ダブルレーザー時間差照射PLD装置の試作による光学級セラミックス薄膜の高速成膜

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平成18年度はPb(Mg_<1/3>Nb_<2/3>)O_3-PbTiO_3(PMN-PT)薄膜について、KrFエキシマレーザーとNd:YAGレーザーの2つのレーザーを照射するタイミングを変化させることにより遅延時間が薄膜の微構造におよぼす影響を精密に明らかにすることを行った。さらに、ダブルレーザーに加えて、ターゲットと基板の間にシャドウマスクを導入した結果についても検討した。微構造の観察は走査型電子顕微鏡、透過型電子顕微鏡観察ならびに原子間力顕微鏡観察にて行った。このような微構造観察を通して2種類のレーザーを照射するタイミングを変えることによって、ドロップレットを実際に消滅することができることを明らかにした。ただ、ダブルレーザーのみではドロップレットの完全な除去は困難であったが、シャドウマスクの導入によって膜厚1.6μmという厚さになってもrms2粗さは16nm以下で緻密な薄膜を作製することができた。プリズムカップリング法でこの薄膜の屈折率を測定したところ2.59とバルクで報告されている値とほぼ等しい値が得られた。この薄膜に電界を印加して屈折率の電界依存性を調べたところ、r_<13>=17pm/V、r_<33>=55pm/Vとシリコン基板上に作製したエピタキシャル成長膜としては世界最高水準の高さの電気光学係数を得ることができた。また、ダブルレーザーPLD法をHfO_2薄膜にも適用することにより、Nd:YAGレーザーに対するKrFエキシマレーザーの発射の遅延時間は0.5μsが最適値であり、この遅延時間の場合にもっともドロップレットの少ない良質の薄膜が得られることが明らかになった。