Импульсное лазерное напыление (ИЛН) – это процесс, в котором используется лазерное излучение для "выбивания" многокомпонентных материалов из поверхностных слоев мишени и их нанесения на подложку с образованием стехиометрических моно- и многослойных покрытий с особыми свойствами. 
Особенности взаимодействия лазерного излучения с веществом создают уникальные возможности для напыления тонкопленочных структур. Схема лазерной напылительной установки изображена справа на рисунке. В простейшем случае в вакуумном объеме размещены мишени и подложка, на поверхность которой осаждается вещество, испаренное лазером. Режим лазерного воздействия и геометрия установки определяются поставленной задачей.
В настоящее время технология ИЛН вызывает большой интерес в таких отраслях, как микроэлектроника, микро- и нанофотоника, так как получение высококачественных пленочных структур является приоритетной задачей в этих областях.
Метод импульсного лазерного напыления относится к группе методов физического осаждения из газовой фазы. Взаимодействие высокоэнергетического лазерного импульса с материалом мишени приводит к образованию целого ряда продуктов, среди которых присутствуют не только электроны, ионы и нейтральные частицы, но и твердые микрочастицы материала мишени, отрывающиеся при взрывообразном испарении материала. Траектория дальнейшего движения этих частиц и их распределение по энергиям существенно зависят не только от интенсивности, продолжительности и частоты лазерных импульсов, но и от давления в рабочей камере. Проведение лазерной абляции в глубоком вакууме приводит к образованию узкого факела продуктов (рис. а), в котором велика доля заряженных частиц, а при образовании пленки в этих условиях велика роль процессов вторичного распыления конденсата высокоэнергетическими заряженными частицами.
Напротив, при повышении давления в камере (рис. б) облако продуктов абляции состоит преимущественно из нейтральных частиц и приближается по свойствам к пару низкого давления.
В начале лазерного импульса происходит разогрев мишени и испарение небольшой дозы вещества. Степень ионизации газа увеличивается с ростом температуры, при этом растет и коэффициент поглощения проходящего через него излучения. В некоторый момент наступает тепловой пробой, пар полностью ионизуется и поглощение в нем резко возрастает. В дальнейшем только малая часть излучения будет доходить до мишени, а основная энергия импульса пойдет на разогрев плазменного облака. К концу лазерного импульса испаренным оказывается приповерхностный слой мишени толщиной ~ 0,1 мкм, а над облученной областью формируется плотный плазменный сгусток, нагретый до температуры T~10 эВ.
Затем плазма разлетается в вакуум. Ее температура, то есть энергия хаотического движения, падает, в то же время вследствие газодинамического и электростатического разгона растет кинетическая энергия ионов. На некотором расстоянии от мишени плотность плазмы уменьшается настолько, что столкновения частиц практически прекращаются, и наступает стадия инерциального разлета. К этому времени формируется диаграмма разлета испаренного вещества, максимум которой совпадает с нормалью к поверхности мишени. Впереди летят самые быстрые ионы с энергией Е>1000 эВ, а замыкают движение наиболее медленные частицы - в основном нейтральные атомы с энергией Е<1 эВ. Взаимодействие этого потока с подложкой определяет свойства слоя, сформированного за один лазерный импульс. Так как процесс повторяется, то основные его закономерности можно проследить на одном цикле.
К числу основных преимуществ метода лазерной абляции относится, прежде всего, высокая степень соответствия катионной стехиометрии, формируемых пленок, составу материала мишени, что вызывает серьезные трудности во многих других методах и особенно важно при осаждении многокомпонентных материалов. Высокая степень перенасыщения при конденсации продуктов абляции приводит к интенсивному зародышеобразованию по всей поверхности подложки и высокой морфологической однородности формируемой пленки. Метод характеризуется также весьма высокой для тонкопленочных методов скоростью напыления, которая, однако, позволяет получать пленки высокой степени кристалличности. Немаловажным фактором является и практически полное отсутствие загрязнений пленки компонентами материалов камеры и вспомогательных устройств за счет малой ширины луча. К недостаткам метода относятся малый геометрический размер зоны однородного напыления при абляции в вакууме, обусловленный малым диаметром факела продуктов абляции, а также возможность загрязнения пленки твердыми частицами и каплями расплава материала мишени при высоких скоростях осаждения.
В процессе ИЛН многие параметры, оказывающие сильное влияние на характеристики напыляемого материала, могут меняться, что позволяет создавать покрытия самых разных составов и свойств. Во-первых, это параметры лазерного излучения: плотность энергии, длина волны, длительность импульса, частота повторения импульсов. Во-вторых, это технические параметры процесса: расстояние между мишенью и подложкой, газовая среда и др.
В экспериментах по ИЛН применяются все возможные импульсные лазеры: эксимерные лазеры на KrF, СО2 и Nd:YAG, которые показывают вполне приемлемые результаты. Можно сказать, что методы ИЛН покрытий разного назначения вышли на промышленный уровень.
Преимущества метода ИЛН:
- высокое качество напыляемых пленок;
- высокая степень соответствия катионной стехиометрии, формируемых пленок, составу материала мишени;
- высокая морфологическая однородность формируемой пленки;
- весьма высокая для тонкопленочных методов скорость напыления;
- практически полное отсутствие загрязнений пленки компонентами материалов камеры.
работают за установкой импульсного лазерного напыления в лаборатории наноматериалов НИИМиПМ
