m p o s i t i o no ft h ep l a s m ap r o d u c e db yl a s e r a b l a t i o no fv a r i o u sm a t e r i a l s ，a n dt o m o n i t o ra n do p t i m i z et h ep u l s e dl a s e rd e p o s i t i o np r o c e s s i no u re x p e r i m e n t ，w eu s e dt h e o p t i c a le m i s s i o ns p e c t r o s c o p yt oq u a n t i f ys o m ei m p o r t a n tp l a s m ap a r a m e t e r s ，s u c ha s e l e c t r o n d e n s i t y , e l e c t r o nt e m p e r a t u r e ，a n dv e l o c i t i e s o fv a r i o u ss p e c i e si nt h el a s e r p r o d u c e dp l a s m a i i i - vs e m i c o n d u c t o r sa r eo fp o t e n t i a l i m p o r t a n c e i n h i g h - s p e e de l e c t r o n i c s a n d o p t o e l e c t r o n i c sa p p l i c a t i o n s k e v m e v i o n i m p l a n t a t i o n h a sb e c o m ea p r o m i s i n g t e c h n i q u et om o d i f ys e m i c o n d u c t o rm a t e r i a l sw i t hh i g h l yc o n t r o l l e dd e p t hd i s t r i b u t i o n r e c e n t l y , i o ni m p l a n t a t i o nh a sa l s of o u n dg r e a tu s ei ni n t e r f a c ee n h a n c e di n t e r m i x i n go f h e t e r o s t r u c t u r e c o m p a r e dw i t ht h eo r d i n a r yd i f f u s i n ga c t i o n ，a f t e ri o ni m p l a n t a t i o na n d t h es u b s e q u e n t a n n e a l i n g ，t h ed i f f u s i n gc o e f f i c i e n to f t h eh e t e r o s t r u c t u r ec a nb ee n h a n c e d a sh i g ha ss e v e r a lo r d e r s h o w e v e r ，a st h el a t t i c es t r a i ni n t r o d u c e db yi o ni m p l a n t a t i o n h a ss o m en e g a t i v ei n f l u e n c eo nt h ep e r f o r m a n c eo ft h em a t e r i a l s ，i ti s i m p o r t a n tt o e s t i m a t ea n de l i m i n a t et h el a t t i c es t r a i nc a u s e db yi o ni m p l a n t a t i o n r a m a ns p e c t r o s c o p y a n dd o u b l e - c r y s t a lh i g h r e s o l u t i o nx - r a yd i f f r a c t i o n ( h r x r d ) m e a s u r e m e n t sh a v eb e e n p r o v e dt ob es u c c e s s f u lm e t h o d su s e di ne v a l u a t i n gt h el a t t i c es t r a i ni ns e m i c o n d u c t o r s f o rq u a n t u mw e l l s ，t h ei n t e r f a c ei n t e r m i x i n gc a u s e db yi o ni m p l a n t a t i o nc a nm o d i f yt h e b a n dg a po ft h e w e l l b ym e a s u r i n gt h ee n e r g ys h i f to ft h ep h o t o l u m i n e s c e n c ep e a k b e f o r ea n da f t e ri m p l a n t a t i o n ，o n ec a l le s t i m a t et h ei n t e r f a c ei n t e r m i x i n gd e g r e ec a u s e d b yi o ni m p l a n t a t i o n t h ee n e r g yr a n g eo ft h ei m p l a n t a t i o ni o n su s e di ns e m i c o n d u c t o rm o d i f i c a t i o ni s v i 些查盔堂壁主堂堡垒壅一 u s u a l l yi nt h er a n g e o fk e vt om e v i n v e s t i g a t i o no fi m p l a n t a t i o no f u l t r al o w e n e r g y i o n b e a m sa l s oh a sg r e a tt h e o r e t i c a la n dp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c e w i t h t h ei n c r e a s i n gi n t e r e s ti n n a n o t e c h n o l o g y , c a r b o n n a n o t u b e sh a sr e c e i v e dm o r ea n dm o r ea t t e n t i o n r e c e n t t h e o r e t i c a l s t u d y s h o w e dt h a tl o w e n e r g yh y d r o g e n c o u l db e e n c a p s u l a t e d i n s i n g l e w a l l e dn a n o t u b e sb y c o l l i s i o n sw i t ht h et u b e t h em o s ts u i t a b l ee n e r g yr a n g eo f t h eh y d r o g e ni s16 - 2 5e v i nt h i se n e r g yr a n g e ，t h ee n c a p s u l a t i o nr a t ei sa sh i i g ha sm o r e t h a n2 0 t oi n v e s t i g a t et h e c o n d e n s i n g a n dp h a s et r a n s i t i o n so ft h e h y d r o g e n m o l e c u l e sc o n f i n e di nt h en a n o t u b sw i l lb eav e r yi n t e r e s t i n gs u b j e c t t h ew o r kw eh a v ed o n ei n t h i sd i s s e r t a t i o ni sf o c u s e do nt h es p e c t r o s c o p y d i a g n o s t i c so fl a s e rp l a s m a ，m o d i f i c a t i o no fi i i - vs e m i c o n d u c t o r sb yi o ni m p l a n t a t i o n a n dt h ec o n d e n s a t i o na n d p h a s e t r a n s i t i o n so fh y d r o g e nm o l e c u l e sc o n f i n e di n s i n g l e - w a l l e dc a r b o nn a n o t u b e s t h em a i nc o n t e n t sa n dr e s u l t si n t h i sd i s s e r t a t i o na r e l i s t e da sf o l l o w s ： w ed i s c u s s e dt h em e c h a n i s ma n dc h a r a c t e r