лазерная абляция

ВАЖНО! Для того, что бы сохранить статью в закладки, нажмите: CTRL + D

Задать вопрос ВРАЧУ, и получить БЕСПЛАТНЫЙ ОТВЕТ, Вы можете заполнив на НАШЕМ САЙТЕ специальную форму, по этой ссылке >>>

Метод лазерной абляции, заключающийся в «выпаривании» вещества посредством лазерного импульса, открывает широкий спектр возможностей в медицине.

Для чего делают лазерную абляцию в современной медицине и косметологии:

  • Удаление миндалин.
  • Лечение аденомы простаты.
  • Омоложение.
  • Урология.
  • Лечение мастопатии.

Абляция нёбных миндалин

Операция проходит с помощью углекислотного лазера с контактирующей поверхностью 2 мм. Процесс продолжается около 20 минут. На каждую миндалину лазер воздействует по 10–15 секунд с небольшими интервалами. Ткани нагреваются моментально, что приводит к быстрому удалению миндалин без повреждения смежных тканей.

Абляция с применением CO – лазера – это эффективный способ лечения хронического тонзиллита. В 90% случаев достигается положительный результат, но после операции возможны небольшие боли в течение 48 часов.

  • Возможный ожог ткани.
  • Болевые ощущения после прекращения анестезии.
  • Возможность возникновения рецидивов.
  • Нет кровотечения.
  • Быстрота операции.
  • Эффективная методика.
  • Отсутствие ран и швов.

Лазерная хирургия аденомы простаты

Для лечения аденомы простаты используется высокоэффективный лазерный луч, который разрушает больные ткани предстательной железы. Лазерная хирургия простаты проходит под общей анестезией. В большинстве случаев после операции проходит быстрое возобновление утраченных функций, но иногда симптомы могут вновь появиться.

Плюсы лазерной процедуры:

  • Отсутствие кровотечения.
  • Минимальный срок нахождения в клинике.
  • Быстрое восстановление.
  • Минимальный срок применения катетера.
  • Быстрый результат.

Лазерная косметология

Лазерное омоложение – самый эффективный и современный способ борьбы против старения. За счёт «испарения» множества старых слоёв кожи, происходит её регенерация и нарастание новых клеток. Результатом лазерной процедуры в косметологии являются:

  • Повышенный тонус кожи.
  • Отсутствие рубцов и пигментации.
  • Отсутствие морщин и стрий.
  • Ровный овал лица.

В урологии с помощью лазера проводят лечение цистита, а именно – метаплазии. Так как метаплазию невозможно вылечить медикаментозно, выжигание её при помощи лазера является отличным вариантом. Лазер действует безболезненно и практически не оставляет рубцов, так как проникает всего на 0,4 мм и не повреждает здоровые клетки.

Операцию проводят под общим наркозом минут 20, а через час–полтора человек может отправляться домой.

Лечение мастопатии

Лазерное лечение мастопатии – это прорыв в удалении патологически изменённых фиброзных клеток. Во время операции к опухоли подводят световод, через который проходит лазерный луч, удаляющий изменённые ткани. Благодаря этому методу возможно полное удаление опухолевой ткани, далее через непродолжительное время образуется здоровая ткань.

Лазерное лечение отнимает немного времени. Всё зависит от стадии развития опухоли. Госпитализация не требуется. Реабилитация после лазерного удаления проходит максимально быстро и без каких-либо осложнений. После лазерного вмешательства не остаётся «некрасивых» следов от операции, что, несомненно, является большим плюсом.

Недостатки лазерной абляции

К сожалению, лазерное лечение — очень дорогое «удовольствие» как для пациента, так и для самой клиники. Не всякое учреждение может позволить себе приобрести дорогостоящее профессиональное оборудование, вследствие чего лазерные процедуры мало распространены, что также не является преимуществом.

Источник: http://webdiana.ru/jenskoe-zdorovye/budem-zdorovi/4800-lazernaja-abljacija-dla-chego-ee-delajut.html

Сегодня процедуры противораковой терапии состоят из применения современных, инновационных методов борьбы со злокачественными раковыми опухолями.

К одному из самых популярных и современных методов по лечению рака является лазерная абляция.

В ходе этой процедуры происходит уничтожение злокачественных, мутированных клеток при помощи ионного потока.

Также в ходе лазерной абляции идет трансформация электро-магнитной энергии, которая превращается в тепловую. Трансформация вызывает местное повышение температуры до 400 градусов.

