什么是原子层沉积技术
原子层沉积（ALD）是一种在原子水平上逐层生长的薄膜制备技术。 理想情况下，原子层沉积生长过程通过选择性取代将不同的前体暴露在基板表面，在那里它们被化学吸附并反应形成沉积膜。
在20世纪60年代，前苏联的科学家对多层ALD涂层工艺之前的技术进行了研究，该技术与单原子层或双原子层的气相生长和分析有关。 后来，芬兰科学家独立开发了一种多循环涂层技术（1974年由Tuomo Suntola教授获得专利）。 在俄罗斯，它过去和现在都被称为分子层沉积，而在芬兰，它被称为原子层外延。 它后来被重命名为更通用的术语“ALD”，而术语“ALD”现在保留用于（高温）外延 ALD。
part原子层沉积技术基础
一个完整的原子层沉积生长周期可以分为四个步骤：
1.脉冲的第一前驱体暴露在衬底表面，而第一前驱体则以化学方式吸附在衬底表面。
2.惰性载气吹走剩余的非反应性前体。
3.脉冲第二前驱体在表面发生化学反应，得到所需的薄膜材料。
4.惰性载气吹走剩余的前体和反应副产物。
原子层沉积（ALD）示意图。
涂层的层数（厚度）可以通过设置连续脉冲数来确定。 蒸气不会在表面上凝结，因为多余的蒸气在前体脉冲之间使用氮气吹扫排出。 这意味着每个脉冲之后的涂层是单层的自限性，并允许它以原子精度涂覆复杂的形状。 如果是多孔材料，里面的涂层厚度会和它的表面一样！ 因此，原子层沉积（ALD）的应用越来越广泛。
part原子层沉积技术案例研究
ALD 通常涉及 4 步循环，根据需要重复多次以达到所需的涂层厚度。 在生长过程中，表面交替暴露于两种互补的化学前体。 在这种情况下，每个前体被单独送入反应器。
在以下示例中，将AL2O3包覆，并使用第一前驱体Al（CH3）3（三甲基铝，TMA）和第二前驱体H2O或氧等离子体进行原子层沉积，详细过程如下：
反应过程图。
在每个周期中，执行以下步骤：
01 第一前体TMA的流动，它吸附在表面并与OH基团反应。 通过正确选择前驱体和参数，反应是自限性的。
al(ch3)3 + oh => o-al-(ch3)2 + ch4
02使用N2吹扫除去剩余的Al（CH3）3和CH4
03 次级前体（水或氧）的流动。 H2O（热ALD）或氧等离子体自由基（等离子体ALD）的反应使表面氧化并去除表面配体。 这种反应也是自限性的。
o-al-(ch3)2 + h2o => o-al-oh(2) +o)2-al-ch3 + ch4
04 使用N2吹扫除去剩余的H2O和CH4，然后继续执行步骤1。
作为每个步骤的结果，表面位点都饱和为单层。 一旦表面饱和，由于前驱体化学和工艺条件，不会发生进一步的反应。
为了防止前驱体在表面以外的任何地方发生反应，导致化学气相沉积 （CVD），必须通过氮气吹扫将各个步骤分开。
part原子层沉积技术的优势
由于采用原子层沉积技术，与表面形成共价键，有时甚至渗透（聚合物），具有优异的附着力，缺陷密度低，增强安全性，易于操作和可扩展，不需要超高真空等，具有以下优点：
厚度可控，均匀
通过控制沉积循环次数，可以实现具有出色重复性的亚纳米级精密膜厚控制。 大面积的厚度均匀，甚至超过米尺寸。
涂层表面光滑
完美的 3D 保形和 100% 阶梯覆盖：在平坦、内部多孔和颗粒周的样品上形成均匀且光滑的涂层，粗糙度非常低，并完全遵循基材的曲率。 涂层甚至可以在基材上的灰尘颗粒下方生长，防止针孔。
ALD涂层完美覆盖台阶。
适用于多种材料
所有类型的物体都可以涂覆：晶圆、3D 零件、薄膜卷、多孔材料，甚至从纳米到米尺寸的粉末。 它还适用于敏感基板上的温和沉积工艺，通常不需要等离子体。
可定制的材料属性
用于氧化物、氮化物、金属、半导体等的标准且易于复制的配方，通过对夹层、异质结构、纳米层压板、混合氧化物、梯度层和掺杂进行数字控制，具有定制的材料特性。
工艺窗口宽，量产
对温度或母驱体剂量变化不敏感，易于批量结垢，可一次堆叠和涂覆多种基材，具有完美的涂层厚度均匀性。