1.ALD历史

早在20世纪60年代，苏联科学家在开展催化剂和吸附剂表面修饰研究时发现在硅胶表面生长的TiO2具有自限制特性，提出 “分子层”概念。20世纪70年代芬兰科学家建立了第一个原子层外延（atomic layer deposition，ALE）沉积系统，成功沉积了ZnS、SnO2、GaP，并因此在1977年获得了世界上第一个原子层沉积（atomic layer deposition，ALD）的技术。

2.什么是原子层沉积

原子层沉积（atomic layer deposition, ALD）是通过气相前驱体及反应物脉冲交替的通入反应腔并在基底上发生表面化学反应形成薄膜的一种方法，通过自限制性的前驱体交替饱和反应获得厚度、组分、形貌及结构在纳米尺度上高度可控的薄膜。该方法对基材不设限，尤其适用于具有高深宽比或复杂三维结构的基材。采用ALD制备的薄膜具有高致密性（无针孔）、高保形性及大面积均匀性等优异性能，这对薄膜的使用具有重要的实际意义。

通过原理图可以发现ALD并非一个连续的工艺过程，而是由若干半反应序列组成。步骤一中前驱体在基底表面发生化学吸附反应A ，步骤三中反应物与已经吸附了前驱体的基底继续进行表面化学反应B，步骤二、四用惰性气体把多余气体和副产物带出反应腔。A、B两个半反应具有自限制和互补性特点，四个步骤依次循环决定了薄膜的厚度。

3.原子层沉积的特点有哪些？

不同于传统的化学气相沉积，ALD具有表面自限制的特点，因此在众多薄膜制备技术中脱颖而出，展示出独树一帜的优势！

ALD应用领域

（1）半导体：根据摩尔定律，要求半导体器件尺寸不断减小，而ALD技术以其优异的保型性和均匀性、高的台阶覆盖率和速率可控性，在半导体产业中得到广泛应用，包括高k电介质、电容器、存储器、二极管和晶体管等。高k电介质是一种可取代SiO2作为栅介质的材料，它具备良好的绝缘属性而且可以大幅减少漏电量。ALD是一种较好的可以制备高k电介质材料的技术，目前主要包括 TiO2、HfO2、Al2O3三种材料。

（2）电容器：现今不断增长的能源需求下，促进了能源存储设备的需求，其主要包括可充电电池和通常称为超级电容器的电化学电容器。而且满大街都是智能手机等便捷电子设备的现在，使他们需求空前。ALD在制备超级电容器方面具有良好的保持性和比较高的充放电循环稳定性。

（3）存储器：当计算机处理器的技术节点进入22纳米级时，传统的闪存技术受到了限制，这时电阻随机存取存储器（RRAM）脱颖而出。这种存储器单元结构简单、功耗和制造成本低、可扩展性优良和兼容性优异。实验表明，通过ALD技术制备的具有中间HfOx/AlOy双层电阻转换膜的电阻转换存储器具有十分优良的电阻转换特性，以及多级数据存储能力和可靠性。

（4）二极管：使用ALD方法制备的二极管表面材料主要有ZnO、ZrO2和Al2O3等。通过ALD法制备的ZnO薄膜，实验人员测试了其在光电二极管和二极管上的应用性能后发现是可以成功应用的。随后还发现等离子体增强原子层沉积（PE-ALD）是获得低掺杂浓度ZnO的关键。国内亦有科研人员采用低温远程PE-ALD方法制备了 ZrO2/Zr 纳米薄膜，实现了柔性有机发光二极管的有效封装。此外，ALD还应用在晶体管以及其他半导体器件上，如光电结构等。

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