Но процедура лазерной абляции используется не только в медицине и косметологии, ее используют для:

  1. Удаления миндалин.
  2. Лечения различных степеней тяжести аденомы простаты.
  3. Омоложения.
  4. Лечения мастопатий.
  5. Лечения заболеваний, относящихся к урологии.

Процедура абляции с лазером — едва ли не самый лучший способ лечения тонзиллита. Примерно в 90% случаев такое лечение приносит положительный результат, но следует отметить, что после операции человек может чувствовать боль на протяжении двух суток.

Недостатки такого метода:

  • Есть вероятность ожогов тканей.
  • После завершения анестезии могут быть сильные болевые ощущения.
  • В некоторых случаях, очень редких, возможно проявление рецидивов.

Преимущества:

  • В процессе процедуры нет кровотечения.
  • Операция проходит оперативно и быстро.
  • Методика сама по себе эффективна.
  • Процедура не оставит на теле пациента ни ран, ни швов.

Катетерная или радиочастотная абляция начала набирать обороты еще в начале 80-х годов прошлого века. Что касается наших дней, то именно абляция превратилась в процедуру первой необходимости, когда речь идет об операциях, связанных с сердцем. Более того, абляция — одна из немногих операций, использующих катетеризацию, а в роли катетеров профессионалы применяют электроды-зонды, их вводят в необходимую полость, а нужные ткани прижигают.

Показания:

  • Фибрилляция в области предсердий или их трепетание.
  • Тахикардия или желудочная экстрасистолия.
  • Тахикардия предсердия.
  • Узловая тахикардия.

После завершения процедуры пациент можно и не принимать никаких лекарств, а его состояние будет улучшаться в кратчайшие сроки. Кроме того, пациент после завершения операции сможет быстро вернуться к нормальной, полноценной жизни.

В процессе реабилитации больной не будет испытывать неприятных или болезненных ощущений, а сама процедура не требует никаких дополнительных условий — подойдут и больничные.

Реабилитация назначается сразу же после завершения обследования, а в процессе обследования пациенту проводят электрокардиограмму или другие процедуры, касающиеся обследования сердца.

Перед началом процедуры организм пациента проходит тщательное, подробное обследование, в случае ишемического заболевания сердца или же порока могут быть назначены дополнительные меры диагностики и обследования.

В день проведения процедуры пациенту запрещается пить или же принимать любую пищу, что же касается представительниц слабого пола, то в периоде предменопаузы им не рекомендуется подвергать себя этой процедуре, особенно если она должна проходить во время менструации. Все дело в том, что в процессе абляции врачи используют средства, разжижающие кровь. А это значит, что в период менструации у представительниц слабого пола может быть увеличено кровотечение.

Вмешательство в человеческое тело при проведении абляции происходит только в специальной операционной комнате и только под контролем сертифицированного, правильно настроенного рентгеновского медицинского аппарата.

Лазерная абляция применяется для избавления от тканей с органов и сосудов при помощи низкочастотного лазера.

Игольчатая абляция чаще всего используется для лечения аденомы простаты, так как считается малоинвазивной. Во время операции эндоскопический зонд вставляют в мочевой пузырь. В простату вводят тоненькие иголочки, которые излучают низкочастотные радиоволны. Радиоволны позволяют уничтожить опухолевые ткани.

После операции диаметр уретры приходит в норму и самочувствие пациента улучшается, однако всю опухоль таким методом удалить невозможно. К такой процедуре прибегают, когда по каким-то причинам хирургическое вмешательство невозможно. Улучшение состояния наступает постепенно, по мере того, как плохие клетки будут выводиться через уретру.

Перед операцией проводят цистоскопию. Абляцию делают на протяжении 30 минут, при этом больной не ощущает сильного дискомфорта, сразу после процедуры пациента могут отпустить домой.

Холодноплазменная абляция проводится при помощи двух электродов с высоковольтным током 300 кГц. Параметры тока можно менять, благодаря чему аппарат применяют и как нож, и как коагулятор ткани, чаще всего применяется для работы с хрящами после травм. На поврежденное место воздействуют током пару секунд, в связи с чем плотность коллагеновых волокон в суставе моментально увеличивается.

Лазерная абляция при раке — это способ устранения субстанции с поверхности при помощи лазерного импульса. Этот метод эффективно используется при раковых заболеваниях, когда необходимо уничтожить только инфицированные ткани, не задевая кровеносной системы, нервных окончаний и тканей, что рядом расположены. Способ лазерной абляции при онкологическом лечении включает ультразвуковое или рентгенологическое наблюдение за точным влиянием СВЧ — луча. Методика используется во многих направлениях терапии онкологии.

