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ALD原子層沉積技術(shù)

點(diǎn)擊量:626 日期:2023-07-24 編輯:硅時(shí)代

原子層沉積(Atomic layer deposition)是一種可以將物質(zhì)以單原子膜形式一層一層的鍍?cè)诨妆砻娴姆椒?。原子層沉積與普通的化學(xué)沉積有相似之處。但在原子層沉積過程中,新一層原子膜的化學(xué)反應(yīng)是直接與之前一層相關(guān)聯(lián)的,這種方式使每次反應(yīng)只沉積一層原子。

單原子層沉積(atomic layer deposition,ALD),又稱原子層沉積或原子層外延(atomic layer epitaxy) ,是一種基于有序、表面自飽和反應(yīng)的化學(xué)氣相薄膜沉積技術(shù)。最初是由芬蘭科學(xué)家提出并用于多晶熒光材料ZnS:Mn以及非晶Al2O3絕緣膜的研制,這些材料是用于平板顯示器。由于這一工藝涉及復(fù)雜的表面化學(xué)過程和低的沉積速度,直至上世紀(jì)80年代中后期該技術(shù)并沒有取得實(shí)質(zhì)性的突破。

但是到了20世紀(jì)90年代中期,人們對(duì)這一技術(shù)的興趣在不斷加強(qiáng),這主要是由于微電子和深亞微米芯片技術(shù)的發(fā)展要求器件和材料的尺寸不斷降低,而器件中的高寬比不斷增加,這樣所使用材料的厚度降低至幾個(gè)納米數(shù)量級(jí)。

因此,原子層沉積技術(shù)的優(yōu)勢(shì)就體現(xiàn)出來,如單原子層逐次沉積,沉積層極均勻的厚度和優(yōu)異的一致性等就體現(xiàn)出來,而沉積速度慢的問題就不重要了。以下主要討論原子層沉積原理和化學(xué),原子層沉積與其他相關(guān)技術(shù)的比較,原子層沉積設(shè)備,原子層沉積的應(yīng)用和原子層沉積技術(shù)的發(fā)展。

原子層沉積系統(tǒng)(ALD)的原理:

原子層沉積是通過將氣相前驅(qū)體脈沖交替地通入反應(yīng)器并在沉積基體上化學(xué)吸附并反應(yīng)而形成沉積膜的一種方法(技術(shù))。當(dāng)前驅(qū)體達(dá)到沉積基體表面,它們會(huì)在其表面化學(xué)吸附并發(fā)生表面反應(yīng)。在前驅(qū)體脈沖之間需要用惰性氣體對(duì)原子層沉積反應(yīng)器進(jìn)行清洗。由此可知沉積反應(yīng)前驅(qū)體物質(zhì)能否在被沉積材料表面化學(xué)吸附是實(shí)現(xiàn)原子層沉積的關(guān)鍵。氣相物質(zhì)在基體材料的表面吸附特征可以看出,任何氣相物質(zhì)在材料表面都可以進(jìn)行物理吸附,但是要實(shí)現(xiàn)在材料表面的化學(xué)吸附必須具有一定的活化能,因此能否實(shí)現(xiàn)原子層沉積,選擇合適的反應(yīng)前驅(qū)體物質(zhì)是很重要的。

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