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词条创建者 骄阳似火

原子层沉积

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原子层沉积(ALD)是一种在气相中使用连续化学反应的薄膜形成技术。化学气相沉积:1个是分类的(CVD的化学气相沉积)。在许多情况下,ALD是使用两种称为前体化学物质执行的。每种前体以连续和自我控制的方式与物体表面反应。通过依次重复对每个前体的曝光来逐渐形成薄膜。ALD是半导体器件制造中的重要过程,部分设备也可用于纳米材料合成。芬兰的Tuomo Sundra博士于1974 年将其投入实际使用。

ALD是一种薄膜形成方法,其中将多种气相原料(前体)交替暴露于基板表面以形成膜。与CVD不同,不同类型的前驱物不会同时进入反应室,而是作为独立的步骤引入(脉冲)和排出(吹扫)。在每个脉冲中,前体分子在基材表面上以自控方式起作用,并且当表面上不存在可吸附位时,反应结束。因此,一个周期中的**成膜量由前体分子和基板表面分子如何化学键合来定义。因此,通过控制循环次数,可以在具有任意结构和尺寸的基板上形成高精度且均匀的膜。

原子层沉积

ALD可以在原子层水平上控制膜厚度和材料,并且被认为能够形成极薄且致密的膜。近年来,基于物理定律的摩尔定律对电子设备的小型化的需求已成为主要驱动力,近来ALD的研究和开发变得非常活跃。已经宣布了数百种不同的工艺,其中一些工艺与标准ALD工艺相距甚远。

表面反应机理

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在典型的ALD工艺中,将基材依次暴露于气体反应物(前体)A和B,以使反应物不会彼此混合。与其他沉积技术(例如化学气相沉积(CVD))不同,在该沉积技术中,薄膜生长以稳定状态进行,而在ALD中,每种反应物均以自控方式与基材表面反应。这是因为反应物分子仅与表面上固定数目的反应位反应。

当表面上的所有反应性位点都充满了反应物A时,膜的生长就会停止。排出剩余的A分子,这次引入了反应物B。通过依次曝光到A和B来沉积薄膜。因此,当提及ALD工艺时,它既指每种前体的供应次数(一种前体暴露于基材表面的次数)又指吹扫的次数(在供应与供应之间排出过量前体的次数)。进料-吹扫-进料-吹扫两个步骤组成了ALD过程。对于ALD,是从每个周期的增长角度而不是增长率(即所谓的仓库概念)的角度进行解释。

在ALD中,如果在每个反应步骤中确保足够的时间,则认为前体分子被完全吸附到所有表面反应位点上,如果实现了,则该过程饱和。该处理时间取决于两个因素:前体压力和粘附可能性。

利与弊

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优点

ALD允许在原子层水平上精确控制膜厚度。而且,可以相对容易地形成不同材料的多层结构。由于其高反应活性和精度,它在精细和高效的半导体领域(如微电子和纳米技术)中非常有用。由于ALD通常在相对较低的温度下操作,因此在使用易碎的底物例如生物样品时是有用的,并且在使用易于热解的前体时也是有利的。由于它具有出色的投射能力,因此可以轻松地应用于结构复杂的粉末和形状。

缺点

众所周知,ALD工艺非常耗时。例如,氧化铝的膜形成为每个循环0.11nm,并且每小时的标准膜形成量为100至300nm。由于ALD通常用于制造微电子和纳米技术的基材,因此不需要厚膜形成。通常,当需要大约μm的膜厚度时,就膜形成时间而言,ALD工艺是困难的。作为物质限制,前体必须是挥发性的。另外,成膜靶必须能够承受前体分子的化学吸附所必需的热应力。

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