Система атомно-слоевого осаждения (ALD)

Система ALD (Atomic Layer Deposition)— это установка, используемая для нанесения сверхтонких пленок на подложки с контролем толщины на атомном уровне. Они широко используются в производстве полупроводников, нанотехнологиях, оптоэлектронике и других высокотехнологичных областях.

Характеристики продукта:
Точный контроль толщины: ALD достигает точности на атомном уровне путем попеременного введения различных исходных газов, обеспечивая равномерное осаждение пленки.

Равномерное покрытие пленкой: возможность равномерного нанесения пленок на сложные трехмерные структуры и подложки с высоким соотношением сторон.

Совместимость с материалами: можно наносить различные материалы, включая оксиды, нитриды, металлы и сплавы.

Высококачественные пленки: получаемые пленки плотные, бездефектные и обладают превосходными электрическими и механическими свойствами.

Щадящие условия процесса: процессы ALD обычно проводятся при низких температурах, что делает их подходящими для термочувствительных материалов.

Технические параметры:

Комплектация установки:

Применение:

1. Производство полупроводников:

• Оксиды затвора: Используются при производстве передовых полупроводниковых устройств, таких как МОП-транзисторы (MOSFET).

• Диэлектрики с высокой диэлектрической проницаемостью (High-k): Осаждение материалов с высокой диэлектрической проницаемостью в интегральных схемах для повышения производительности устройств и снижения утечек.

• Медные соединения: Улучшение медных межсоединений в микросхемах путём осаждения барьерных и посевных слоёв.

1. Устройства памяти:

• DRAM и флэш-память: Осаждение высокок-материалов и проводящих слоёв в ОЗУ (DRAM) и флэш-памяти (например, 3D NAND) для увеличения плотности хранения и производительности.

1. Оптоэлектронные устройства:

• Солнечные элементы: Осаждение прозрачных проводящих оксидов или пассивирующих слоёв в тонкоплёночных солнечных батареях для повышения эффективности фотоэлектрического преобразования.

• Светодиоды и OLED: Осаждение эмиссионных слоёв и материалов электродов для улучшения характеристик OLED и LED.

1. Нанотехнологии:

• Покрытия наноструктур: Равномерное осаждение тонких плёнок на сложных наноструктурах (нанопровода, нанотрубки) для оптимизации оптических и электрических свойств.

• Покрытия квантовых точек: Осаждение защитных или функциональных тонких плёнок на материалы квантовых точек для повышения их стабильности и эффективности.

1. Защитные покрытия:

• Электроника: Осаждение влагостойких и коррозионно-стойких покрытий на электронные устройства для продления срока службы.

• Медицинские изделия: Осаждение биосовместимых покрытий на биоматериалы и импланты для улучшения взаимодействия с тканями человека.

1. Подготовка катализаторов:

• Точные катализаторные слои: Повышение эффективности катализаторов за счёт управления толщиной и распределением катализаторных слоёв, применяются в химических реакциях и преобразовании энергии.

1. Накопление энергии:

• Электроды аккумуляторов: Осаждение тонкоплёночных электродных материалов в литий-ионных батареях и суперконденсаторах для увеличения плотности энергии и срока службы.

• Топливные элементы: Осаждение тонких плёнок на электроды и мембраны обмена протонов в топливных элементах для повышения эффективности и долговечности.

1. Датчики:

• Газовые датчики: Осаждение чувствительных тонких плёнок на газовые датчики для повышения чувствительности и селективности.

• Биосенсоры: Осаждение функциональных тонких плёнок на биосенсоры для улучшения их способности обнаруживать биомолекулы.

1. Технологии отображения:

• Тонкоплёночные транзисторы (TFT): Используются в производстве ЖК-дисплеев и OLED-дисплеев для повышения характеристик отображения.

• Сенсорные экраны: Осаждение проводящих тонких плёнок для улучшения электрических характеристик и чувствительности к прикосновению.

Пример применения (осаждение Al₂O₃ на кремниевые или стеклянные подложки):

Процесс осаждения тонких плёнок оксида алюминия (Al₂O₃) на кремниевые или стеклянные подложки с использованием технологии ALD включает следующие этапы:

1. Подготовка подложки

• Очистка подложки: Удаление загрязнений и частиц с поверхности с помощью химической очистки. Для кремниевых подложек может применяться травление HF для удаления оксидного слоя.

• Сушка подложки: Используется азот или другой безводный газ для сушки, исключая наличие влаги.

1. Загрузка подложки

• Размещение подложки: Поместить очищенную подложку на держатель в ALD-системе, гладкой стороной вверх.

• Вакуумирование камеры: Закрытие камеры и снижение давления до 10⁻³ – 10⁻⁶ Торр.

1. Нагрев подложки

• Установка температуры: Нагрев до 150–300 °C в зависимости от прекурсора и требуемого качества плёнки.

• Стабилизация температуры: Перед началом осаждения убедиться в равномерности нагрева.

1. Осаждение оксида алюминия (Al₂O₃)

• Импульс прекурсора 1 (TMA): Подача три-метил-алюминия (TMA) как источника алюминия. TMA реагирует с поверхностью, формируя моноатомный слой.

• Промывка: Прекращение подачи TMA и промывка камеры инертным газом (азот/аргон).

• Импульс прекурсора 2 (вода/озон): Подача источника кислорода (вода или озон), который реагирует с TMA, образуя Al₂O₃.

• Промывка: Снова промывка инертным газом для удаления побочных продуктов.

1. Повторение циклов осаждения

• Количество циклов: Повторение шагов TMA – промывка – кислородный источник – промывка в зависимости от требуемой толщины плёнки. Один цикл ≈ 0,1–0,2 нм.

• Контроль толщины: Толщина контролируется числом циклов.

1. Охлаждение и выгрузка

• Охлаждение: После осаждения температура камеры снижается до комнатной.

• Выгрузка подложки: Прекращение осаждения, восстановление атмосферного давления и извлечение подложки.

1. Послесинтезная обработка (опционально)

• Отжиг: При необходимости проводят термообработку (например, в кислороде) для улучшения свойств плёнки.

1. Характеризация тонкой плёнки

• Измерение толщины: Элипсометр или другое оборудование.

• Анализ морфологии: СЭМ или АСМ для оценки равномерности и гладкости плёнки.