READ  радиочастотная абляция печени в израиле

Лазерная абляция вен. При раке вен их пирогенное растворение происходит при применении двух способов:

  • Варикозное расширение капилляров ног. Процедура проводится методом выжигания внутри сосуда, который предотвращает рост патологического кровотока. Плюсом этой операции есть ее низкий процент травматичности и быстрый восстановительный период.
  • Таргетное лечение раковых опухолей печени. Если этот метод применить на ранних стадиях раковой болезни, то есть вероятность растворения пораженных кровеносных сосудов без подпитки их питательными веществами, что блокирует их рост. Но такой вариант терапии находится на экспериментальном уровне и до конца не исследован, чтобы предоставить 100% вероятность выздоровления.

Лазерная абляция миндалин. Лазерное воздействие на злокачественное новообразование на миндалинах применяется лишь на ранних стадиях болезни, без прогрессирования метастаз, методом их удаления под местным наркозом. Углекислый газ подается через специальный зонд и почти без боли иссекает раковые клетки в лимфатической ткани. Эта простая операция проводится быстро и эффективно, без послеоперационного кровотечения.

Лазерная абляция мочевого пузыря. При лечении онкологических заболеваний этим способом нередко иссекают затвердение мочевого пузыря, которое относится к предвестникам рака.

Преимуществами этого метода является:

  • положительный гомеостазис — неплохое сворачивание крови;
  • редкость послеоперационных осложнений;
  • маловероятность травмы во время операции;
  • максимально точное удаление пораженных тканей с поверхности мочевого пузыря;
  • быстрая реабилитация после процедуры.

Лазерная абляция молочной железы. Уничтожение раковой опухоли в молочной железе лазерным методом комбинируется с хирургическим вмешательством по удалению пораженных лимфатических пучков. Такая операция проводится под ультразвуковым и рентгенологическим наблюдением.

Главными пациентками являются пожилые женщины в кризисном состоянии постсоматического характера. В такой ситуации онкобольные пациентки не в силах выдержать обширную хирургию грудной железы.

После комплексной операции необходима химиотерапия и облучение, чтобы избежать вероятности повторного рецидива.

Лазерная абляция простаты

Излечение аденомы при помощи лазера ведет к нормализации мочевого потока и позволяет полностью опорожнять мочевой пузырь. После лазерной процедуры наступает период долгой ремиссии.

Эта технология является лучшей среди методов устранения ракового состояния. При этом не требуется госпитализация больного, но с условием периодического профилактического осмотра.

При терапии аденомы предстательной железы применяется лазерный поток, который иссекает воспаленные участки простаты. Такая процедура проводится под общим наркозом. После нее происходит быстрое восстановление потерянных функций, но стоит учесть, что раковые признаки могут появиться опять.

Преимуществами данной методики являются: скорое возобновление, не происходит потеря крови, не приходится длительно находиться в клинических условиях, недолгое использование катетера.

Лазерная абляция эндометрия. Данная малоинвазивная операция очищает слизистую поверхность матки от различных новообразований, в том числе и злокачественных. Лазерная хирургия применяется при раковых маточных заболеваниях, нарушении гормональной картины, инфицировании женских половых органов. Перед лазеротерапией пациентке необходимо обследование.

Данная методика применяется, когда традиционная хирургия по некоторым причинам невозможна. Женщина после лазерного вмешательства не сможет выносить и родить ребенка.

Лазерная абляция — эффективный метод борьбы с раковыми образованиями, однако и стоит он не дешево. В зависимости от вида операции, пациент может заплатить от 500 до 5000 евро.

Источник: http://prostatitoff.net/operacii/lazernaja-abljacija/

Ла́зерная абля́ция (англ. laser ablation ) — метод удаления вещества с поверхности лазерным импульсом. При низкой мощности лазера вещество испаряется или сублимируется в виде свободных молекул, атомов и ионов, то есть над облучаемой поверхностью образуется слабая плазма, обычно в данном случае тёмная, не светящаяся (этот режим часто называется лазерной десорбцией). При плотности мощности лазерного импульса, превышающей порог режима абляции, происходит микро-взрыв с образованием кратера на поверхности образца и светящейся плазмы вместе с разлетающимися твёрдыми и жидкими частицами (аэрозоля). Режим лазерной абляции иногда также называется лазерной искрой (по аналогии с традиционной электрической искрой в аналитической спектрометрии, см. искровой разряд).

