卷对卷沉积系统

什么是原子层沉积技术原子层沉积技术（ALD）是一种一层一层原子级生长的薄膜制备技术。理想的 ALD 生长过程，通过选择性交替，把不同的前驱体暴露于基片的表面，在表面化学吸附并反应形成沉积薄膜。 20 世纪 60 年代，前苏联的科学家对多层 ALD 涂层工艺之前的技术（与单原子层或双原子层的气相生长和分析相关）进行了研究。后来，芬兰科学家独立开发出一种多循环涂层技术（1974年，由 Tuomo Suntola 教授申请专利）。在俄罗斯，它过去和现在都被称为分子层沉积，而在芬兰，它被称为原子层外延。后来更名为更通用的术语“原子层沉积”，而术语“原子层外延”现在保留用于（高温）外延 ALD。 Part 01.原子层沉积技术基本原理 一个完整的 ALD 生长循环可以分为四个步骤： 1.脉冲第一种前驱体暴露于基片表面，同时在基片表面对第一种前驱体进行化学吸附2.惰性载气吹走剩余的没有反应的前驱体3.脉冲第二种前驱体在表面进行化学反应，得到需要的薄膜材料4.惰性载气吹走剩余的前驱体与反应副产物 原子层沉积（ ALD ）原理图示 涂层的层数（厚度）可以简单地通过设置连续脉冲的数量来确定。蒸气不会在表面上凝结，因为多余的蒸气在前驱体脉冲之间使用氮气吹扫被排出。这意味着每次脉冲后的涂层会自我限制为一个单层，并且允许其以原子精度涂覆复杂的形状。如果是多孔材料，内部的涂层厚度将与其表面相同！因此，ALD 有着越来越广泛的应用。 Part 02. 原子层沉积技术案例展示 原子层沉积通常涉及 4 个步骤的循环，根据需要重复多次以达到所需的涂层厚度。在生长过程中，表面交替暴露于两种互补的化学前驱体。在这种情况下，将每种前驱体单独送入反应器中。 下文以包覆 Al2O3 为例，使用第一前驱体 Al(CH3)3（三甲基铝，TMA）和第二前驱体 H2O 或氧等离子体进行原子层沉积，详细过程如下：反应过程图示 在每个周期中，执行以下步骤： 01 第一前驱体 TMA 的流动，其吸附在表面上的 OH 基团上并与其反应。通过正确选择前驱体和参数，该反应是自限性的。 Al(CH3)3 + OH = O-Al-(CH3)2 + CH4 02使用 N2 吹扫去除剩余的 Al(CH3)3 和 CH4 03第二前驱体（水或氧气）的流动。H2O（热 ALD）或氧等离子体自由基（等离子体 ALD）的反应会氧化表面并去除表面配体。这种反应也是自限性的。 O-Al-(CH3)2 + H2O = O-Al-OH(2) + (O)2-Al-CH3 + CH4 04使用 N2 吹扫去除剩余的 H2O 和 CH4，继续步骤 1。 由于每个曝光步骤，表面位点饱和为一个单层。一旦表面饱和，由于前驱体化学和工艺条件，就不会发生进一步的反应。 为了防止前驱体在表面以外的任何地方发生反应，从而导致化学气相沉积（CVD），必须通过氮气吹扫将各个步骤分开。 Part 03. 原子层沉积技术的优点 由于原子层沉积技术，与表面形成共价键，有时甚至渗透（聚合物），因此具有出色的附着力，具有低缺陷密度，增强了安全性，易于操作且可扩展，无需超高真空等特点，具有以下优点： 厚度可控且均匀通过控制沉积循环次数，可以实现亚纳米级精度的薄膜厚度控制，具有优异的重复性。大面积厚度均匀，甚至超过米尺寸。 涂层表面光滑完美的 3D 共形性和 100% 阶梯覆盖：在平坦、内部多孔和颗粒周围样品上形成均匀光滑的涂层，涂层的粗糙度非常低，并且完全遵循基材的曲率。该涂层甚至可以生长在基材上的灰尘颗粒下方，从而防止出现针孔。 ALD 涂层的完美台阶覆盖性 适用多类型材料所有类型的物体都可以进行涂层：晶圆、3D 零件、薄膜卷、多孔材料，甚至是从纳米到米尺寸的粉末。且适用于敏感基材的温和沉积工艺，通常不需要等离子体。 可定制材料特性适用于氧化物、氮化物、金属、半导体等的标准且易于复制的配方，可以通过三明治、异质结构、纳米层压材料、混合氧化物、梯度层和掺杂的数字控制来定制材料特性。 宽工艺窗口，且可批量生产对温度或前驱体剂量变化不敏感，易于批量扩展，可以一次性堆叠和涂覆许多基材，并具有完美的涂层厚度均匀性。

