試論ALD技術制備金屬材料的現狀分析以及挑戰

蔡蓓

摘 要：隨著經濟社會的不斷發展，我國工業生產過程中使用的技術越來越先進，其中在金屬材料的制備過程中，相關的技術人員經常采用ALD技術進行生產加工。通常情況下，ALD技術又稱之為原子沉淀技術，這是一種三維共形沉積金屬薄膜或者金屬納米結構的重要技術方式。對此，本文將重點針對我國金屬材料制備過程中的原子層沉積（ALD）技術的基本技術原理以及實際的加工制備特點進行分析，在此研究過程中結合其實際的應用情況對原子層沉積（ALD）技術的應用研究進展以及實際發展過程中所面臨的相關技術挑戰進行分析研究。

關鍵詞：ALD技術；金屬材料；制備；現狀分析；挑戰

納米科技是我國工業生產加工中新型的一種技術工藝，特別是金屬納米結構以及三維共形沉積金屬薄膜在我國的磁存儲以及微電子和光電子以及催化等相關的技術領域都有十分重要的應用。在我國當前工業加工生產中，金屬材料的制備需要采用先進的技術工藝，因此傳統的加工制造工藝已經難以滿足當前的發展需要[1]。通常而言，金屬材料的制備需要采用平整均勻以及三維貼合性能十分優越的金屬膜層，因此在這樣的發展背景下，原子層沉淀（ALD）技術（atomic layer deposition，ALD應用而生。

1 金屬材料技術制備過程中ALD技術的概況分析

原子層沉積（ALD）技術的主要應用實踐過程是將前驅體脈沖交替地通入反應腔，在沉積基底中進行表面化學吸附反應，從而產生一種金屬薄膜。因此，從這一技術工藝的實際應用原理來看，原子層沉積（ALD）技術不是一個相對連續的技術工藝實踐過程，而且通過許多的半連續化學反應進行工業生產。因此，在這一具體的工藝環節中，在每一個技術工藝流程的單元模塊中，經過四大不同的循環過程，從而制備金屬材料。具體而言，原子層沉積（ALD）技術的應用實踐情況分為如下幾種[2]：

首先，需要將前驅體A蒸汽脈沖通入到反應腔，使化學反應在暴露的襯底表面進行，然后將高純氬氣或者氮氣等惰性清洗氣體通入反應腔中，通過化學反應將不能及時進行吸附的前驅體A蒸汽以及化學反應之后的副產物帶出反應腔外，隨之再將前驅體B蒸汽脈沖通入到反應腔中進行化學反應，這一化學反應是通過前驅體B蒸氣脈沖與前驅體A蒸氣脈沖進行化學反應，然后再將高純氬氣或者氮氣等惰性清洗氣體通入反應腔中進行化學反應，在此化學反應過程中，將前驅體B蒸氣以及化學反應副產物帶出化學反應腔之外，具體的技術工藝操作原理以及化學反應過程圖示如下所示：

2 ALD技術制備金屬材料的現狀分析

從上述原子層沉積（ALD）技術基本反應循環示意圖可以看出，每一個半連續性的化學反應過程中，每一個半反應過程都是自終止的，主要包括化學反應以及吸附及解吸附三大主要的反應過程。因此，這一技術具有互補性以及自限制性等特征，其生長的速度通?？梢赃_到每循環0.1nm，因此結合這一具體的特征，在采用ALD技術進行金屬材料的制備過程中，只需要對化學反應的循環次數進行簡單的控制，就可以對金屬薄膜進行科學調節。

因此，從原子層沉積（ALD）技術的具體應用發展現狀來看，原子層沉積（ALD）生長的主要技術基礎就是表面自限制反應，而ALD工作窗口一般存在于理想的ALD工藝中，在此生長窗口中，ALD表面自限制反應的生產速度恒定，因此其對沉淀溫度以及前軀體流量和脈沖的具體時間等工藝參數的變化要求不太敏感，因此在金屬材料的制備過程中，采用ALD技術進行作業，最終沉淀的金屬薄膜具有優異的三維組合性與大面積的均勻性。與此同時，隨著電子芯片單元的尺寸不斷減小，器件中的深寬比會不斷增加，從而使金屬材料制備過程中的材料厚度不斷降低[3]。因此，ALD技術之所以被我國工業生產中的納米材料制備以及微電子工業等相關的技術領域高度重視，這在很大程度上與其獨特的技術工藝以及生長原理具有重要的關聯性。

3 ALD技術制備金屬材料的挑戰分析

ALD技術在我國盡管還是一種全新的金屬材料制備技術工藝，但是逐漸經過幾十年的不斷應用實踐與發展，其在我國傳統的ALD技術發展基礎上，逐漸派生出了多種新的技術形式，比如等離子體增強ALD（plasma ebhancedatic layer deposition，PEALD）技術以及分子層沉淀技術和空間ALD技術、電化學ALD等多種新的技術形式。在這些不同的技術形式中，其中PE ALD技術得到了不同程度的重視，其在實際的生長過程中主要通過等離子體取代一般的化學反應劑，從而大大提升了金屬材料制造過程中化學反應劑的活性。在此過程中，不僅拓寬了生長薄膜與前驅體化學反應材料的具體種類，同時降低了沉積的實際溫度，大大提高了生常速度，同時也進一步改進了金屬材料薄膜性能[4]。

4 結束語

綜上所述，原子層沉積（ALD）技術沉積金屬薄膜以及納米結構，到目前為止，已經在我國的燃料電池以及催化和微電子、光學、氣體傳感等不同的技術領域得到了非常廣泛的應用與實踐，而且受到相關技術領域負責人的高度關注。盡管原子層沉積（ALD）技術已經在諸多的技術領域被廣泛應用，但是與氮化物以及氧化物等材料物質相比，其依然存在一定的不足，主要由于缺乏具有足夠活性的還原劑以及合適的前驅體，從而導致原子層沉積（ALD）技術的發展面臨諸多的技術挑戰。但是通過上述現狀分析不難發現，這一技術的出現挑戰與機遇并存，一些新的應用機制以及反應路徑依然需要進一步完善，相信在原子層沉積（ALD）技術現有的發展基礎上，其還會取得更大的技術突破。

參考文獻

[1]朱琳，李愛東.原子層沉積技術制備金屬材料的進展與挑戰[J].微納電子技術，2015，02：113-122.

[2]仇洪波，劉邦武，夏洋，李惠琪，陳波，李超波，萬軍，李勇.原子層沉積技術研究及其應用進展[J].微納電子技術，2012，11：701-708+731.

[3]魏呵呵，何剛，鄧彬，李文東，李太申.原子層沉積技術的發展現狀及應用前景[J].真空科學與技術學報，2014，04：413-420.

[4]袁軍平，李衛，郭文顯.原子層沉積前驅體材料的研究進展[J].表面技術，2010，04：77-82.