Лазерная абляция используется в аналитической химии и геохимии для прямого локального и послойного анализа образцов (непосредственно без пробоподготовки). При лазерной абляции небольшая часть поверхности образца переводится в состояние плазмы, а затем она анализируется, например, методами эмиссионной или масс-спектрометрии. Соответствующими методами анализа твёрдых проб являются лазерно-искровая эмиссионная спектрометрия (ЛИЭС; анг. LIBS или LIPS) и лазерно-искровая масс-спектрометрия (ЛИМС). В последнее время быстро развивается метод ЛА-ИСП-МС (масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой и лазерной абляцией), при котором анализ производится путём переноса продуктов лазерной абляции (аэрозоля) в индуктивно-связанную плазму и последующим детектированием свободных ионов в масс-спектрометре. Перечисленные методы относятся к группе методов аналитической атомной спектрометрии и к более общей совокупности методов элементного анализа (см. аналитическая химия).

Метод лазерной абляции применяется для определения концентраций как элементов, так и изотопов. Он конкурирует с ионным зондом. Последний требует значительно меньший анализируемый объем, но, как правило, гораздо дороже.

Лазерная абляция также применяется для тонкой технической обработки поверхностей и нанотехнологии (например, при синтезе одностенных углеродных нанотрубок).

Содержание

Термин лазерная абляция широко используется в научной литературе в таких областях как, получение тонких пленок, лазерном пробоотборе и обработке материалов. В физической литературе термин «абляция» (от лат. «ablatio» — отнятие) обозначает совокупность сложных физико-химических процессов, результатом которых является удаление вещества с поверхности раздела фаз. Согласно значению латинского корня можно использовать данный термин для описания любого удаления вещества. В связи с этим под термином «лазерная абляция» в широком смысле понимают процесс удаления вещества под действием лазерного излучения, включая как удаление испаренного материала, так и летучих продуктов химического травления.

В литературе можно встретить и чрезмерно узкое толкование термина, когда под абляцией понимают процесс удаления вещества, вызванный разрушением химических связей и образованием свободных молекул, атомов и ионов под действием света. Следует отметить, что термин является междисциплинарным, и появился в литературе задолго до появления лазеров. Так его использовали для описания процесса удаления вещества при воздействии на образец металла электрического разряда, потока горячего газа, плазмы. Под термином «абляционная защита» в космонавтике и авиации понимают способ эффективного снижения перегрева элементов фюзеляжа, за счет отбора теплоты на плавление и испарение слоя специального защитного материала. В дополнение следует заметить, что этот термин используется в геологии и гляциологии для обозначения уменьшения массы ледника или снега в результате таяния и испарения.

Большинство исследователей под термином лазерная абляция понимают процесс взаимодействия лазерного излучения с веществом, при котором происходит процесс плавления, испарения или сразу сублимации с образованием паров и низкотемпературной плазмы, обычно данные процессы также сопровождаются разлетом частиц и капель исходного вещества.

Главными характерными особенностями лазерной абляции являются следующие:

  1. лазерная абляция связана с непосредственным поглощением энергии лазерного импульса в веществе;
  2. результатом лазерной абляции является формирование плазменного облака;
  3. лазерная абляция происходит на границе раздела конденсированной и газообразной (или вакуума) или жидкой фаз;
  4. лазерная абляция имеет пороговый характер.

Лазерная абляция применяется в разнообразных областях:

  • пробоотбор для анализа вещества (LIBS, LA ISP OES, LA ICP MS)
  • обработка деталей (micromachining)
  • получение тонких пленок, в том числе новых материалов (PLD)

Лазерное парофазное осаждение (ЛПА или PLD — pulsed laser deposition) — это процесс быстрого плавления и испарения материала мишени в результате воздействия на него высокоэнергетического лазерного излучения, с последующим переносом в вакууме распыленного материала от мишени к подложке и его осаждения.

