原子層沉積 ALD工藝揭秘：從效率、溫度到涂層類型的quan方位探討

發(fā)布時(shí)間： 2024-05-08　　點(diǎn)擊次數(shù)： 2385次

在上篇文章中，我們結(jié)合具體案例為大家介紹了原子層沉積技術(shù)的概念、原理和特點(diǎn)。

閱讀推薦：一文了解原子層沉積（ALD）技術(shù)的原理與特點(diǎn)

還有很多朋友提問(wèn)化學(xué)氣相沉積（CVD）和原子層沉積（ALD）的區(qū)別，我們從反應(yīng)效率、均勻性以反應(yīng)溫度三方面來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。

在化學(xué)氣相沉積（ CVD）中，前驅(qū)體被同時(shí)且連續(xù)地引入反應(yīng)器中，這些前驅(qū)體在熱基材表面相互反應(yīng)。沉積速度可能比 ALD 更高，但涂層的粘附性較差，不夠致密，而且不均勻。

由于 CVD 缺乏自鈍化作用，因此也不可能形成均勻的高深寬比涂層。CVD 工藝由于在溝槽或孔內(nèi)前驅(qū)體濃度較低，導(dǎo)致厚度比基材表面低得多。CVD 通常還需要較高的襯底溫度。

ALD有更好的臺(tái)階擴(kuò)散性和溝槽涂層均勻性

本篇文章我們將繼續(xù)從效率、溫度和涂層類型揭秘原子層沉積技術(shù)，歡迎對(duì)原子層沉積技術(shù)感興趣的朋友們和我們一起交流探討。

Part1 原子層沉積工藝的效率

原子層沉積（ALD ）工藝的生長(zhǎng)過(guò)程相當(dāng)緩慢，大約每 cycle 1 個(gè)原子層需要 1s左右。然而，一些變體要快得多，特別是快速優(yōu)化的流動(dòng)反應(yīng)器（1-5 nm/秒）和空間 ALD（1-10 nm/秒）。

然而，由于 ALD 工藝固有的自鈍化特性，可以將數(shù)千個(gè)基材裝入反應(yīng)器中，從而使每個(gè)零件的涂覆速度極快、均勻且可重復(fù)！或者，可以使用卷對(duì)卷 ALD，其中當(dāng)使用許多涂布頭時(shí)，卷速可以很高（與空間 ALD 相比）。

但當(dāng) ALD 應(yīng)用于粉末等高比表面積基底時(shí)，由于吹掃需要消耗大量時(shí)間，因此每個(gè) cycle 的生長(zhǎng)時(shí)間會(huì)更長(zhǎng)，甚至長(zhǎng)達(dá) 1 小時(shí)。

Part2 原子層沉積需要的溫度

在 ALD 中，適合沉積的基板溫度范圍為室溫至 800℃，但大多數(shù)沉積發(fā)生在 100-200℃ 左右。當(dāng)溫度高于 100°C 時(shí)，通常用作反應(yīng)物之一的水蒸氣會(huì)從基板和壁上快速蒸發(fā)，因此使用高于 100°C 的溫度，前驅(qū)體之間的循環(huán)速度會(huì)更快。

在高溫下，某些材料可以實(shí)現(xiàn)外延生長(zhǎng)。若沉積層與基底晶型匹配，即可形成單晶涂層，這就是所謂的原子層外延！

Part3 原子層沉積工藝支持的涂層類型

技術(shù)行業(yè)和學(xué)術(shù)界對(duì)可用于 ALD 的材料進(jìn)行了廣泛的研究，該列表每年都會(huì)不斷更新。以下是我們?yōu)槟x可使用的材料：

1.氧化物：Al2O3、CaO、CuO、Er2O3、Ga2O3、 HfO2、La2O3、MgO、Nb2O5、Sc2O3、SiO2 、Ta2O5、TiO2、VXOY、Y2O3、Yb2O3、ZnO 等

2.氮化物：AlN、GaN、TaNX、TiAlN、TiNX 等

3.碳化物：TaC、TiC 等

4.金屬：Ir、Pd、Pt、Ru 等

5.硫化物：ZnS、SrS 等

6.氟化物：CaF2、LaF3、MgF2、SrF2等

7.生物材料：Ca10(PO4)6(OH)2（羥基磷灰石）等

8.聚合物：PMDA–DAH、PMDA–ODA 等

還可以使用 ALD 進(jìn)行摻雜和混合不同的結(jié)構(gòu)，形成金屬有機(jī)雜化物。