原子层沉积介绍

twinson

原子层沉积（Atomic Layer Deposition，ALD），最初称为原子层外延（Atomic Layer Epitaxy，ALE），也称为原子层化学气相沉积（Atomic Layer Chemical Vapor Deposition，ALCVD）。原子层沉积是在一个加热反应器中的衬底上连续引入至少两种气相前驱体物种，化学吸附的过程直至表面饱和时就自动终止，适当的过程温度阻碍了分子在表面的物理吸附。一个基本的原子层沉积循环包括四个步骤：脉冲A，清洗A，脉冲B和清洗B。沉积循环不断重复直至获得所需的薄膜厚度，是制作纳米结构从而形成纳米器件的极佳工具。ALD的优点包括：

8 X5 \/ J! W7 M$ r$ a  {1.        可以通过控制反应周期数简单精确地控制薄膜的厚度，形成达到原子层厚度精度的薄膜
4 T2 Z& c9 J6 c4 J" u* p
2.        不需要控制反应物流量的均一性
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# Q* q8 o$ W# M- v& H3.        前驱体是饱和化学吸附，保证生成大面积均匀性的薄膜

4.        可生成极好的三维保形性化学计量薄膜，作为台阶覆盖和纳米孔材料的涂层
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  w0 a) Y8 X1 j* m$ [+ l5.        可以沉积多组份纳米薄层和混合氧化物

6.        薄膜生长可在低温（室温到400oC）下进行

3 f( z! q, i  q! l7.        可广泛适用于各种形状的衬底。原子层沉积生长的金属氧化物薄膜用于栅极电介质、电致发光显示器绝缘体、电容器电介质和MEMS器件，而生长的金属氮化物薄膜适合于扩散势垒。

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7 `8 y, B" ^8 u& I6 z, C目前可以沉积的材料包括：
% b9 V1 E/ w1 \9 q) k
氧化物: Al2O3, TiO2, Ta2O5, Nb2O5, ZrO2, HfO2, SnO2, ZnO, La2O3, Y2O3, CeO2, Sc2O3, Er2O3, V2O5, SiO2, In2O3,...
* m0 E9 O: Q2 Z, G# N
4 f" p8 |! u1 q3 b& `) S 氮化物: AlN, TaNx, NbN, TiN, MoN, ZrN, HfN, GaN, ...
5 l; E4 N- u3 o5 o5 `( k8 Y
氟化物: CaF2, SrF2, ZnF2, ...

" K( a2 c1 i& f 金属: Pt, Ru, Ir, Pd, Cu, Fe, Co, Ni, ...
5 X3 ^/ I  B2 N& _) F
碳化物: TiC, NbC, TaC, ...
2 P. _# P7 n+ s% {" m0 X8 d
复合结构: AlTiNx, AlTiOx, AlHfOx, SiO2:Al, HfSiOx, ...
1 F8 P5 D4 s8 n5 H2 _
硫化物: ZnS, SrS, CaS, PbS, ...

# m& |! z- Z) J# z( v5 \4 N 纳米薄层: HfO2/Ta2O5, TiO2/Ta2O5, TiO2/Al2O3, ZnS/Al2O3, ATO (AlTiO) ...
( \# y& j% c1 W, G


3 n* Q' O. s! y/ S' Q- _2 I3 iALD的应用包括：

5 J6 O3 m# `9 s半导体领域：晶体管栅极电介质层（高k材料），光电元件的涂层，晶体管中的扩散势垒层和互联势垒层（阻止掺杂剂的迁移），有机发光显示器的反湿涂层和薄膜电致发光(TFEL)元件，集成电路中的互连种子层，DRAM和MRAM中的电介质层，集成电路中嵌入电容器的电介质层，电磁记录头的涂层，集成电路中金属-绝缘层-金属（MIM）电容器涂层。

纳米技术领域：中空纳米管，隧道势垒层，光电电池性能的提高，纳米孔道尺寸的控制，高高宽比纳米图形，微机电系统（MEMS）的反静态阻力涂层和憎水涂层的种子层，纳米晶体，ZnSe涂层，纳米结构，中空纳米碗，存储硅量子点涂层，纳米颗粒的涂层，纳米孔内部的涂层，纳米线的涂层。
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