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原子层沉积（ALD）工艺揭秘：从效率、温度到涂层类型的全方位探讨
作者：复纳科技
产品： Forge Nano, Pandora, Prometheus
关键词：原子层沉积，ALD，包覆改性，ALD涂层
日期：2024-01-17
在上篇文章中，我们结合具体案例为大家介绍了原子层沉积技术的概念、原理和特点。
还有很多朋友提问化学气相沉积（CVD）和原子层沉积（ALD）的区别，我们从反应效率、均匀性以反应温度三方面来进行说明。
在化学气相沉积（ CVD） 中，前驱体被同时且连续地引入反应器中，这些前驱体在热基材表面相互反应。沉积速度可能比 ALD 更高，但涂层的粘附性较差，不够致密，而且不均匀。
由于 CVD 缺乏自钝化作用，因此也不可能形成均匀的高深宽比涂层。CVD 工艺由于在沟槽或孔内前驱体浓度较低，导致厚度比基材表面低得多。CVD 通常还需要较高的衬底温度。
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ALD有更好的台阶扩散性和沟槽涂层均匀性
本篇文章我们将继续从效率、温度和涂层类型全方位揭秘原子层沉积技术，欢迎对原子层沉积技术感兴趣的朋友们和我们一起交流探讨。
Part1 原子层沉积工艺的效率
众所周知，原子层沉积（ALD ）工艺的生长过程相当缓慢，大约每 cycle 1 个原子层需要 1s左右。然而，一些变体要快得多，特别是快速优化的流动反应器（1-5 nm/秒）和空间 ALD（1-10 nm/秒）。
然而，由于 ALD 工艺固有的自钝化特性，可以将数千个基材装入反应器中，从而使每个零件的涂覆速度极快、均匀且可重复！或者，可以使用卷对卷 ALD，其中当使用许多涂布头时，卷速可以很高（与空间 ALD 相比）。
但当 ALD 应用于粉末等高比表面积基底时，由于吹扫需要消耗大量时间，因此每个 cycle 的生长时间会更长，甚至长达 1 小时。
Part2 原子层沉积需要的温度
在 ALD 中，适合沉积的基板温度范围为室温至 800℃，但大多数沉积发生在 100-200℃ 左右。当温度高于 100°C 时，通常用作反应物之一的水蒸气会从基板和壁上快速蒸发，因此使用高于 100°C 的温度，前驱体之间的循环速度会更快。
在高温下，某些材料可以实现外延生长。若沉积层与基底晶型匹配，即可形成单晶涂层，这就是所谓的原子层外延！
Part3 原子层沉积工艺支持的涂层类型
技术行业和学术界对可用于 ALD 的材料进行了广泛的研究，该列表每年都会不断更新。以下是我们为您精选可使用的材料：
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1 |
氧化物：Al2O3、CaO、CuO、Er2O3、Ga2O3、 HfO2、La2O3、MgO、Nb2O5、Sc2O3、SiO2 、Ta2O5、TiO2、VXOY、Y2O3、Yb2O3、ZnO 等 |
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2 |
氮化物：AlN、GaN、TaNX、TiAlN、TiNX 等 |
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3 |
碳化物：TaC、TiC 等 |
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4 |
金属：Ir、Pd、Pt、Ru 等 |
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5 |
硫化物：ZnS、SrS 等 |
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6 |
氟化物：CaF2、LaF3、MgF2、SrF2等 |
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7 |
生物材料：Ca10(PO4)6(OH)2（羟基磷灰石）等 |
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8 |
聚合物：PMDA–DAH、PMDA–ODA 等 |
还可以使用 ALD 进行掺杂和混合不同的结构，形成金属有机杂化物。
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ALD 涂层配方（彩色部分为主体元素可形成的化合物）
关于 Forge Nano
Forge Nano 专注于粉末原子层沉积技术（PALD)，凭借其专有的 Atomic Armor™ 技术，能够使产品开发人员设计任何材料直至单个原子。Atomic Armor™ 工艺生产的卓越表面涂层使合作伙伴能够释放材料的最佳性能，实现延长寿命、提高安全性、降低成本和优化产品的功能。其科学家团队与广泛的商业合作伙伴合作开发定制解决方案，能够满足任何规模的任何需求，包括从小规模研发、实验室级别到工业规模、大批量生产。
如果您想了解更多关于原子层沉积技术以及 Forge Nano 产品的详细信息与应用案例，或者有 DEMO 包覆、代包覆服务与设备试用的需求，欢迎扫描下方二维码填写信息。
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咨询热线：400 857 8882
实验室地址：苏州市相城区高铁新城青龙港路286号长三角国际研发社区启动区10号楼A座108室
参考文献
[1] Ahvenniemi E, Akbashev A R, Ali S, et al. Recommended reading list of early publications on atomic layer deposition—Outcome of the “Virtual Project on the History of ALD”[J]. Journal of Vacuum Science & Technology A, 2017, 35(1).
[2] George S M. Atomic layer deposition: an overview[J]. Chemical reviews, 2010, 110(1): 111-131.
[3]https://www.atomiclayerdeposition.com/#ald-introduction
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