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

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。

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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。

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：

1.氧化物：Al2O3、CaO、CuO、Er2O3、Ga2O3、 HfO2、La2O3、MgO、Nb2O5、Sc2O3、SiO2 、Ta2O5、TiO2、VXOY、Y2O3、Yb2O3、ZnO 等

2.氮化物：AlN、GaN、TaNX、TiAlN、TiNX 等

3.碳化物：TaC、TiC 等

4.金属：Ir、Pd、Pt、Ru 等

5.硫化物：ZnS、SrS 等

6.氟化物：CaF2、LaF3、MgF2、SrF2等

7.生物材料：Ca10(PO4)6(OH)2（羟基磷灰石）等

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。

ALD 涂层配方（彩色部分为主体元素可形成的化合物）