1、ALD原子层沉积综述及实验进展汇报人：谢来军ALD原子层沉积综述及实验进展ALD发展过程 简介ALD反应 过程ALD的自 限制性及其特点ALD的前驱 体ALD 技术的 发展ALD技术的 应用 试验过程ALD发展过程简介 原子 层淀积 (ALD)是一种基于表面气相化学反应的薄膜淀积 技术。也称为原子层外延 (ALE)技术。 1960年代 ,前苏联 科学 W.B.Aleskowskii首次 报道了 利用 TiCl4和 GeCl4前 躯体进行 ALD生长的 工艺。 19世纪 70年代 就由芬兰人 T. Suntola 和 J. Anston 取得 了该技术的 专利。 限制：复杂 的表面化学反应 生长
2、速率 慢 发展： 90年代中期，集成电路尺寸向纳米级发展 沉积速率慢逐步得到解决ALD反应过程(1)第一种反 应 前体以脉冲的方式 进 入反 应 腔并化学吸附在 衬底表面 ;(2) 待表面吸附 饱 和后 , 用惰性气体将多余的反 应 前体吹洗出反 应 腔 ; (3) 接着第二种反 应 前体以脉冲的方式进 入反 应 腔 ,并与上一次化学吸附在表面上的前体 发 生反 应 ; (4) 待反 应 完全后再用惰性气体将多余的反 应 前体及其副 产 物吹洗出反 应 腔 。ALD的自限制性 化学吸附 自限制 CS-ALD顺次 反应自限制 RS-ALDALD的自限制特征1较宽的温度窗口ALD的自限制特征2自饱
3、和性3较大阶梯覆盖率4纳米级膜层厚度5较低的生长温度6较慢的生长速率ALD的前驱体 反应源的选择对 ALD生长的薄膜质量起着 关键 的作用。 1反应 源必须要有 足够高的蒸汽压 以保证其 能够 充分的覆盖或填充基体材料的 表面（ 反应源的蒸汽压大约在 O.ltorr） 2反应源必须有足够好的 化学稳定性 ,不能发生自分解 ,或 腐烛溶解衬底材料或淀积形成的薄膜 。 3反应源还必须有一定的 反应活性 ,能够迅速地在材料表面进行化学吸附 ,保证 较短的时间内与材料表面达到饱和吸附或与材料表面基团快速有效的反应。ALD的前驱体ALD的反应源主要可以分成两大类 :无机物和金属有机物。 无机物反应源 包
4、括单质和卤化物 等 ; 金属 有机物反应源包括 金属烷基 ,金属环戊二烯 基 (cyclopentadienyls),金属 -2酮 (3-二酮 (P-diketonates 基 ),金属酰胺 ,金属脒基(amidinates)等化合物。ALD的前驱体ALD的前驱体ALD的前驱体ALD 技术的 发展1 T-ALD热处理 原子层 沉积法2 PE-ALD等离子体增强工艺 是等离子体辅助和 ALD技术 的 结合3 EC-ALD将电化学沉积 和 ALD技术 相结合ALD 技术的发展PE-ALD在沉积温度下互不发生反应的互补反应源在同一时间被引入到反应室 , 然后反应源关闭 并净化 反应室 , 接着施加一
5、个直接的等离子脉冲 , 这个等离子体 环境产生高活性自由基并与吸附于衬底 的反应 物反应。关闭等离子可迅速清除活性自由 基源 ,反应室中一直流过的清洁气体将清除过剩 自由基 和反应副产物ALD 技术的发展( 1) 具有更快的沉积速率和较低的沉积时间( 2) 降低了薄膜生长所需的温度 。( 3) 单体可选择性 强（ 4) 可以生长出优异的金属薄膜和金属氮化物 ,例如 Ti ,Ta 和 TaN 等 ,而 T-ALD 很难做到 。ALD 技术的发展EC-ALD：将 表面限制反应推广到化合物中不同 元素 的单 ALD , 利用欠电位沉积形成化合物组分 元素的 原子层 ,再由组分元素的单原子层相继交替
6、沉积从而 沉积形成化合物薄膜ALD技术的应用 ALD技术 在半导体领域的 应用： 1高 k材料 2IC互连技术 ALD 技术在纳米材料方面的应用中空 纳米管 ,纳米 孔道尺寸的 控制 ,高的高宽比纳米 图形 ,纳米 颗粒和纳米管的 涂层 ,量子 点涂层 光子 晶体 等 ALD 技术在光学薄膜方面的 应用： 由于 ALD 精确控制膜厚的特性和大面积均匀性 ,可以使厚度变化在1 %以内 ,并且同一批基板特性相同 , 这样可以提高减反射效率和抗激光性能实验进展 逐步掌握 ALD仪器结构、仪器操作、工作原理 总结使用 ALD仪器方法、注意事项 在以上基础上，在纯铜片上原子层沉积不同厚度氧化铝，进行抗腐
7、蚀性能的测试 为实验室师兄们的样品进行沉积氧化铝，探究对其光电性能的影响实验进展 铜片的预处理：纯铜片依次用 500/1000/2000目的砂纸打磨，打磨好后在抛光机上进行抛光。铜片抛光后分别用乙醇、丙酮、乙醇、去离子水超声 500s。用氮气吹干 以三甲基铝和水为前驱体。在沉积温度为 150下在铜片上分别沉积循环次数为10/50/100/200/500/1000/5000的氧化铝 沉积结束，将沉积后的铜片用导电胶与导线连接，放入烘箱 70，加热 2h。导电胶凝固后，用环氧树脂封装，凝固 12h，准备做极化、阻抗测试。试验进展 极化、阻抗测试：用 0.1mol/L的硫酸钠溶液做电解质。电化学工作站红色连接工作电极，绿色连接对电极，白色连接参比电极。打开电化学工作站软件，点击程序 AC impedance 将low frequency数值设为 0.1，进行阻抗测试。阻抗测试结束，点击程序 Tafel plot，设置电压从 -1到 1，进行极化测试。测完两个样品电解质溶液换一次。谢谢
