采用XeCl准分子脉冲激光,在室温、真空环境下烧蚀银靶,通过改变激光能量密度和靶衬间距,在与靶面平行放置的Si(111)衬底上沉积了一系列纳米银晶薄膜。利用扫描电镜以及X射线衍射仪、选区电子衍射技术对薄膜进行表征,结果表明:薄膜由不同尺寸的银纳米晶粒组成;在固定激光能量密度的条件下,随着靶衬间距增加,薄膜的厚度和晶粒尺寸逐渐减小,晶粒间的聚合程度减弱,薄膜(111)晶面的XRD特征谱线强度减弱,(200)晶面的特征谱线强度增强;在固定靶衬间距的条件下,随着激光能量密度的增大,薄膜的厚度和晶粒尺寸逐渐增大,晶粒间的聚合程度增强,薄膜(111)晶面的特征谱线强度增强,(200)晶面的特征谱线强度略有减弱。结合晶粒成核和传输特性、烧蚀粒子迁移率,以及薄膜沿不同晶面生长所需表面能存在差异的情况,对实验结果进行了分析。

在室温、10Pa氩气环境氛围中, 引入垂直于烧蚀羽辉轴线的外加直流电场, 采用脉冲激光烧蚀技术制备了一系列纳米硅晶薄膜, 衬底分布于以烧蚀点为圆心的弧形支架上.扫描电子显微镜、喇曼散射谱和X射线衍射谱检测结果表明：晶粒平均尺寸随着电压的增加逐渐变大, 且靠近接地极板处的晶粒尺寸比与之对称角度处的略大;薄膜中晶粒面密度随着电压的增加先减小后增大而后再减小.

在室温和10 Pa氩气环境中，引入平行于靶面方向的直流电场，通过改变脉冲激光能量密度烧蚀单晶硅靶，在与羽辉轴线呈不同角度的衬底上沉积纳米硅晶薄膜。利用扫描电子显微镜和拉曼散射谱对沉积样品进行分析，结果表明：随着激光能量密度的增加，位于相同角度衬底上的晶粒尺寸和面密度逐渐变大；在同一激光能量密度下，零度角处衬底上的晶粒尺寸和面密度最大，且靠近接地极板处的值比与之对称角度处略大。通过朗缪尔探针对不同能量密度下烧蚀羽辉中硅离子密度变化的诊断、结合成核区内晶粒成核生长动力学过程，对晶粒分布特性进行了分析。

在10 Pa的Ar环境气体中，采用脉冲激光烧蚀技术，分别在半径为2.0，2.5，3.0，3.5和4.0 cm的半圆环不同角度处的衬底上制备了一系列含有纳米晶粒的Si晶薄膜。使用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和拉曼光谱仪对其表面形貌和微观结构进行分析表征。结果表明，纳米Si晶粒的平均尺寸和烧蚀粒子的阻尼系数均相对于羽辉轴向呈对称分布，并随着与羽辉轴向夹角的增大而减小；同时，随着衬底半径的增加，晶粒平均尺寸和阻尼系数均逐渐减小。

采用蒙特卡罗(Monte Carlo)方法，研究了脉冲激光烧蚀沉积纳米硅(Si)晶薄膜过程中，靶衬间距对传输中溅射粒子密度和速度分布的影响。研究结果表明，在相同时刻，烧蚀粒子和环境气体的交叠区离开靶面的距离随靶衬间距的增加而增大，并且到达离开表面最大距离的时间随靶衬间距的增大而明显增长。速度分布曲线的峰位和峰值强度均出现了周期性变化的趋势，并且均随着靶衬间距的增大而增长。

在室温、10 Pa氦气氛围中，采用脉冲激光沉积（PLD）技术，通过在烧蚀羽辉正上方距靶面不同位置垂直引入一束氦气流，在烧蚀点正下方与烧蚀羽辉轴线平行放置的衬底上沉积了一系列纳米Si晶薄膜。扫描电子显微镜（SEM）、拉曼（Raman）散射光谱和X射线衍射（XRD）谱检测结果均表明，纳米Si晶粒在距靶一定的范围内形成，其尺寸随与靶面距离的增加先增大后减小。在分析衬底上的晶粒尺寸及其位置分布的基础上，结合流体力学模型、成核分区模型、热动力学方程以及晶粒形成后的类平抛运动，计算得出了纳米Si晶粒的成核区宽度为56.2 mm。

提出一种控制脉冲激光烧蚀制备纳米Si晶粒尺寸分布的新方法。在10 Pa的Ar环境中，采用脉冲激光烧蚀高阻抗单晶硅靶沉积制备了纳米Si晶薄膜。在羽辉正上方2.0 cm，距靶0.3～3.0 cm范围内的不同位置引入氩气流，在烧蚀点正下方2.0 cm处水平放置单晶Si（111）衬底来收集制备的纳米Si晶粒。利用扫描电子显微镜观察样品表面形貌，并对衬底不同位置上纳米Si晶粒进行统计。结果表明：在不引入气流时，晶粒的尺寸随靶衬间距的增加先增大后减小，晶粒尺寸峰值出现在距靶1.7 cm处；引入气流后，晶粒尺寸分布发生变化，在距靶1.7 cm引入气流时晶粒尺寸峰值最大，在距靶3.0 cm引入气流时晶粒尺寸峰值最小，且出现晶粒尺寸峰值的位置随着引入气流位置的增加而增大。

利用双温方程对激光烧蚀Si靶的过程进行了数值模拟, 并结合合适的初始条件和边界条件, 研究了在飞秒、皮秒激光作用下, 脉冲波形(矩形、梯形、三角形和高斯形)对Si靶表面载流子和晶格温度分布的影响。结果表明：激光功率密度是影响载流子温升的主要因素, 矩形脉冲激光烧蚀Si靶表面载流子的峰值温度最高, 而高斯分布的脉冲引起靶面载流子峰值温度最低。可见, 激光脉冲波形对Si靶表面载流子的温度分布具有重要影响。所得结果可为制备高质量的薄膜提供理论依据。

采用蒙特卡罗(Monte Carlo)模拟方法,研究了初始烧蚀粒子总数对其传输中的密度和速度及环境气体密度分布的影响。结果表明,随着烧蚀粒子总数增加,烧蚀粒子高密度峰离开靶的最大距离增大,到距靶最大距离处所用时间,出现先增大后减小的变化,烧蚀Si粒子的速度分布随粒子总数增多而变宽,当粒子总数为1.01×10¹⁵和1.01×10¹⁶时,出现速度劈裂现象。

假定烧蚀粒子与环境气体原子均为刚性硬球,采用蒙特卡罗(Monte Carlo)方法,对单脉冲激光烧蚀产生的硅(Si)粒子在1000 Pa环境氦(He)气中的传输过程进行了数值模拟,研究了衬底对环境密度恢复时间的影响。结果发现,衬底对粒子完全反弹和完全吸附的情况下对应的环境密度恢复时间分别为1713.2 μs和1663.2 μs,并且随着衬底对粒子临界吸附速度的增大,环境密度恢复时间先增大后减小。