随着现代科学和技术的发展，薄膜科学已成为近年来迅速发展的学科领域之一，是凝聚态物理学和材料科学的一个重要研究领域。功能薄膜是薄膜研究的主要方面，它不仅具有丰富的物理内涵，而且在微电子、光电子、超导材料等领域具有十分广泛的应用。

长期以来，人们发明了多种制膜技术和方法：真空蒸发沉积、离子束溅射、磁控溅射沉积、分子束外延、金属有机化学气相沉积、溶胶- 凝胶法等。上述方法各有特点，并在一些领域得到应用。但由于其各有局限性，仍然不能满足薄膜研究的发展及多种薄膜制备的需要。随着激光技术和设备的发展，特别是高功率脉冲激光技术的发展，脉冲激光沉积（PLD）技术的特点逐渐被人们认识和接受^[1]。

早于1916年，爱因斯坦（Albert Einstein）已提出受激发射作用的假设。可是，首部以红宝石棒为产生激光媒介的激光器，却要到1960年，才由梅曼（Theodore H. Maiman）在休斯实验研究所建造出来。总共相隔了44年。使用激光来熔化物料的历史，要追溯到1962年，布里奇（Breech）与克罗斯（Cross）利用红宝石激光器，汽化与激发固体表面的原子。三年后，史密斯（Smith）与特纳（Turner）利用红宝石激光器沉积薄膜，视为脉冲激光沉积技术发展的源头。

不过，脉冲激光沉积的发展与探究，处处受制。事实上，当时的激光科技还未成熟，可以得到的激光种类有限；输出的激光既不稳定，重复频率亦太低，使任何实际的膜生成过程均不能付诸实行。因此，PLD在薄膜制作的发展比其它技术落后。以分子束外延（MBE）为例，制造出来的薄膜质量就优良得多。

往后十年，由于激光科技的急速发展，提升了PLD的竞争能力。与早前的红宝石激光器相比，当时的激光有较高的重复频率，使薄膜制作得以实现。随后，可靠的电子Q开关激光（electronic Q-switches lasers）面世，能够产生极短的激光脉冲。因此，PLD能够用来做到将靶一致蒸发，并沉积出化学计量薄膜。由于紫外线辐射，薄膜受吸收的深度较浅。之后发展出来的高效谐波激光器（harmonic generator）与激基分子激光器（excimer）甚至可产生出强烈的紫外线辐射。自此以后，以非热能激光熔化靶物质变得极为有效。

自1987年成功制作高温的Tc超导膜开始，用作膜制造技术的脉冲激光沉积获得普遍赞誉，并吸引了广泛的注意。过去十年，脉冲激光沉积已用来制作具备外延特性的晶体薄膜。陶瓷氧化物（ceramic oxide）、氮化物膜（nitride films）、金属多层膜（metallic multilayers），以及各种超晶格（superlattices）都可以用PLD来制作。近来亦有报告指出，利用PLD可合成纳米管（nanotubes）、纳米粉末（nanopowders），以及量子点（quantum dots）。关于复制能力、大面积递增及多级数的相关生产议题，亦已经有人开始讨论。因此，薄膜制造在工业上可以说已迈入新纪元。

PLD的系统设备简单，相反，它的原理却是非常复杂的物理现象。它涉及高能量脉冲辐射冲击固体靶时，激光与物质之间的所有物理相互作用，亦包括等离子羽状物的形成，其后已熔化的物质通过等离子羽状物到达已加热的基片表面的转移，及最后的膜生成过程。所以，PLD一般可以分为以下四个阶段：

1.激光辐射与靶的相互作用

2. 熔化物质的动态

3. 熔化物质在基片的沉积

4. 薄膜在基片表面的成核（nucleation）与生成

在第一阶段，激光束聚焦在靶的表面。达到足够的高能量通量与短脉冲宽度时，靶表面的一切元素会快速受热，到达蒸发温度。物质会从靶中分离出来，而蒸发出来的物质的成分与靶的化学计量相同。物质的瞬时熔化率大大取决于激光照射到靶上的流量。熔化机制涉及许多复杂的物理现象，例如碰撞、热，与电子的激发、层离，以及流体力学。

在第二阶段，根据气体动力学定律，发射出来的物质有移向基片的倾向，并出现向前散射峰化现象。空间厚度随函数cosnθ而变化，而n>>1。激光光斑的面积与等离子的温度，对沉积膜是否均匀有重要的影响。靶与基片的距离是另一个因素，支配熔化物质的角度范围。亦发现，将一块障板放近基片会缩小角度范围。

第三阶段是决定薄膜质量的关键。放射出的高能核素碰击基片表面，可能对基片造成各种破坏。下图表明了相互作用的机制。高能核素溅射表面的部分原子，而在入射流与受溅射原子之间，建立了一个碰撞区。膜在这个热能区（碰撞区）形成后立即生成，这个区域正好成为凝结粒子的最佳场所。只要凝结率比受溅射粒子的释放率高，热平衡状况便能够快速达到，由於熔化粒子流减弱，膜便能在基片表面生成。

1. 易获得期望化学计量比的多组分薄膜，即具有良好的保成分性；

2. 沉积速率高，试验周期短，衬底温度要求低，制备的薄膜均匀；

3. 工艺参数任意调节，对靶材的种类没有限制；

4. 发展潜力巨大，具有极大的兼容性；

5. 便于清洁处理，可以制备多种薄膜材料。

作为一种新生的沉积技术脉冲激光沉积也存在以下有待解决的问题：（1 ）对相当多材料，沉积的薄膜中有熔融小颗粒或靶材碎片，这是在激光引起的爆炸过程中喷溅出来的，这些颗粒的存在大大降低了薄膜的质量，事实上，这是PLD 迫切需要解决的关键问题；（2 ）限于目前商品激光器的输出能量，尚未有实验证明激光法用于大面积沉积的可行性，但这在原理上是可能的；（3 ）平均沉积速率较慢，随淀积材料不同，对1000 平方毫米左右沉积面积，每小时的沉积厚度约在几百纳米到1微米范围；（4 ）鉴于激光薄膜制备设备的成本和沉积规模，目前看来它只适用于微电子技术、传感器技术、光学技术等高技术领域及新材料薄膜开发研制。随着大功率激光器技术的进展，其生产性的应用是完全可能的。

由脉冲激光沉积技术的原理、特点可知，它是一种极具发展潜力的薄膜制备技术。随着辅助设备和工艺的进一步优化，将在半导体薄膜、超晶格、超导、生物涂层等功能薄膜的制备方面发挥重要的作用；并能加快薄膜生长机理的研究和提高薄膜的应用水平，加速材料科学和凝聚态物理学的研究进程。同时也为新型薄膜的制备提供了一种行之有效的方法。