脉冲激光沉积（PLD）已经不是什么新的技术了。脉冲激光沉积一般是用一个准分子激光冲击目标物，激光脉冲气化目标物上的材料，气化后的材料在基板（工件）表面积聚，形成薄膜。PLD技术一个最主要的优势就是无论是基板（工件）还是目标物，都不需要具有磁性和导电性。
扫描系统在工业应用中也不是什么新技术了：小巧、轻质的反射镜合并在这些系统中，用于在工件表面以极快的速度移动焦点位置。如今，普朗克固体研究所的科学家们研发出一种真正全新的技术：结合了扫描振镜和PLD的成功技术。采用扫描镜头的创新激光沉积方法（CLD），打破了 PLD技术中焦点位置固定的局限。
皮秒级别崎岖不平的表面
在PLD加工中，目标物上的可用区域是很小的，激光脉冲每次冲击它的时候，它就会变得粗糙，激光会在表面爆炸出越来越多不均匀的“块”，形成一个皮秒级别崎岖不平的表面。于是，更大“块”的粒子开始沉积在基板上，形成液滴。由于目标物只能够提供材料单一的覆层，要实现多层覆层，就需要多个加工步骤。
还有一种方式是使用激光进行加工，仅需一个加工步骤就可聚焦在不同的目标物上，尽管每次切换聚焦点在不同的目标物都会造成覆层的不均匀。如果覆层需要结合多种元素，就可以使用一个“预混合”的目标材料，或在纯元素组成的单个目标物之间快速交替聚焦。这两种方法中的元素往往都是以一个稍有不同的比例聚集，这是取决于目标物中不同的消融率。
CLD加工
在CLD加工中，一个目标物可以为所有覆层提供元素。此外，该技术在加工中会产生复合层。这是通过在一个合适的几何形状里排列覆层元素得到的。
在CLD加工中，扫描振镜将激光脉冲并列在一起，一行一行地扫描覆盖整个目标物。这时加工使用整个目标物表面，同时用连续、完整的覆层系统为大面积基板覆层。在单层中，它甚至可以形成梯度，均匀地增加或降低覆层元素的浓度。
马克斯普朗克研究所研发了这项新技术，将其作为用铝钛铌覆层系统为蓝宝石覆层这个项目的一部分。他们采用钛盘作为目标物，在里面安置了楔形的分段目标物，并且以一个铌圆盘为中心。这项实验使用飞秒激光器，并保持目标温度在25和500摄氏度之间。
冲击目标物的激光波长为516纳米，脉冲能量在0.3和0.6毫焦耳之间，脉冲频率为1000赫兹。随后，研究人员检查了目标物和在基板上的沉积和元素。
没有液滴形成
这一系列的实验表明，PLD的最大困难是液滴的形成甚至不会发生。总的来说，得益于飞秒激光器的高频率脉冲，新的CLD技术能够转移更多的材料。然而，超短脉冲激光单脉冲消融量虽然较少，但能更均匀地消融目标材料。
此外，焦点的位置是在目标物上不断移动的，而不是在同一点上不断冲击，这使其表面非常光滑。实验中所用的基材，精选混合均匀的铝钛铌涂层颗粒，尺寸在20和200纳米之间。在25摄氏度和500摄氏度，覆层之间的差异可以忽略不计。
所有这三个组成部分能在任何温度下积累成结晶，而不形成合金。1 : 1 : 1 的理想组合使覆层能够实现。研究人员还发现，当目标烧蚀率改变时，在沉积覆层中的元素也立即会有相同比例的变化。
此外，科学家们发现，扫描线的位置可以直接控制组件的消融率，沉积覆层的检查结果表明，消融率和沉积率也随着激光功率产生相应比例的变化，是一个快速并且“无阻力”的变化。因此，激光输出功率，目标物上扫描线的位置和目标的运动都是能精确控制的加工参数。
激光为王牌
成就这个工艺的王牌就是激光器。通快公司使用TruMicro激光器进行实验，实验表明一个高生产率和稳定的覆层过程可以通过工业皮秒激光器来实现。通过使用更强大的激光器，更短的脉冲和更高的重复率可以提升工艺的速度，这一加工还能进一步发展。
因此，随着科学家们继续研发飞秒级别的工业激光器，CLD技术将变得越来越稳定。CLD技术具有为大型基板，如平板显示器和太阳能电池板覆层的能力，并且加工成本低，加工速度快，与PLD技术相比，前景更加广阔。
更多信息
自1998以来，这篇文章的作者Dieter Fischer博士一直在普朗克固体研究所致力于研究原子的固体合成。研究最终推进了Martin Jansen教授在CLD技术研究方面的发展。
不同的覆层系统可以通过以不同的方式在目标物上排列的元素来获得：目标物1、产生A层：B层，目标物2、产生交替的A层和B层。目标物3、在C层中交替插入A层和B层，目标物4、产生一个相应变化比例的A层：B层 。目标物5、先沉积一个纯的C层，接着依次产生交替的A层：C层和B层：C层。
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