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原子層沉積與普通的化學(xué)沉積有相似之處。但在原子層沉積過程中，新一層原子膜的化學(xué)反應(yīng)是直接與之前一層相關(guān)聯(lián)的，這種方式使每次反應(yīng)只沉積一層原子。
原子層沉積是通過將氣相前驅(qū)體脈沖交替地通入反應(yīng)器并在沉積基體上化學(xué)吸附并反應(yīng)而形成沉積膜的一種方法(技術(shù))。當(dāng)前驅(qū)體達(dá)到沉積基體表面，它們會(huì)在其表面化學(xué)吸附并發(fā)生表面反應(yīng)。在前驅(qū)體脈沖之間需要用惰性氣體對原子層沉積反應(yīng)器進(jìn)行清洗。由此可知沉積反應(yīng)前驅(qū)體物質(zhì)能否在被沉積材料表面化學(xué)吸附是實(shí)現(xiàn)原子層沉積的關(guān)鍵。氣相物質(zhì)在
基體材料的表面吸附特征可以看出，任何氣相物質(zhì)在材料表面都可以進(jìn)行物理吸附，但是要在材料表面的化學(xué)吸附必須具有一定的活化能，因此能否實(shí)現(xiàn)原子層沉積，選擇合適的反應(yīng)前驅(qū)體物質(zhì)是很重要的。
原子層沉積的表面反應(yīng)具有自限制性，實(shí)際上這種自限制性特征正是原子層沉積技術(shù)的基礎(chǔ)。不斷重復(fù)這種自限制反應(yīng)就形成所需要的薄膜。
原子層沉積的自限制特征 :根據(jù)沉積前驅(qū)體和基體材料的不同，原子層沉積有兩種不同的自限制機(jī)制，即化學(xué)吸附自限制(CS)和順次反應(yīng)自限制(RS)過程。
化學(xué)吸附自限制沉積過程中，反應(yīng)前驅(qū)體輸入到基體材料表面并通過化學(xué)吸附(飽和吸附)保持在表面。當(dāng)?shù)诙N前驅(qū)體通入反應(yīng)器，起就會(huì)與已吸附于基體材料表面的一前驅(qū)體發(fā)生反應(yīng)。兩個(gè)前驅(qū)體之間會(huì)發(fā)生置換反應(yīng)并產(chǎn)生相應(yīng)的副產(chǎn)物，直到表面的一前驅(qū)體*消耗，反應(yīng)會(huì)自動(dòng)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(fù)這種反應(yīng)形成薄膜。
與化學(xué)吸附自限制過程不同，順次反應(yīng)自限制原子層沉積過程是通過活性前驅(qū)體物質(zhì)與活性基體材料表面化學(xué)反應(yīng)來驅(qū)動(dòng)的。這樣得到的沉積薄膜是由于前驅(qū)體與基體材料間的化學(xué)反應(yīng)形成的。
對于順次反應(yīng)自限制過程，一方面基體材料表面必須先經(jīng)過表面活化，另一方面，這種沉積反應(yīng)實(shí)際是半反應(yīng)⑵和⑶的組合。每個(gè)半反應(yīng)完成后材料表面的功能基團(tuán)都會(huì)發(fā)生變化，并且一個(gè)原子層沉積完成時(shí)，材料表面要恢復(fù)到初的活化基團(tuán)狀態(tài)。這種恢復(fù)特點(diǎn)以及材料表面原始活性狀態(tài)是區(qū)分上述兩種不同的自限制反應(yīng)沉積過程的主要因素。
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