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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

發布時間: 2024-05-08  點擊次數: 737次

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

閱讀推薦:一文了解原子層沉積(ALD)技術的原理與特點

還有很多朋友提問化學氣相沉積(CVD)和原子層沉積(ALD)的區別,我們從反應效率、均勻性以反應溫度三方面來進行說明。

在化學氣相沉積( CVD) 中,前驅體被同時且連續地引入反應器中,這些前驅體在熱基材表面相互反應。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前驅體濃度較低,導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有更好的臺階擴散性和溝槽涂層均勻性

本篇文章我們將繼續從效率、溫度涂層類型揭秘原子層沉積技術,歡迎對原子層沉積技術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 )工藝的生長過程相當緩慢,大約每 cycle 1 個原子層需要 1s左右。然而,一些變體要快得多,特別是快速優化的流動反應器(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,可以將數千個基材裝入反應器中,從而使每個零件的涂覆速度極快、均勻且可重復!或者,可以使用卷對卷 ALD,其中當使用許多涂布頭時,卷速可以很高(與空間 ALD 相比)。

但當 ALD 應用于粉末等高比表面積基底時,由于吹掃需要消耗大量時間,因此每個 cycle 的生長時間會更長,甚至長達 1 小時。

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℃,但大多數沉積發生在 100-200℃ 左右。當溫度高于 100°C 時,通常用作反應物之一的水蒸氣會從基板和壁上快速蒸發,因此使用高于 100°C 的溫度,前驅體之間的循環速度會更快。

在高溫下,某些材料可以實現外延生長。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

技術行業和學術界對可用于 ALD 的材料進行了廣泛的研究,該列表每年都會不斷更新。以下是我們為您精選可使用的材料:

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 進行摻雜和混合不同的結構,形成金屬有機雜化物。

ALD 涂層配方(彩色部分為主體元素可形成的化合物)

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