К преимуществам метода относятся:

  • высокая скорость осаждения (> 10 15 атом·см −2 ·с −1 );
  • быстрый нагрев и охлаждение осаждаемого материала (до 10 10 К·с −1 ), обеспечивающее образование метастабильных фаз;
  • непосредственная связь энергетических параметров излучения с кинетикой роста слоя;
  • возможность конгруэнтного испарения многокомпонентных мишеней;
  • строгая дозировка подачи материала, в том числе многокомпонентного с высокой температурой испарения;
  • агрегация в кластеры разного размера, заряда и кинетической энергии (10 — 500 эВ), позволяющая проводить селекцию с помощью электрического поля для получения определённой структуры осаждаемой плёнки.
READ  коагуляция золей смесями электролитов

Подробное описание механизма ЛА является очень сложным, сам механизм включает процесс абляции материала мишени с лазерным облучением, развитие плазменного факела с содержанием ионов и электронов с высокой энергией, а также кристаллический рост самого покрытия на подложке. Процесс ЛА в целом можно разделить на четыре этапа:

  1. взаимодействие лазерного излучения с мишенью — абляция материала мишени и создание плазмы;
  2. динамика плазмы — ее расширение;
  3. нанесение материала на подложку;
  4. рост пленки на поверхности подложки.

Каждый из этих этапов имеет решающее значение для физико-механических и химических параметров покрытия, а, следовательно, и медико-биологических эксплуатационных характеристик.

Удаление атомов из объема материала осуществляется испарением массы вещества на поверхность. Происходит первоначальная эмиссия электронов и ионов покрытия, процесс испарения по своей природе является чаще всего термическим. Глубина проникновения лазерного излучения в этот момент зависит от длины волны лазерного излучения и показателя преломления материала мишени, а также пористости и морфологии мишени.

Первые работы по исследованию лазерной абляции были проведены с момента появления лазеров в 1962 году в работе [1] . В большинстве работ в 1960-х были использованы лазерные импульсы микросекундной длительности. Для данного типа была создана тепловая модель, которая с высокой точностью описывала наблюдающееся явления [2] . Развитие лазерной техники привело к тому что, в начале 80-х большинство работ по лазерной абляции выполнялось с помощью лазерных импульсов наносекундного диапазона. В следующее десятилетие все большие развитие получили исследования пикосекундной лазерной абляции. В последние 20 лет широкое развитие получило применения лазеров с фемтосекундной длительностью импульса [3]

На втором этапе плазма материала расширяется параллельно нормали поверхности мишени к подложке из-за кулоновского отталкивания. Пространственное распределение факела плазмы зависит от давления внутри камеры. Зависимость формы факела от времени может быть описана в два этапа:

  1. Струя плазмы узкая и направлена вперед от нормали к поверхности (длительность процесса несколько десятков пикосекунд), практически не происходит рассеяния, не нарушается стехиометрия.
  2. Расширение плазменного факела (длительность процесса несколько десятков наносекунд). От дальнейшего распределения абляционного материала в факеле плазмы может зависеть стехиометрия пленки.

Плотность факела может быть описана как зависимость cosn(х), близкая к гауссовой кривой. Дополнительно к остронаправленному пиковому распределению, наблюдается второе распределение, описываемое зависимостью cosΘ [43, 46]. Эти угловые распределения отчётливо указывают, что унос материала является комбинацией различных механизмов. Угол разлёта плазмы не зависит прямо от плотности мощности и характеризуется, главным образом, средним зарядом ионов в плазменном потоке. Увеличение лазерного потока даёт более высокую степень ионизации плазмы, более острый плазменный поток с меньшим углом разлёта. Для плазмы с ионами заряда Z=1 — 2 угол разлёта составляет Θ=24 ÷ 29°. Нейтральные атомы, главным образом, осаждаются на краю плёночного пятна, тогда как ионы с высокой кинетической энергией осаждаются в центре. Для того, чтобы получить однородные плёнки, край плазменного потока должен быть экранирован. Кроме угловой зависимости скорости осаждения наблюдаются определённые вариации в стехиометрическом составе испарённого материала в зависимости от угла Θ при осаждении многокомпонентных плёнок. Остронаправленное пиковое распределение сохраняет стехиометрию мишени, тогда как широкое распределение является нестехиометрическим. Как следствие, при лазерном осаждении многокомпонентных плёнок всегда существуют стехиометрические и нестехиометрические компоненты в плазменном потоке в зависимости от угла осаждения.

Также динамка разлета плазмы зависит от плотности мишени и ее пористости.

Для мишеней из одинакового материала, но разной плотности и пористости временные интервалы разлета плазмы различны.

Показано, что скорость абляции вдоль распространения лазерного излучения в пористом веществе в (1.5-2) раза превышает теоретические и экспериментальные результаты для скорости абляции в твердом веществе, описать режим и материал.

