原子层沉积 术语

原子层沉积术语

1范围

本文件定义了原子层沉积（Atomiclayerdeposition，ALD）的通用术语和其薄膜生长工艺的相关术语。根据前驱体交替地在基底上进行表面反应的分隔方式，ALD技术可以分为传统时间隔离ALD和空间隔离ALD。除了平面基底外，ALD还可以用于微纳米颗粒的包覆，如粉体ALD。通过在ALD工艺过程中引入其他形式的能量来激活反应形成了能量增强的ALD技术。本文件详细说明了不同ALD方法的工艺流程。

本文件适用于ALD的工艺过程。本文件不适用于沉积材料或特定纳米结构。

本文件适用于与ALD相关的工业生产、科学研究、教学、出版和学术交流。

2规范性引用文件

本文件中没有规范性引用。

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

原子层沉积atomiclayerdeposition

通过交替的自限制表面吸附和化学反应进行材料的循环沉积来制造均匀和保形薄膜的过程，从而能够在原子尺度上控制厚度。

注：该过程通常使用至少两个连续反应来完成一个循环，该循环可以重复多次以达到所需的厚度。[ISO/TS80004-8:2020，定义8.2.2，修改——定义中“通过自限制表面反应”已替换为“通过交替

的自限制表面吸附和化学反应”]

3.2

基底substrate

用于薄膜沉积的工件。

[GB/T43104-2023,定义3.1]3.3

薄膜thinfilm

沉积或生长在基底上的材料层，厚度通常小于100nm。

注：厚度小于10nm的薄膜通常称为超薄膜。

[ISO18115-1:2023,定义5.13]

