Az Atomic Layer Deposition ( ALD) egy vékonyréteg - leválasztási technológia , amely gőz és szilárd anyag közötti egymást követő kémiai reakciókon alapul, és önkorlátozó tulajdonsággal rendelkezik. A legtöbb ASO-reakció két kémiai vegyületet használ, amelyeket általában prekurzoroknak neveznek . Az ilyen prekurzorok felváltva reagálnak a felülettel. A prekurzorok ismételt hatásának eredményeként vékony filmréteg nő.
Az ALD eljárás egy olyan önszabályozó folyamat (az egyes reakcióciklusokban a leválasztott anyag mennyisége állandó), amelyben egymást követő kémiai reakciók mennek végbe, amelyek eredményeként különböző anyagokból álló szubsztrátumra egyenletes vékony anyagréteg rakódik le. . Az ALD eljárás hasonló a kémiai gőzfázisú leválasztásos eljáráshoz , ráadásul az ALD eljárásban a kémiai reakciókat több különálló reakcióra választják szét, amelyekben a prekurzor anyagok egymás után reagálnak a hordozó felületével. A felületi reakciók önkorlátozó tulajdonságainak köszönhetően az ALD vékonyréteg-növekedési folyamat lehetővé teszi a lerakódás atomi szintű szabályozását. Ha a prekurzorokat a leválasztási folyamat során elkülönítjük, akkor ciklusonként ~0,1 Å (10 pikométer ) szintű folyamatszabályozás érhető el. A prekurzorok elválasztását öblítőgáz (általában nitrogén vagy argon) impulzusaival hajtják végre minden egyes prekurzor impulzus után, hogy eltávolítsák a prekurzor maradékokat a reaktorból, és megakadályozzák a "hamis" kémiai reakciókat a hordozón.
Az ALD folyamatot először "Molecular layering" néven írta le az 1960-as évek elején S. I. Koltsov professzor, a Leningrádi Technológiai Intézetből. Lensoviet . Ezeket az ASO-kísérleteket V. B. Aleskovskiy tudományos irányítása alatt végezték . Az ASO-eljárás koncepcióját először V. B. Aleskovskiy javasolta 1952-ben publikált Ph.D. értekezésében [1] [2] [3] . Az ALD-eljárást világszerte Atomic Layer epitaxy (ALE) néven fejlesztették ki és vezették be az 1970-es évek végén [4] .
Az ALD-eljárás a vékonyfilmes elektrolumineszcens síkképernyős kijelzőkben való felhasználáshoz szükséges kiváló minőségű dielektromos és lumineszcens fóliák igénye révén fejlődött ki , amelyeket nagy felületű hordozókra kell felhordani . Az ASO iránti érdeklődés az 1990-es évek közepe óta fokozatosan nőtt, a szilícium alapú mikroelektronikára helyezve a hangsúlyt . Az ALD-t a leválasztási módszernek tekintik, amely a legnagyobb potenciállal rendelkezik ultravékony, egyenletes filmek előállítására, amelyek képesek vastagságukat és összetételüket atomi szinten szabályozni. Az elmúlt évek fő mozgatórugója az ASO felhasználásának lehetősége a mikroelektronikai eszközök további miniatürizálására. Az ALD többféle vékonyréteg felvitelére használható, beleértve a különféle oxidokat (például Al 2 O 3 , TiO 2 , SnO 2 , ZnO, HfO 2 ), fém- nitrideket (például TiN, TaN, WN, NbN) , fémek (pl. Ru, Ir, Pt) és fém- szulfidok (pl. ZnS).
Az ALD egy olyan technológia, amely az anyagok gázfázisból történő molekuláris összegyűjtésének elvét használja. Az anyagrétegek növekedése az ALD-ben a következő jellemző négy szakaszból áll, amelyek ciklikusan ismétlődnek:
Az ALD technológia és a CVD közötti fő különbség az impulzusos bemenet és a munkagázok eltávolítása . A CVD technológiában a reakciógázok jelentős ideig (tíz percig) egyidejűleg vannak a munkakamrában.
Az ASO-ban a kémiai reakciók egy bizonyos hőmérsékleti tartományon belül mennek végbe, amelyet működési hőmérsékleti ablaknak neveznek, és általában 200–400 °C. Az ALD-ben alkalmazott üzemi nyomás 0,1÷10 kPa .
A felületre adott reakcióciklusok során hozzáadott anyag mennyiségét ciklusonkénti növekedésnek nevezzük. Anyagréteg növesztéséhez a reakcióciklusokat annyiszor ismételjük meg, ahányszor szükséges a kívánt filmvastagság eléréséhez. Egy ciklusban, amely 0,5 másodperctől néhány másodpercig tarthat, 0,1 és 3 Å közötti vastagságú film kerül lerakásra . Az ALD folyamat megkezdése előtt a hordozó felületét általában hőkezeléssel stabilizálják a kezdeti ismert állapotra. A reakciók önkorlátozása következtében az ALD egy felületvezérelt folyamat, amelyre a folyamat paraméterei a prekurzorok összetételén, a szubsztrátum anyagán és morfológiáján, valamint a hőmérsékleten kívül gyakorlatilag nincs hatással. Valamint a felületi önkorlátozás eredményeként az ALD eljárással termesztett fóliák rendkívül egyenletes összetételű és vastagságúak. Ezeket a vékony fóliákat más elterjedt módszerekkel előállított filmekkel kombinálva is lehet használni.