table border="1" cellspacing="0" cellpadding="0" width="600"tbodytrtd width="122"p style="line-height: 1.75em "成果名称/p/tdtd width="526" colspan="3"p style="line-height: 1.75em "原子层沉积系统/p/td/trtrtd width="122"p style="line-height: 1.75em "单位名称/p/tdtd width="526" colspan="3"p style="line-height: 1.75em "中科院物理研究所/p/td/trtrtd width="122"p style="line-height: 1.75em "联系人/p/tdtd width="175"p style="line-height: 1.75em "郇庆/p/tdtd width="159"p style="line-height: 1.75em "联系邮箱/p/tdtd width="192"p style="line-height: 1.75em "qhuan_uci@yahoo.com/p/td/trtrtd width="122"p style="line-height: 1.75em "成果成熟度/p/tdtd width="526" colspan="3"p style="line-height: 1.75em "□正在研发 √已有样机 □通过小试 □通过中试 □可以量产/p/td/trtrtd width="122"p style="line-height: 1.75em "合作方式/p/tdtd width="526" colspan="3"p style="line-height: 1.75em "√技术转让 √技术入股 □合作开发 √其他/p/td/trtrtd width="648" colspan="4"p style="line-height: 1.75em "strong成果简介： /strongbr/ /pp style="text-align:center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201603/insimg/1d453046-e68e-4e65-ab38-25f533935dee.jpg" title="ALD.jpg" width="350" height="261" border="0" hspace="0" vspace="0" style="width: 350px height: 261px "//pp style="line-height: 1.75em " br//pp style="line-height: 1.75em " 原子层沉积（ALD）技术，由于采取自限性的生长模式，因此可以在原子尺度上调控沉积薄膜的厚度，从而形成具有优异的台阶覆盖性和平整性，并可用于制备高深宽比材料和对多孔纳米材料进行修饰。我们自行研制的ALD系统与市场上现有商业化产品相比，具有如下特点：1）复杂完善的管路气路，在自制控制器和软件的配合下，可高度自动化完成生长过程；2）全金属密封，适于各种类型反应；3）圆筒型反应腔体，最高烘烤温度达到350℃，前驱体及载气利用率高；4）特殊设计的样品台，适用于包括粉末样品在内的各类基底；5）可选配四极质谱和石英膜厚检测仪，对反应过程实时监控。/p/td/trtrtd width="648" colspan="4"p style="line-height: 1.75em "strong应用前景： /strongbr/ ALD是一项简单和实用的技术，在微电子、太阳能电池、光子晶体以及催化等许多领域都有广泛的应用前景。我们目前研发的系统主要针对科研应用，国内每年需求量在数十台至上百台。/p/td/tr/tbody/tablepbr//p

p　　5月24日，中国科学院条件保障与财务局组织专家对中国科学院宁波材料技术与工程研究所承担的“面向半导体薄膜超高速、低温外延的中压等离子体化学气相沉积系统”和“微细球状非晶粉末制备装置”两个院科研装备项目进行了技术验收和综合验收。/pp　　两个项目的技术验收会于5月24日上午举行，条件保障与财务局科技条件处高级工程师张红松首先介绍了现场测试的具体要求，并宣布了专家组名单。技术测试专家组由6位专家组成，中科院半导体所谢亮研究员和中科院沈阳金属所张海峰研究员分别担任两个项目技术验收专家组组长。项目的技术测试大纲经专家组审议通过后，专家组分别在设备现场按照测试大纲逐项进行测试，将测试结果与项目任务书比对后，专家组一致认为两套研制设备的技术指标均达到或优于实施方案的要求，同意提交综合验收专家组验收。/pp　　项目的总体验收于 5月24日下午举行，张红松介绍了总体验收要求并宣布了专家组名单。专家组由8位专家组成，包括1位装备研制项目专家、6位技术专家，1位财务专家，组长由中科院微电子所夏洋研究员担任。专家组分别听取了两个项目工作汇报、使用报告、测试报告和财务报告。/pp　　“面向半导体薄膜超高速、低温外延的中压等离子体化学气相沉积系统”项目研制了一套中压等离子体化学气相沉积系统，实现了硅材料的超高速、低温外延生长 并且通过在线发射光谱和激光吸收光谱的实时检测分析系统，实现了对中压等离子体沉积过程的有效控制。利用该系统，项目组研究了气体组分、沉积压力、氢气浓度等工艺参数与沉积薄膜性能之间的影响规律，为碳化硅、石墨烯等薄膜材料的低温、快速生长提供了一个研究开发平台。/pp　　“微细球状非晶粉末制备装置”项目研制出了一套微细球状非晶粉末制备装置，研究了熔体温度、喷嘴直径、回转圆盘转速等工艺条件对粉末粒径、非晶度和氧含量的影响规律，开发了一套新型微细金属粉末制备的新技术，实现了平均粒径在10μm左右的高质量非晶粉末的制备。基于此装备，项目组开展了微细非晶合金粉末的吸波性能研究，为采用新型非晶软磁合金材料、设计和开发具有宽频带、强屏蔽效能的轻薄型磁屏蔽和吸波材料奠定了实验基础。/pp　　专家组现场查看了研制仪器设备的运行情况，审查了相关文件档案和项目经费使用情况，经讨论，专家组一致认为，两个项目均完成了实施方案中规定的研究内容，各项技术指标达到要求，项目文件档案齐全，经费使用基本合理，同意项目通过验收。/pp　　张红松对宁波材料所两个项目顺利通过验收表示祝贺，并在最后的总结中提出希望，希望项目组能够充分发挥研制装备的价值，进一步研究开发及成果转化，发挥好中科院科研装备研制项目的效能。/pcenterimg alt="" src="http://www.cnitech.cas.cn/news/news/201805/W020180528330854310154.jpg" height="375" width="500"//centerp style="text-align: center "　　技术验收会现场/pcenterimg alt="" src="http://www.cnitech.cas.cn/news/news/201805/W020180528330854432504.jpg" height="375" width="500"//centerp style="text-align: center "　　现场查看研制仪器设备的运行情况/pcenterimg alt="" src="http://www.cnitech.cas.cn/news/news/201805/W020180528330854493166.jpg" height="375" width="500"//centerp style="text-align: center "　　现场查看研制仪器设备的运行情况/p