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FOTODEPOSIZIONE LASER

G. Balestrino, S. Lavanga, S. Martellucci P. G. Medaglia, P. Orgiani, A. Paoletti, G. Pasquini, G. Petrocelli, A. Tebano, A. Tucciarone. (INFM – Unità di Roma "Tor Vergata")

La ricerca nel campo dei nuovi materiali ha stimolato negli ultimi anni un notevole progresso nel campo della crescita di film di ossidi di alta qualità. Lo studio di tali film ha reso possibile la comprensione a livello più profondo delle proprietà fisiche degli ossidi stessi, aprendo la via a numerose nuove applicazioni nel campo della microelettronica.

Inoltre lo sviluppo di tecnologie innovative di deposizione e di analisi strutturale in situ, ha consentito di crescere materiali artificiali complessi realizzati tramite deposizione strato atomico per strato atomico. Obiettivo finale di queste ricerche è di ottenere materiali con proprietà fisiche nuove e promettenti dal punto di vista applicativo.

Attualmente, tra tutte le tecniche di deposizione, la fotodeposizione laser o Pulsed Laser Deposition (PLD) è, in virtù della sua flessibilità e semplicità d’uso, una tra le tecnologie più diffuse. La PLD è basata sull’interazione della radiazione laser con un target.

L’impulso laser di elevata energia dà luogo alla ablazione della superficie del target ed alla formazione di un plasma; le specie ablate si depositano su un substrato posto di fronte al target formando un film che riproduce stechiometricamente la composizione del target. Recentemente, accanto ai sistemi di crescita PLD, sono stati sviluppati sistemi più avanzati in grado di coniugare la semplicità e flessibilità della tecnica PLD con le potenzialità in fatto di controllo della superficie e misura degli spessori cresciuti tipica delle più complesse tecnologie Molecular Beam Epitaxy (MBE).

Questa tecnologia (comunemente indicata come laser-MBE) utilizza in situ tecniche di diffrazione di elettroni (RHEED) per il controllo della crescita Fig.2. Negli ultimi anni è stato messo a punto, presso la I sezione del Dipartimento S.T.F.E. I, un sistema Laser-MBE. Tale sistema è schematicamente rappresentato in figura 1.

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Fig.1: Rappresentazione schematica del sistema laser MBE operativo presso la I sezione del Dipartimento S.T.F.E.

Mediante l’apparato di deposizione PLD, e Laser MBE, sono realizzati attualmente film di ottima qualità di numerosi ossidi quali: SrTiO3, BaCuO2, CaCuO2 e SrCuO2. Con il sistema Laser MBE, a seguito di un accurato processo di ottimizzazione delle condizioni di crescita, è stato possibile rivelare oscillazioni d’intensità dei picchi di diffrazione RHEED.

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Fig.2 Immagine RHEED della superfice di SrTiO3

Tali oscillazioni hanno consentito di controllare lo spessore del film depositato a livello del singolo strato atomico. Molto recentemente lo stesso apparato è stato utilizzato per la deposizione di strutture artificiali BaCuO2/CaCuO2. Tali superreticoli, quando cresciuti a pressione di ossigeno sufficientemente alte, mostrano interessanti proprietà superconduttive. Durante la deposizione dei superreticoli, l’intensità degli spot di diffrazione RHEED è misurata continuamente (Fig.3). In questo modo è possibile controllare gli spessori depositati al livello del singolo piano atomico diminuendo quindi in modo drastico il disordine alle interfacce.
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Fig.3 Oscillazioni dell’intensità RHEED durante la crescita del bilayer BaCuO2/CaCuO2

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