一种使用不同波长的超短脉冲皮秒激光诱导相变材料薄膜晶化的方法与流程

本发明涉及一种使用不同波长的超短脉冲皮秒激光诱导相变材料薄膜晶化的方法，属于膜晶化技术领域。

背景技术：

相变材料最根本的特点是其发生晶化/非晶化的超快性和高可循环性，然而满足这一特性的材料并不多，目前应用最广泛的是锗锑碲三元合金相变材料。其中ge2sb2te5由于其相对较高的结晶温度，从而其在非晶态的稳定性相对较好，即数据储存稳定性较好而被广泛研究，也是目前为止应用最广泛的一种相变材料。然而随着时代的进步，需要存储，读取的信息量越来越大，因此如何增大存储量这个问题开始被广泛研究。而相变存储中辐照激光的最小有效光斑直径近似为d＝0.61λ/na，na为常数，λ为辐照光波长。最简单的方法是缩短波长，最小有效光斑直径减小。存储密度会得到大幅度的提高

如上所述，对不同波长的激光诱导材料相变的研究势在必行，现在大多采用倍频激光器进行这项研究。但辐照能量的选择会很困难，需要多次实验及检测，浪费了大量的时间，精力。

技术实现要素：

本发明为了克服现有提出一个在本实验条件下基本准确的可以使不同波长的激光诱导材料晶化的方法。

一种使用不同波长的超短脉冲皮秒激光诱导相变材料薄膜晶化的方法，其特征在于，采用的装置包括：控制中心与基础光源设备连接，基础光源设备发出的光经镜头辐照在薄膜上；包括以下步骤：

(1)在选取的基底上使用磁控溅射的方法镀一层薄膜；

(2)运用(1)中得到的材料，在同一种基础光源下，先使用基础镜头，用合适能量的激光辐照材料；材料发生相变

或更换镜头，在倍频晶体作用下，波长发生改变，变为532nm或355nm，用合适能量的激光辐照材料；材料发生相变。

透射电子显微镜下观察，选定辐照区后通过选区电子衍射确认产生了多晶环，材料发生相变。

所述的相变材料为ge2sb2te5三元合金。

所述的基础光为波长为1064nm的皮秒脉冲激光。

所述的镜头中的倍频晶体材料为nd：yvo3。倍频后波长分别改变为532nm或355nm。

所述的选取的合适的辐照能量对于波长为1064nm、532nm、355nm的激光，分别对应为22mj/cm²、29mj/cm²和3.5mj/cm²。

所述的磁控溅射镀膜中膜材料的厚度控制在30-100nm。

所述的基底材料下层为直径为3mm的铜网，铜网上面覆盖一层碳支持膜。

本发明具有以下特点：

按照本方法设计实验，可使同波长的皮秒激光辐照材料致其晶化，避免重复实验。

依照本方法处理材料，考虑到激光器的能量波动，可以得到不含烧蚀区域或烧蚀区域较小的辐照区，便于进行后续观察和研究。在透射电子显微镜下观察，选定辐照区后通过选区电子衍射确认产生了多晶环，材料发生相变。因为激光波长的变化会导致辐照薄膜材料相变的阈值能量发生改变，所以在进行不同波长的激光诱导材料晶化的研究中会浪费大量时间进行调试和测试。本方法的提出相应的会对该方向的研究提供便利，对揭示相变材料晶化过程的研究有很大帮助。

附图说明

图1皮秒激光诱导相变实验装置图；

图2波长为波长355nm的辐照区的透射电子显微镜高分辨形貌图；

图3辐照区选区电子衍射示意图；

1-基础光源，2-镜头，3-控制中心，4-工作平台，5-样品材料。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不限于以下实施例，本实施实例仅用于对本发明进行更细致的解释，不可认为是对本发明保护的限制。

实施例1

根据图1连接装置，控制中心可以操控光源能量，镜头更换及工作平台的移动。光源发出的脉冲经镜头处理后辐照在材料样品表面。

(1)用磁控溅射在碳支持膜表面镀一层60nm厚的非晶态ge2sb2te5薄膜，取三个试样分别编号为1到3。

(2)将样品1固定在工作平台上，选择基础镜头，波长1064nm，光斑间隔100nm，辐照能量22mj/cm²；取下样品。

(3)将样品2放到工作平台上，更换倍频镜头，波长532nm，辐照能量29mj/cm²。

(4)将样品3放到工作平台上，更换倍频镜头，波长355nm，辐照能量3.5mj/cm²。

对3组样品分别进行透射电子显微镜观察，其结晶情况基本同图2，若不同波长的，各自对应的能量高，则变黑，能量低则没有反应。

技术特征：

技术总结
一种使用不同波长的超短脉冲皮秒激光诱导相变材料薄膜晶化的方法，属于膜晶化技术领域。采用的装置包括：控制中心与基础光源设备连接，基础光源设备发出的光经镜头辐照在薄膜上；包括以下步骤：(1)在选取的基底上使用磁控溅射的方法镀一层薄膜；(2)运用(1)中得到的材料，在同一种基础光源下，先使用基础镜头，用合适能量的激光辐照材料；材料发生相变，基础光为波长为1064nm的皮秒脉冲激光或更换镜头，在倍频晶体作用下，波长发生改变，变为532nm或355nm，用合适能量的激光辐照材料；材料发生相变。

技术研发人员：王泽朦;刘富荣;杨继峰
受保护的技术使用者：北京工业大学
技术研发日：2017.04.11
技术公布日：2017.08.04