Можно выделить основные важные технологические параметры ЛА оказывающие влияние на рост и физико-механические и химические свойства пленок при нанесении материала на подложку:

  • параметры лазера — факторы от которых в основном зависит плотность энергии (Дж/см2). Энергия и скорость абляционных частиц зависит от плотности энергии лазера. От этого в свою очередь зависит степень ионизации абляционного материала и стехиометрия пленки, а также скорость осаждения и роста пленки.
  • температура на поверхности — температура поверхности оказывает большое влияние на плотность нуклеации (первая по времени наступления стадия фазового перехода, образование основного числа устойчиво растущих частиц новой, стабильной фазы). Как правило, плотность нуклеации уменьшается с повышением температуры подложки. Так же от температуры подложки может зависеть шероховатость покрытия.
  • состояние поверхности подложки — зарождение и рост покрытия зависит от состояния поверхности: предварительная обработка(химическая обработка, наличие или отсутствие оксидной пленки и т. д.), морфологии и шероховатости поверхности, наличие дефектов.
  • давление — от рабочего давления в камере системы напыления зависит плотность нуклеации, и как следствие морфология и шероховатость покрытия, а также параметры давления оказывают влияние на стехиометрию поверхности. Так же возможно перераспыление материала с подложки обратно в камеру при некоторых параметрах лазера и давления.

На данный момент описаны три механизма роста пленок, подходящие для ионно-плазменных вакуумных методов:

  • Зародышевый механизм роста Вольмера-Вебера: реализуется на атомно гладких гранях совершенного кристалла, каковыми являются грани с малыми индексами Миллера. Рост пленок в этом случае происходит через начальное образование двухмерных или трехмерных зародышей, в дальнейшем разрастающихся в сплошную пленку на поверхности подложки.
  • Послойный механизм роста Франка — ванн — дер — Мерве: реализуется при наличии на поверхности подложки ступеней, источником которых является, в частности, естественная шероховатость граней с большими индексами Миллера. Эти грани представляются в виде совокупности атомных ступеней, образованных участками плотноупакованных поскостей с малыми индексами Миллера.
  • Механизм Странского-Крастанова: представляет собой промежуточный механизм роста. Он заключается в том, что сначала на поверхности идет рост по послойному механизму, зaтeм после образования смачивающего слоя (толщиной в один или несколько моноатомных слоев) происходит переход к островковому механизму роста. Условием реализации такого механизма является значительное (в несколько процентов) рассогласование постоянных решетки осаждаемого материала и материала подложки.

Метод лазерной абляции имеет определённые трудности, связанные с получением плёнок веществ, слабо поглощающих (оксиды различных веществ) или отражающих (ряд металлов) лазерное излучение в видимой и близкой ИК-области спектра. Существенным недостатком метода является низкий коэффициент использования материала мишени, поскольку его интенсивное испарение происходит из узкой зоны эрозии, определяемой размером фокального пятна (

10-2 см2), и вследствие этого небольшая площадь осаждения (

10см2). Значение коэффициента полезного использования материала мишени при лазерном напылении составляет 1 — 2 % и менее. Образование кратера в зоне эрозии и его углубление изменяет пространственный угол разлёта вещества, вследствие чего ухудшается однородность пленок, как по толщине, так и по составу, а также выводит мишень из строя, что особенно характерно для высокочастотного напыления (частота следования импульсов порядка 10 кГц). Повышение однородности плёнок и увеличения срока службы мишени требует использования скоростной системы (

1 м/с) плоскопараллельного сканирования мишени, что позволяет избежать перекрытия соседних фокальных пятен, и вследствие этого локального перегрева мишени и образования на ней глубоких кратеров, что, однако существенно усложняет конструкцию внутрикамерного устройства и сам процесс напыления.

Источник: http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9B%D0%B0%D0%B7%D0%B5%D1%80%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%B0%D0%B1%D0%BB%D1%8F%D1%86%D0%B8%D1%8F

1 Лазерная абляция

Лазерная абляция — метод удаления вещества с поверхности лазернымимпульсом. При низкой мощности лазера веществоиспаряетсяилисублимируетсяв виде свободных молекул, атомов и ионов, то есть над облучаемой поверхностью образуется слабаяплазма, обычно в данном случае тёмная, не светящаяся (этот режим часто называетсялазерной десорбцией). При плотности мощности лазерного импульса, превышающей порог режима абляции, происходит микро-взрыв с образованием кратера на поверхности образца и светящейся плазмывместе с разлетающимися твёрдыми и жидкими частицами (аэрозоля). Режим лазерной абляции иногда также называетсялазерной искрой.

