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原子层沉积

浏览数:1,482 发布于:2021-03-09

原子层沉积概念

原子层沉积(Atomic layer deposition,简称ALD)通过前驱体A与基体表面的饱和化学吸附和反应生成第一层原子层,然后通过吹扫排除剩余前驱体A,之后通入前驱体B再次饱和化学吸附到基体表面并与前驱体A发生化学反应生成另一层预沉积物质,其副产品与多余前驱体B通过吹扫排出。此过程依次循环反复获得沉积薄膜,并通过反应循环次数精确控制膜厚。

以Al2O3制备原理进行说明

(ALD)原子层沉积技术能够以原子层与层的形式进行薄膜生长。以水和三甲基铝(TMA)前驱体沉积Al2O3阐述ALD原理。

使用水和TMA沉积Al2O3的化学机理如图1中的5个步骤所示。

步骤1:将样品放置暴露于空气、氧气或者臭氧中(图1A)。

步骤2:通入TMA前驱体;TMA将于表面的OH基团反应。TMA不会与自身发生反应,并且在表面生成单一层。(图1B,1C)

步骤3:通过抽真空或者N2冲洗的方式去除未反应的TMA分子。

步骤4:通入水蒸气到反应装置。移除CH3基团,建立Al-O-Al结构,并与Al-OH。生成CH4(甲烷)气态副产物。(图1E,1F)

步骤5:通过抽真空或者N2冲洗的方式去除未反应的H2O和CH4分子(图1G)。

步骤1至5为一个周期。在特定温度条件下,每个周期最多能够生成1.1Å的Al2O3,即100个周期能够生成11nm的Al2O3

原子层沉积ALD的应用包括:

1)     High-K介电材料 (Al2O3, HfO2, ZrO2, PrAlO, Ta2O5, La2O3);

2)     导电门电极 (Ir, Pt, Ru, TiN);

3)     金属互联结构 (Cu, WN, TaN,Ru, Ir);

4)     催化材料 (Pt, Ir, Co, TiO2, V2O5);

5)     纳米结构 (All ALD Material);

6)     生物医学涂层 (TiN, ZrN, TiAlN, AlTiN);

7)     ALD金属 (Ru, Pd, Ir, Pt, Rh, Co, Cu, Fe, Ni);

8)     压电层 (ZnO, AlN, ZnS);

9)     透明电学导体 (ZnO:Al, ITO);

10)    紫外阻挡层 (ZnO, TiO2);

11)    OLED钝化层 (Al2O3);

12)    光子晶体 (ZnO, ZnS:Mn, TiO2, Ta3N5);

13)    防反射滤光片 (Al2O3, ZnS, SnO2, Ta2O5);

14)    电致发光器件 (SrS:Cu, ZnS:Mn, ZnS:Tb, SrS:Ce);

15)    工艺层如蚀刻栅栏、离子扩散栅栏等 (Al2O3, ZrO2);

16)    光学应用如太阳能电池、激光器、光学涂层、纳米光子等 (AlTiO, SnO2, ZnO);

17)    传感器 (SnO2, Ta2O5);

18)    磨损润滑剂、腐蚀阻挡层 (Al2O3, ZrO2, WS2);


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