Depunerea de filme subţiri pe substraturi se poate realiza, având în vedere utilizarea sau nu a radiatiei laser, prin metode laser, respectiv metode nelaser.

        În cele ce urmează vom face o prezentare generală a depunerii de filme subţiri, prin ablaţie laser.

        Din numărul mare de denumiri ce apar in literatura de specialitate pentru depunerea laser pulsată, există un număr de sinonime ce merită a fi pomenite, cum ar fi: evaporarea laser, depunerea şi tratamentul asistat laser, ablaţia laser, depunerea prin ablaţie laser, depunerea prin evaporare laser, “sputtering”-ul asistat laser etc. Ceea ce este comun tututor acestor definiţii este faptul că reprezintă întotdeauna o succesiune de două procese: o vaporizare a unui material ţintă urmată de depunerea acestuia pe un colector aflat la o anumită distanţă şi plasat, în general, plan-paralel cu ţinta.

        Radiaţia laser, ca sursă externă de energie, a fost folosită pentru prima dată în experimente în camere de reacţie vidate, în scopul de a vaporiza diverse materiale (semiconductori sau dielectrici) şi de a le depune sub forma de filme subţiri de catre Smith si Turner in 1965, folosind un laser cu rubin  şi lucrând la presiuni joase. Autorii au găsit că filmele depuse de ei (PbCl2, MoO3, CdTe, PbTe, ZnTe) nu au reprodus stoichiometria ţintei, nu au fost uniforme din punct de vedere al grosimii şi nici aderente la substrat (sticlă, mică, BaF2 sau AsS3).  

        Au urmat şi alte experimente, fiind utilizate diverse tipuri de laseri, dar au trebuit să treacă mulţi ani pentru ca metoda de depunere folosind laserii pulsaţi să revină în atenţia comunităţii ştiinţifice internaţionale, odată cu dezvoltarea puternică a surselor laser din anii 1970-1980. Evoluţiile tehnologice au făcut disponibile surse laser de mare intensitate, capabile să dea pulsuri scurte cu durate de nanosecunde şi, recent, cu durate de picosecunde si femtosecunde. Un pas esenţial în acest domeniu a fost progresul laserilor de putere pulsaţi ce emit în UV, folosind fie amestecuri excimer, fie laseri cu corp solid triplaţi sau cuadruplaţi în frecvenţă. Acest lucru a făcut posibilă vaporizarea congruentă, acompaniată de iniţierea plasmei, ceea ce a dus transferul stoichiometric de substanţă de la ţintă la substrat sau la controlul reacţiilor chimice ce apar, ducând la depunerea de filme subţiri foarte uniforme si aderente. Primele experienţe de depunere laser pulsată în care s-au folosit laseri cu excimeri au fost făcute de către Srinivasan şi colab.  

        În anii ce au urmat, metoda de depunere cu laseri pulsaţi s-a dovedit, în principiu, aplicabilă pentru obţinerea de materiale de orice tip, asigurând controlul precis al grosimii stratului depus, cât si aderenţa materialului sintetizat la substratul colector. Astfel, au fost depuse materiale supraconductoare, metale, semiconductori şi dielectrici, materiale piezoelectrice, feroelectrice, nitruri şi carburi, compuşi binari sau terţiari oxidici, polimeri, materiale biocompatibile etc. Această multitudine de materiale demonstrează potenţialul cvasi-universal al metodei de depunere cu laseri pulsaţi pentru obţinerea de filme subţiri cu compoziţia şi structura dorite.

        Termenul de "ablaţie" provine din limba engleză, cuvântul ablation având semnificaţia de "îndepărtare, expulzare".

(1) încălzirea materialului iradiat;

(2) topirea, evaporarea sau sublimarea materialului încălzit;

(3) formarea plasmei (în cazul intensităţilor mari ale fasciculului laser).

      Pentru depunerea filmelor subţiri ne interesează să putem alege regimul adecvat de iradiere. Trebuie îndeplinite următoarele condiţii: cantitatea de material ablat să fie maximă, compoziţia şi structura filmului depus să fie corespunzătoare, proprietăţile mecanice (în primul rând aderenţa la substrat) să fie cât mai bune.

        O cantitate maximă de material ablat se obţine printr-o alegere potrivită a parametrilor laser, astfel încât majoritatea energiei să fie consumată la îndepărtarea de material sub două forme: vapori şi/sau lichid şi la formarea plasmei. În multe situaţii pentru ablarea materialelor se foloseşte radiaţie laser în pulsuri, pentru a se obţine o putere de vârf mare în condiţiile în care puterea medie laser este scăzută. Pentru un puls laser de durată dată, , topirea şi vaporizarea superficială sunt procese care apar în momentul în care intensitatea radiaţiei laser depăşeşte anumite valori de prag. 