READ  лазерная абляция стриктуры уретры

Лазерная абляция используется в аналитической химииигеохимиидля прямого локального и послойного анализа образцов (непосредственно безпробоподготовки). При лазерной абляции небольшая часть поверхности образца переводится в состояние плазмы, а затем она анализируется, например, методамиэмиссионнойилимасс-спектрометрии. Соответствующими методами анализа твёрдых проб являютсялазерно-искровая эмиссионная спектрометрияи лазерно-искровая масс-спектрометрия (ЛИМС). В последнее время быстро развивается метод ЛА-ИСП-МС (масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмойи лазерной абляцией), при котором анализ производится путём переноса продуктов лазерной абляции (аэрозоля) виндуктивно-связанную плазмуи последующим детектированием свободных ионов в масс-спектрометре. Перечисленные методы относятся к группе методов аналитической атомной спектрометрии и к более общей совокупности методовэлементного анализа.

Метод лазерной абляции применяется для определения концентраций как элементов, так и изотопов. Он конкурирует с ионным зондом. Последний требует значительно меньший анализируемый объем, но, как правило, гораздо дороже.

Лазерная абляция также применяется для тонкой технической обработки поверхностей и нанотехнологии(например, при синтезе одностенныхуглеродных нанотрубок).

2 Преимущества метода

Лазерная абляция применяется в разнообразных областях:

пробоотбор для анализа вещества

получение тонких пленок, в том числе новых материалов

3 Описание метода

Подробное описание механизма ЛА является очень сложным, сам механизм включает процесс абляции материала мишени с лазерным облучением, развитие плазменного факела с содержанием ионов и электронов с высокой энергией, а также кристаллический рост самого покрытия на подложке. Процесс ЛА в целом можно разделить на четыре этапа:

1.взаимодействие лазерного излучения с мишенью — абляция материала мишени и создание плазмы;

2. динамика плазмы — ее расширение; 3. нанесение материала на подложку; 4. рост пленки на поверхности подложки.

Каждый из этих этапов имеет решающее значение для физико-механических и химических параметров покрытия, а, следовательно, и медико-биологических эксплуатационных характеристик. Удаление атомов из объема материала осуществляется испарением массы вещества на поверхность. Происходит первоначальная эмиссия электронов и ионов покрытия, процесс испарения по своей природе является чаще всего термическим. Глубина проникновения лазерного излучения в этот момент зависит от длины волны лазерного излучения и показателя преломления материала мишени, а также пористости и морфологии мишени.

4 Динамика плазмы

На втором этапе плазма материала расширяется параллельно нормали поверхности мишени к подложке из-за кулоновского отталкивания. Пространственное распределение факела плазмы зависит от давления внутри камеры.

Зависимости формы факела от времени может быть описана в два этапа:  Струя плазмы узкая и направлена вперед от нормали к поверхности (длительность процесса несколько десятков пикосекунд), практически не происходит рассеяния, не нарушается стехиометрия.  Расширение плазменного факела (длительность процесса несколько десятков наносекунд). От дальнейшего распределения абляционного материала в факеле плазмы может зависеть стехиометрия пленки.

Плотность факела может быть описана как зависимость cos(х), близкая к гауссовой кривой. Дополнительно к остронаправленному пиковому распределению, наблюдается второе распределение, описываемое зависимостью cosΘ. Эти угловые распределения отчётливо указывают, что унос материала является комбинацией различных механизмов. Угол разлёта плазмы не зависит прямо от плотности мощности и характеризуется, главным образом, средним зарядом ионов в плазменном потоке. Увеличение лазерного потока даёт более высокую степень ионизации плазмы, более острый плазменный поток с меньшим углом разлёта. Для плазмы с ионами заряда Z=1 — 2 угол разлёта составляет Θ=24 ÷ 29°. Нейтральные атомы, главным образом, осаждаются на краю плёночного пятна, тогда как ионы с высокой кинетической энергией осаждаются в центре. Для того, чтобы получить однородные плёнки, край плазменного потока должен быть экранирован. Кроме угловой зависимости скорости осаждения наблюдаются определённые вариации в стехиометрическом составе испарённого материала в зависимости от угла Θ при осаждении многокомпонентных плёнок. Остронаправленное пиковое распределение сохраняет стехиометрию мишени, тогда как широкое распределение является нестехиометрическим. Как следствие, при лазерном осаждении многокомпонентных плёнок всегда существуют стехиометрические и нестехиометрические компоненты в плазменном потоке в зависимости от угла осаждения. Так же динамка разлета плазмы зависит от плотности мишени, и ее пористости. Для мишеней из одинакового материала, но разной плотности и пористости временные интервалы разлета плазмы различны. Показано, что скорость абляции вдоль распространения лазерного излучения в пористом веществе в (1,5-2) раза превышает теоретические и экспериментальные результаты для скорости абляции в твердом веществе, описать режим и материал.

