High intensity femtosecond laser deposition of diamond-like carbon thin films

Abstract

Hydrogen-free diamond-like carbon ͑DLC͒ films have been deposited with a 100 fs ͑FWHM͒ Ti:sapphire laser beam at intensities I in the 10 14-10 15 W/cm 2 range. The films were studied with scanning probe microscopy, variable angle spectroscopic ellipsometry, Raman spectroscopy, and electron energy loss spectroscopy. DLC films with good scratch resistance, excellent chemical inertness, and high optical transparency in the visible and near infrared range were deposited at room temperature. As the laser intensity was increased from 3ϫ10 14 to 6ϫ10 15 W/cm 2 , the films showed an increased surface particle density, a decreased optical transparency (85%˜60%), and Tauc band gap (1.4˜0.8 eV), as well as a lower sp 3 content (60%˜50%). The time-of-flight spectra recorded from the laser plume exhibited a double-peak distribution, with a high energy suprathermal ion peak preceding a slower thermal component. The most probable ion kinetic energy showed an I 0.55 dependence, increasing from 300 to 2000 eV, when the laser intensity was varied from 3ϫ10 14 to 6ϫ10 15 W/cm 2 , while the kinetic energy of suprathermal ions increased from 3 to over 20 keV and showed an I 0.33 dependence. These high energy ions are believed to have originated from an electrostatic acceleration field established by suprathermal electrons which were formed by resonant absorption of the intense laser beams.

Les dépôts en couches minces par ablation laser en régime d'impulsions ultra-courtes : état de l'art et perspectives

“…Bien que des recherches exploratoires aient ete menees tres recemment, par ablation laser reactive, sur la croissance de films de nitrures [18,20] et d'oxydes [21,22], l'essentiel du travail a porte sur le carbone amorphe, type DLC (Diamond-Like-Carbon), dont il est interessant d'analyser plus en details les resultats. Le tableau II presente une comparaison de quelques proprietes caracteristiques de films DLC, prepares dans les deux regimes d'ablation : nanoseconde [23] et femtoseconde [15]. Le pourcentage de liaisons sp 3 dans la couche de carbone, et sa largeur de bande interdite (EG), atteignent une valeur maximale en regime nanoseconde, pour des energies cinetiques (Ec) des ions carbone dans le plasma de 1'ordre de 90 eV.…”

Élaboration de couches minces de carbone par ablation laser femtoseconde pour application aux biomatériaux implantables

“…Son utilisation s'est largement répandue pour le dépôt d'une grande variété de couches minces, s'étendant des oxydes au dépôt de DLC (Diamond-Like Carbon) [1]. Dans le cas spécifique des DLC, il a l'avantage additionnel de permettre le dépôt de films non-hydrogénés avec une majorité d'atomes de carbone hybridés sp 3 [2]. Le dépôt par ablation laser est généralement conduit avec des lasers de durée d'impulsion nanoseconde.…”

“…L'apparition récente des lasers de durée d'impulsion femtoseconde apparaît prometteuse pour produire des couches minces de haute qualité. Si de nombreux travaux ontété consacrés au dépôt de couches minces par ablation laser nanoseconde, peu de travaux sont en revanche consacrés au dépôt de couches minces de carbone par ablation laser femtoseconde [3][4][5][6][7]. Les premiers travaux sont apparus en 1999, et cette technique connaît actuellement un développement conséquent.…”

Ablation laser femtoseconde du carbone : étude du panache plasma et dépôt de couches minces

“…Une forte correlation entre la structure des couches obtenues et l'energie cinetique des particules du plasma a ete observee [3]. L'utilisation d'un laser de duree d'impulsion femtoseconde semble conduire a des energies cinetiques des particules tres superieures a celles obtenues lors de l'ablation par des lasers de duree d'impulsion nanoseconde [4]. Jusqu'a present, les caracterisations du panache plasma cree par ablation laser femtoseconde d'une cible de carbone ont ete obtenues uniquement par des techniques de mesure de temps de vol des ions (TOF) [4,5].…”

“…L'utilisation d'un laser de duree d'impulsion femtoseconde semble conduire a des energies cinetiques des particules tres superieures a celles obtenues lors de l'ablation par des lasers de duree d'impulsion nanoseconde [4]. Jusqu'a present, les caracterisations du panache plasma cree par ablation laser femtoseconde d'une cible de carbone ont ete obtenues uniquement par des techniques de mesure de temps de vol des ions (TOF) [4,5]. Dans cet article, nous presentons une etude experimentale de l'ablation par un laser femtoseconde d'une cible de carbone.…”