           Avantajele incontestabile ale metodei de depunere a filmelor subţiri cu laseri pulsaţi faţă de metodele convenţionale sunt:

        Procesarea selectivă a regiunilor de interes. Radiaţia laser poate fi focalizată în spoturi cu dimensiuni foarte mici (limita practică atinsă fiind foarte apropiată de cea teoretică, adică diametrul spotului laser poate ajunge până la dimensiuni de ordinul a câtorva lungimi de undă ale radiaţiei laser). Astfel, se poate realiza un tratament foarte bine localizat, ablaţia laser fiind compatibilă cu realizarea directă a unei configuraţii dorite, permiţând eliminarea proceselor ulterioare de prelucrare, de exemplu a celor fotolitografice, ce presupun probabilităţi crescute de contaminari superficiale. În plus, anumite straturi depuse sunt inerte din punct de vedere chimic la acţiunea agenţilor corodanţi folosiţi in procedeele fotolitografice. De asemenea, energia provenind de la raza laser este depusă într-o zona îngustă, bine delimitată pe suprafaţa ţintei, ceea ce face să crească eficienţa procesului, ca şi controlul şi flexibilitatea lui. Astfel, depunerea cu laseri pulsaţi este o tehincă versatilă şi flexibilă.

        Camera de depunere este un reactor "curat", deoarece sursa de energie, laserul, este exterioară, fiind independentă de mediul în care se face depunerea, neexistând impurificări de la sursă, aşa cum se întâmplă, de exemplu, în cazul proceselor de depunere prin evaporare termică.

        Metoda de depunere cu laseri pulsaţi este simplă din punctul de vedere al realizării experimentale şi deosebit de versatilă, putându-se obţine cu ajutorul ei, practic, orice compus existent în natură sau prezis de modelele teoretice. 

          Permite sintetizarea de compuşi metastabili. Condiţiile puternice de neechilibru pe care le oferă metoda de depunere cu laseri pulsaţi dau posibilitatea sintetizării de compuşi aflaţi în stări metastabile, imposibil de obţinut prin alte metode şi, de asemenea, de fabricare a unor filme subţiri din specii generate numai în timpul ablaţiei laser.

          Depunerea de compuşi cu stoichiometrie complexă. Atunci când se folosesc densităţi mari de putere laser şi pulsuri scurte, procesul indus este cvasiinstantaneu, făcând posibilă ablaţia congruentă şi depunerea stoichiometrică a unor compuşi complecşi. În cazul existenţei în materialul ţintă a unor compuşi volatili, asigurarea stoichiometriei stratului depus poate fi controlată prin modificarea parametrilor de iradiere, prin alegerea potrivită a compoziţiei ţintei şi/sau a atmosferei în care se realizează depunerea.

        Posibilitatea controlului procesului de depunere. Datorită faptului că procesele implicate în metoda de depunere cu laseri pulsaţi sunt puternic influenţate de parametrii laserului (lungime de undă, fluenţa laser, aria spotului laser, durata pulsului laser, rata de repetiţie etc.), iar aceştia pot fi controlaţi din exteriorul camerei de reacţie, procesul putând fi uşor controlat din exteriorul camerei de reacţie. De asemenea, creşterea filmului se poate face într-un mediu reactiv sau nu, folosind orice tip de gaz. Astfel, există posibilitatea sintezei într-un singur pas, de exemplu a nitrurii de Ga dintr-o ţintă de Ga în atmosferă de azot, sau a nitrurii de Al dintr-o ţintă de Al în atmosferă de azot.

        Metoda favorizează rate de depunere mari. Ratele de depunere în cazul acestei metode sunt mari, atingând 1-5 Å/puls. Speciile cu energii mari smulse din ţintă duc la o creştere bună a filmului, în ceea ce priveşte cristalinitatea, compactitatea etc.

       Dezavantajul major al metodei de depunere cu laseri pulsaţi este apariţia pe suprafaţa filmelor depuse a unor conglomerate ce afectează calitatea acestora. Aceste conglomerate pot fi clasificate astfel:

- Picături topite şi solidificate, cu diametre între 0.1 şi 3 m. Aceste formaţiuni sunt legate de condensarea vaporilor şi/sau de instabilităţile hidrodinamice de la suprafaţa ţintei. În timpul creşterii filmelor, picăturile îşi pot schimba forma datorită cristalizării, acoperirii cu material etc.

- Grăunţe solide cu forme neregulate, cu diametre între 1 m şi mai mult de 10 m. Aceste grăunţe sunt scoase direct din ţintă în faza solidă, datorită tensiunilor aparute termic, fară vaporizare.

- Picături solidificate cu diametre mai mari de 10 m, expulzate în faza lichidă, ce rezultă datorită dislocării explozive a meterialului în urma supraîncălzirii ţintei.

- Prin iradierea materialelor biologice sau a polimerilor organici se obţin filme ce au adesea pe suprafaţă fragmente din materialul iradiat.

        Aceste dezavantaje prezintă însă unele soluţii tehnice ca: 

- alegerea potrivită a materialului ţintei, reducându-se astfel numărul de conglomerate de pe suprafaţa filmului;

- rotirea şi translatarea ţintei faţă de fasciculul laser, pe durata procesului de depunere, pentru obţinerea unei ablaţii uniforme a materialului ţintei;

- alegerea potrivită a parametrilor depunerii (fluenţa laser, rata de repetiţie a pulsurilor laser, aria spotului laser etc.);

- folosirea unei tehnici de ablaţie laser cu doi laseri (de ex.: unul cu CO2 şi unul cu KrF);

- depunerea de filme subţiri folosind o altă orientare a substratului, nu cea perpendiculară pe direcţia plasmei laser.