i s t i c so fl a s e ri n d u c e dp l a s m a ，a n d a n a l y z e dt h e t h e o r e t i c a lm o d e l so ft h el a s e r s u p p o r t e dc o m b u s t i o nw a v ea n dl a s e r s u p p o r t e dd e t o n a t i o nw a v e w em o d i f i e dk r o k h i n ss e l f - s i m i l a rg a sd y n a m i em o d e lb y t a k i n gi n t oa c c o u n tt h eh e a to ff u s i o no ft h ei r r a d i a t e dm a t e r i a la n dt h eh e a t i n go ft h e e v o l v i n gl i q u i dl a y e r , a n ds o l v e dt h em o d i f i e de q u a t i o n sn u m e r i c a l l y , g i v i n gt h ev a l u e s o ft h et e m p e r a t u r e ，p r e s s u r e ，v e l o c i t y , a n dd e n s i t yo ft h el a s e ri n d u c e d v a p o r i z a t i o n w a v e w ea l s oc a l c u l a t e dt h e i m p u l s e c o u p l i n gc o e f f i c i e n tb e t w e e nt h ep u l s e dl a s e ra n dt h e i r r a d i a t e dt a r g e ti nt h ea t m o s p h e r eb a c k g r o u n db y u s i n gt h em o d i f i e d p i r r i sm o d e l ，a n d d i s c u s s e dt h ei n f l u e n c eo ft h e t a r g e t d i m e n s i o na n dt h el a s e r s p o t s i z eo nt h e i m p u l s e c o u p l i n gc o e f f i c i e n tb e t w e e nt h el a s e ra n dt h ei r r a d i a t e dt a r g e t k t pi sa l la t t r a c t i v em a t e r i a lf o ra p p l i c a t i o ni nn o n l i n e a r o p t i c sa n de l e c t r o - o p t i c s t h el a r g en o n l i n e a ro p t i c a lc o e f f i c i e n tc o m b i n e dw i t hah i g ho p t i c a ld a m a g et h r e s h o l d m a k e st h i sm a t e r i a lo n eo ft h em o s tu s e f u ln o n l i n e a ro p t i c a lm a t e r i a l s r e c e n t l y , t h e r e h a sb e e ng r e a ti n t e r e s ti nt h ea p p l i c a t i o no fk t p t h i nf i l m sb e c a u s et h ef i l m sw o u l d p o s s e s san u m b e ro fa d v a n t a g e so v e rt h eb u l km a t e r i a l ，i n c l u d i n gt h ep o s s i b i l i t i e so f p r o d u c i n gs t e p p e dr e f r a t i v ei n d e xp r o f i l e sa n ds e l e c t i v e l yi n t r o d u c i n gd o p a n t sa n dt h e f a b r i c a t i o no fm u l t i l a y e rs t r u c t u r e s i n v e s t i g a t i o no ft h ep l a s m ap a r a m e t e r sc a n g i v e v i i 山东大学博士学位论文 i n f o r m a t i o no nt h ep l a s m 矗s p e c i e sr e a c t i v i t y , w h i c hi sa ni m p o r t a n tq u a n t i t yn e e d e dt o m a i n t a i nt h eq u a l i t yo ft h et h i nf i l m sp r e p a r e du s i n gp l d i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，w e p e r f o r m e d l a s e ra b l a t i o no fak t p c r y s t a li nv a c u u m a n di na i ru s i n ga1 0 6l i mn d ：y a g l a s e r t h e s p e c t r a w e r er e c o r d e da n da n a l y z e di na s p a t i a l l y r e s o l v e dm a n n e r t h e d e p e n d e n c eo f t h ee l e c t r o nd e n s i t ya n dt e m p e r a t u r ei nv a c u u mo nt h ed i s t a n c ef r o mt h e t a r g e ts u r f a c ea n do nt h el a s e ri r r a d i a n c ew e r es h o w n t h ei n t e g r a li n t e n s i t i e so f t h e s p e c t r a l l i n e sm e a s u r e df r o ml a s e ra b l a t e dk t pw e r er e c o r d e da saf u n c t i o no ft h e d i s t a n c ef r o mt h et a r g e ts u r f a c ea n dt h el a s e rp o w e rd e n s i t yi nv a c u u ma n di na i r w e a l s od i s c u s s e dt h es h i e l d i n ga n de n h a n c e m e n te f f e c to ft h ea i rp l a s m aa sa b l a t i o nw a s p e r f o r m e di na i r t h et i m er e s o l v e do p t i c a le m i s s i o ns p e c t r o s c o p yo f t h el a s e rp r o d u c e d k t p p l a s m a a td i f f e r e n td i s t a n c e sf r o mt h e t a r g e ts u r f a c ew a sa l s or e c o r d e da n da n a l y z e d t h et i m e - o f - i l l g h tp r o f i l e so b t a i n e da td i f f e r e n td i s t a n c e sf r o mt h et a r g e ts u r f a c ew e r e u t i l i z e dt od e d u c et h ev e l o c i t i e so fd i f f e r e n t s p e c i e s i nt h e p l a s m a t h et e m p o r a l b e h a v i o r so ft h el a s e r a b l a t e ds p e c i e sa r ei n t e r p r e t e dw i t hr e s p e c tt od y n a m i c p r o c e s s e s t h a tm a yb ei m p o r t a n tf o rs t o i c h i o m e t e r i ct h i n f i l mf o r m a t i o n t r a n s p a r e n tc o n d u c t i n gf i l m sa r ew i d e l yu s e di no p t o e l e c t r o n i ed e v i c e s ，s u c ha s s o