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                一家專注于原子層沉積系統設計,加工,工藝研發及技術咨詢的高科技公司,提供ALD,ALD鍍膜設備,納米涂層,納米三防,納米鍍膜,封裝涂層等材料,讓工業沒有難做的涂層!

                原子層沉積的原理

                文章出處:互聯網 責任編輯:東莞艾德新材料科技有限公司 發表時間:2022-04-27
                  
                 

                原子層沉積是通過將氣相前驅體脈沖交替地通入反應器并在沉積基體上化學吸附并反應而形成沉積膜的一種方法(技術)。當前驅體達到沉積基體表面,它們會在其表面化學吸附并發生表面反應。

                在前驅體脈沖之間需要用惰性氣體對原子層沉積反應器進行清洗。由此可知沉積反應前驅體物質能否在被沉積材料表面化學吸附是實現原子層沉積的關鍵。

                氣相物質在基體材料的表面吸附特征可以看出,任何氣相物質在材料表面都可以進行物理吸附,但是要在材料表面的化學吸附必須具有一定的活化能,因此能否實現原子層沉積,選擇合適的反應前驅體物質是很重要的。

                原子層沉積的表面反應具有自限制性(self-limiting),實際上這種自限制性特征正是原子層沉積技術的基礎。不斷重復這種自限制反應就形成所需要的薄膜。

                原子層沉積的自限制特征 :根據沉積前驅體和基體材料的不同,原子層沉積有兩種不同的自限制機制,即化學吸附自限制(CS)和順次反應自限制(RS)過程。

                化學吸附自限制沉積過程中,第一種反應前驅體輸入到基體材料表面并通過化學吸附(飽和吸附)保持在表面。當第二種前驅體通入反應器,起就會與已吸附于基體材料表面的第一前驅體發生反應。

                兩個前驅體之間會發生置換反應并產生相應的副產物,直到表面的第一前驅體完全消耗,反應會自動停止并形成需要的原子層。因此這是一種自限制過程,而且不斷重復這種反應形成薄膜。

                原子層沉積的原理

                與化學吸附自限制過程不同,順次反應自限制原子層沉積過程是通過活性前驅體物質與活性基體材料表面化學反應來驅動的。這樣得到的沉積薄膜是由于前驅體與基體材料間的化學反應形成的。

                化學吸附自限制過程的是由吸附前驅體1(ML2)與前驅體2(AN2)直接反應生成MA原子層(薄膜構成),主要反應可以以方程式⑴表示。對于順次反應自限制過程首先是活化劑(AN)活化基體材料表面;然后注入的前驅體1(ML2)在活化的基體材料表面反應形成吸附中間體(AML),這可以用反應方程式⑵表示。

                反應⑵隨著活化劑AN的反應消耗而自動終止,具有自限制性。當沉積反應前驅體2(AN2)注入反應器后,就會與上述的吸附中間體反應并生成沉積原子層。

                反應方式是:

                ML2 + AN2 --- MA(film) + 2LN ⑴

                AN + ML2 --- AML + NL ⑵

                AML + AN2 --- MAN + NL ⑶

                這里需要說明的是前軀體1能夠在基體材料表面快速形成穩定的化學吸附層是化學吸附自限制原子沉積過程的必要條件。對于順次反應自限制過程,一方面基體材料表面必須先經過表面活化,另一方面,這種沉積反應實際是半反應⑵和⑶的組合。

                每個半反應完成后材料表面的功能基團都會發生變化,并且一個原子層沉積完成時,材料表面要恢復到最初的活化基團狀態。這種恢復特點以及材料表面原始活性狀態是區分上述兩種不同的自限制反應沉積過程的主要因素。

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