原子层沉积（ALD）是一种在基底上沉积超薄、均匀和保形薄膜的复杂技术。该工艺是将基底依次暴露于不同的化学前驱体，这些前驱体与基底表面发生反应形成单层膜。前驱体暴露和反应的每个循环都会形成一层，从而实现对薄膜厚度和特性的精确控制。
详细说明：
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工艺机制:ALD 通过一系列自限制反应进行操作。首先，将基底置于高真空室中。引入前驱体气体，与基底表面发生化学键合，形成单层。这种反应具有自限性，因为一旦表面的所有反应位点都被占据，反应就会自然停止。然后用惰性气体吹扫反应室，清除多余的前驱体。
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顺序反应:在第一种前驱体完全反应并净化后，引入第二种反应物。这种反应物与第一种前驱体形成的单层相互作用，生成所需的薄膜材料。反应过程中产生的任何副产物也会通过抽气去除。重复前驱体引入、反应和净化的顺序，逐层形成薄膜。
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ALD 的优点:
- 厚度控制:通过调整 ALD 循环的次数，可精确控制薄膜的厚度。每个循环通常会增加一个单层，从而获得非常薄而均匀的涂层。
- 一致性:ALD 薄膜符合基底的表面形貌，即使在复杂或三维结构上也能确保均匀覆盖。
- 材料多样性:ALD 可沉积多种材料，包括导电层和绝缘层，因此适用于各种应用。
- 低温操作:ALD 可在相对较低的温度下运行，这对温度敏感的基底非常有利。
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应用领域:ALD 广泛应用于半导体行业，用于制造 MOSFET 栅极堆栈、DRAM 电容器和磁记录头等元件。在生物医学应用中，它还可用于修饰植入设备的表面，增强其生物兼容性和性能。
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挑战:尽管 ALD 有很多优点，但它涉及复杂的化学过程，需要昂贵的设备。此外，该过程可能比较缓慢，而且需要高纯度的基底才能达到理想的薄膜质量。
总之，原子层沉积是一种功能强大的薄膜沉积技术，可对薄膜厚度和均匀性进行出色的控制，因此在各种高科技行业中具有极高的价值。
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