4原子层沉积相关术语

4.1通用术语4.1.1

前驱体precursor

原子层沉积过程中使用的反应源。

注1：金属膜可以通过在原子层沉积过程中还原前驱体，并去除与中心金属原子成键的配体来沉积。

注2：无机非金属薄膜可以通过在原子层沉积过程中氧化或还原前驱体，并去除与中心金属或非金属原子成键的配体来沉积。

4.1.2

自限制反应self-limitingreaction

前驱体B与基底表面已化学吸附的前驱体A发生反应，当表面被前驱体B的残余配体饱和覆盖，使其不再暴露可反应位点时，反应即自发终止。

注：在典型的原子层沉积过程中，前驱体A化学吸附在基底表面上，然后前驱体B将与前驱体A反应直至吸附的前驱体A完全消耗。

4.1.3

化学半反应halfchemicalreaction

一种前驱体与基底发生化学反应，使基底暴露出前驱体剩余的配体。

4.1.4

生长速度growthrate

每个原子层沉积循环的薄膜增长厚度。

注：可以通过椭圆偏振光谱仪进行原位测量。

4.1.5

原子层沉积窗口atomiclayerdepositionwindow

原子层沉积反应发生的温度范围。

注：在原子层沉积窗口中，每个循环的生长速率与前驱体密切相关，且表现出弱或无温度依赖性。

4.1.6

基底温度substratetemperature原子层沉积过程中基底的温度。

4.1.7

惰性气体inertgas

不与基底、前驱体和反应腔体发生反应的气体。

4.1.8

载气carriergas

用于将前驱体带入反应腔体的惰性气体。

4.1.9

前驱体暴露过程precursorexposure

前驱体进入反应腔体并吸附在基底表面的过程。

4.1.10

暴露时间exposuretime

前驱体暴露于基底表面的时间。

4.1.11

惰性气体吹扫inertgaspurge

惰性气体进入反应腔体以清除基底表面多余的前驱体和副产物的过程。

注：对于高真空原子层沉积工艺，可以快速抽走前驱体，通常不使用惰性气体吹扫。

4.1.12

真空度vacuumdegree

气相沉积过程中真空腔体内的压力。

4.1.13

极限真空压力ultimatevacuumpressure

真空系统正常工作状态下腔体压力能达到的最低值。

注：单位是帕斯卡（Pa）。

4.1.14

抽气时间pumpingtime

真空系统正常工作状态下，将腔体从大气压（105Pa）抽至特定压力所需的时间。

注：单位为秒（s）。

4.1.15

压升率rateofpressurerise

关闭真空系统和真空腔体各通气口的真空阀门后，由于漏气或内部放气，真空腔体内单位时间增加的压力。

注：单位为帕斯卡每秒（Pa/s）。

4.2原子层沉积薄膜生长

4.2.1

形核nucleation

具有新相特征的核形成和转变的第一步。

4.2.2

形核位点nucleationsite

前驱体在基底表面开始反应的位置。

4.2.3

形核阶段nucleationstage

沉积原子在表面扩散和生长到一定尺寸，并形成稳定原子核的过程。

4.2.4

岛状阶段islandstage

薄膜初始生长中，前驱体在基底表面形成独立纳米岛、未连续成膜的阶段。

4.2.5

网状阶段networkstage

岛状生长相遇合并成大表面积，调整形状并降低晶体内部自由能，将大表面积连接起来形成网状结构的过程。

4.2.6

连续阶段continuousstage

随着沉积原子的增加逐渐填满形成连续薄膜的阶段。

4.2.7

选择性原子层沉积selectiveatomiclayerdeposition

原子层沉积过程中，前驱体选择性地与基底表面特定反应位点发生化学反应。

4.2.8

选择性selectivity

原子层沉积过程中，在基底上指定位置沉积的比例。

4.2.9

晶面选择性facetselectivity

前驱体在特定的晶面上吸附和沉积反应。

4.2.10

前驱体键能precursorbondingenergy

前驱体在形核位点反应所需的能量。

4.2.11

前驱体吸附能precursoradsorptionenergy前驱体吸附在基底表面所需的能量。

4.2.12

前驱体活化能precursoractivationenergy

前驱体克服能量势垒完成半化学反应所需的能量。

4.3原子层沉积分类

4.3.1

时间隔离原子层沉积timeseparatedatomiclayerdeposition

原子层沉积循环中通过时间分隔前驱体在基底上的交替自限制反应。

图1原子层沉积分类

注1：图1显示了根据工艺隔离方法、基底特性和反应激活方法对原子层沉积进行的分类。根据工艺隔离方法，原子层沉积可分为时间隔离原子层沉积和空间隔离原子层沉积。除了平面基底之外，考虑基底特性，原子层沉积还涉及粉体原子层沉积。根据反应激活方法，原子层沉积可分为热激活原子层沉积、等离子体增强原子层沉积、光辅助原子层沉积和催化激活原子层沉积。

注2：图A.1给出了时间隔离原子层沉积的示意图。

4.3.2

空间隔离原子层沉积spatialatomiclayerdeposition

通过将基底交替暴露于含有不同前驱体或惰性气体的空间位置来实现原子层沉积。

注：图A.2给出了空间隔离原子层沉积的示意图。

4.3.2.1

旋转空间隔离原子层沉积rotaryspatialatomiclayerdeposition空间隔离原子层沉积的相对运动是基底和喷嘴之间的旋转运动。

4.3.2.2

卷对卷空间隔离原子层沉积roll-to-rollspatialatomiclayerdeposition通过辊卷绕的方式在柔性基底上进行的空间隔离原子层沉积。

4.3.2.3

间隙gap

喷嘴出口与基底表面之间的距离。

4.3.2.4

交叉污染crosscontamination

当前驱体在气相中直接相互接触时发生的化学反应。

4.3.2.5

隔离气体separategas

惰性气体用于隔离不同的前驱体以防止交叉污染。

4.3.2.6

基底运动速度substratevelocity基底相对于前驱体喷嘴的运动速度。

4.3.3

粉体原子层沉积powderatomiclayerdeposition

通过在粉体状的微纳颗粒表面进行原子层沉积的过程。

4.3.3.1

静态粉体原子层沉积staticpowderatomiclayerdeposition原子层沉积过程中托盘中的粉体处于静态。

4.3.3.2

流态化粉体原子层沉积fluidizedpowderatomiclayerdeposition

原子层沉积过程中粉体分散在流化床反应器中。

4.3.3.3

旋转粉体原子层沉积rotarypowderatomiclayerdeposition原子层沉积过程中粉体分散在旋转反应器中。

4.3.3.4

离心流化粉体原子层沉积centrifugalfluidizedpowderatomiclayerdeposition原子层沉积过程中粉体分散在流化床耦合旋转的反应器中。

4.3.3.5

静电粉体原子层沉积staticelectricitypowderatomiclayerdeposition原子层沉积过程中通过静电斥力分散粉体。

4.3.4

热激活原子层沉积thermalatomiclayerdeposition

在一定温度（通常在50°C至350°C之间）下激活前驱体和基底之间的化学反应。

4.3.5

等离子体增强原子层沉积plasmaenhancedatomiclayerdeposition

利用等离子体发生器促进前驱体形成等离子体，并增强前驱体和基底表面之间的化学吸附活性，以促进原子层沉积。

4.3.5.1

直接等离子体原子层沉积directplasmaatomiclayerdeposition

等离子体发生器靠近基底，等离子体流直接施加在基底表面以促进原子层沉积。

4.3.5.2

远程等离子体原子层沉积remoteplasmaatomiclayerdeposition

等离子体发生器远离反应室，沉积发生在远离等离子体发生器的位置。

4.3.6

光辅助原子层沉积photo-assistedatomiclayerdeposition

通过引入光照（例如紫外线）加速前驱体和基底之间的化学反应。

4.3.7

催化原子层沉积catalyticatomiclayerdeposition

催化加速前驱体和基底之间的化学反应。

附录A

（资料性）

时间隔离ALD和空间隔离ALD的示意图示例

2

3

54·

标引序号说明：

1——反应室；2——前驱体A；

3——惰性气体；

4——前驱体B；