5 Технологически важные параметры ЛА

Можно выделить основные важные технологические параметры ЛА оказывающие влияние на рост и физико-механические и химические свойства пленок при нанесении материала на подложку:

параметров лазера — факторы от которых в основном зависит плотность энергии (Дж/см 2 ). Энергия и скорость абляционных частиц зависит от плотности энергии лазера. От этого в свою очередь зависит степень ионизации абляционного материала и стехиометрия пленки, а также скорость осаждения и роста пленки.

температура на поверхности — температура поверхности большое влияние на плотность нуклеации (первая по времени наступления стадия фазового перехода, образование основного числа устойчиво растущих частиц новой, стабильной фазы). Как правило, плотность нуклеации уменьшается с повышением температуры подложки. Так же от температуры подложки может зависеть шероховатость покрытия.

состояние поверхности подложки — зарождение и рост покрытия зависит от состояния поверхности: предварительная обработка (химическая обработка, наличие или отсутствие оксидной пленки и т. д.), морфологии и шероховатости поверхности, наличие дефектов.

давление — от рабочего давления в камере системы напыления зависит плотность нуклеации, и как следствие морфология и шероховатость покрытия, а также параметры давления оказывают влияние на стехиометрию поверхности. Так же возможно перераспыление материала с подложки обратно в камеру при некоторых параметрах лазера и давления.

На данный момент описаны три механизма роста пленок, подходящие для ионно-плазменных вакуумных методов:

Зародышевый механизм роста Вольмера-Вебера: реализуется на атомно гладких гранях совершенного кристалла, каковыми являются грани с малыми индексами Миллера. Рост пленок в этом случае происходит через начальное образование двухмерных или трехмерных зародышей, в дальнейшем разрастающихся в сплошную пленку на поверхности подложки.

Послойный механизм роста Франка — ванн — дер — Мерве: реализуется при наличии на поверхности подложки ступеней источником, которых является, в частности естественная шероховатость граней с большими индексами Миллера. Эти грани представляются в виде совокупности атомных ступеней, образованных участками плотноупакованных плоскостей с малыми индексами Миллера.

Механизм Странского-Крастанова: представляет собой промежуточный механизм роста. Он заключается в том, что сначала на поверхности идет рост по послойному механизму, зaтeм после образования смачивающего слоя (толщиной в один или несколько моноатомных слоев) происходит переход к островковому механизму роста. Условием реализации такого механизма является значительное (в несколько процентов) рассогласование постоянных решетки осаждаемого материала и материала подложки.

6 Минусы метода

Метод лазерной абляции имеет определённые трудности, связанные с получением плёнок веществ, слабо поглощающих (оксиды различных веществ) или отражающих (ряд металлов) лазерное излучение в видимой и близкой ИК-области спектра. Существенным недостатком метода является низкий коэффициент использования материала мишени, поскольку его интенсивное испарение происходит из узкой зоны эрозии, определяемой размером фокального пятна (

10 -2 см 2 ), и вследствие этого небольшая площадь осаждения (

10см 2 ). Значение коэффициента полезного использования материала мишени при лазерном напылении составляет 1 — 2 % и менее. Образование кратера в зоне эрозии и его углубление изменяет пространственный угол разлёта вещества, вследствие чего ухудшается однородность пленок, как по толщине, так и по составу, а также выводит мишень из строя, что особенно характерно для высокочастотного напыления (частота следования импульсов порядка 10 кГц). Повышение однородности плёнок и увеличения срока службы мишени требует использования скоростной системы (

1 м/с) плоскопараллельного сканирования мишени, что позволяет избежать перекрытия соседних фокальных пятен, и вследствие этого локального перегрева мишени и образования на ней глубоких кратеров, что, однако существенно усложняет конструкцию внутрикамерного устройства и сам процесс напыления.

Источник: http://studfiles.net/preview/2030785/

Ссылка на основную публикацию