试论ALD技术制备金属材料的现状分析以及挑战

蔡蓓

摘 要：随着经济社会的不断发展，我国工业生产过程中使用的技术越来越先进，其中在金属材料的制备过程中，相关的技术人员经常采用ALD技术进行生产加工。通常情况下，ALD技术又称之为原子沉淀技术，这是一种三维共形沉积金属薄膜或者金属纳米结构的重要技术方式。对此，本文将重点针对我国金属材料制备过程中的原子层沉积（ALD）技术的基本技术原理以及实际的加工制备特点进行分析，在此研究过程中结合其实际的应用情况对原子层沉积（ALD）技术的应用研究进展以及实际发展过程中所面临的相关技术挑战进行分析研究。

关键词：ALD技术；金属材料；制备；现状分析；挑战

纳米科技是我国工业生产加工中新型的一种技术工艺，特别是金属纳米结构以及三维共形沉积金属薄膜在我国的磁存储以及微电子和光电子以及催化等相关的技术领域都有十分重要的应用。在我国当前工业加工生产中，金属材料的制备需要采用先进的技术工艺，因此传统的加工制造工艺已经难以满足当前的发展需要[1]。通常而言，金属材料的制备需要采用平整均匀以及三维贴合性能十分优越的金属膜层，因此在这样的发展背景下，原子层沉淀（ALD）技术（atomic layer deposition，ALD应用而生。

1 金属材料技术制备过程中ALD技术的概况分析

原子层沉积（ALD）技术的主要应用实践过程是将前驱体脉冲交替地通入反应腔，在沉积基底中进行表面化学吸附反应，从而产生一种金属薄膜。因此，从这一技术工艺的实际应用原理来看，原子层沉积（ALD）技术不是一个相对连续的技术工艺实践过程，而且通过许多的半连续化学反应进行工业生产。因此，在这一具体的工艺环节中，在每一个技术工艺流程的单元模块中，经过四大不同的循环过程，从而制备金属材料。具体而言，原子层沉积（ALD）技术的应用实践情况分为如下几种[2]：

首先，需要将前驱体A蒸汽脉冲通入到反应腔，使化学反应在暴露的衬底表面进行，然后将高纯氩气或者氮气等惰性清洗气体通入反应腔中，通过化学反应将不能及时进行吸附的前驱体A蒸汽以及化学反应之后的副产物带出反应腔外，随之再将前驱体B蒸汽脉冲通入到反应腔中进行化学反应，这一化学反应是通过前驱体B蒸气脉冲与前驱体A蒸气脉冲进行化学反应，然后再将高纯氩气或者氮气等惰性清洗气体通入反应腔中进行化学反应，在此化学反应过程中，将前驱体B蒸气以及化学反应副产物带出化学反应腔之外，具体的技术工艺操作原理以及化学反应过程图示如下所示：

2 ALD技术制备金属材料的现状分析

从上述原子层沉积（ALD）技术基本反应循环示意图可以看出，每一个半连续性的化学反应过程中，每一个半反应过程都是自终止的，主要包括化学反应以及吸附及解吸附三大主要的反应过程。因此，这一技术具有互补性以及自限制性等特征，其生长的速度通常可以达到每循环0.1nm，因此结合这一具体的特征，在采用ALD技术进行金属材料的制备过程中，只需要对化学反应的循环次数进行简单的控制，就可以对金属薄膜进行科学调节。

因此，从原子层沉积（ALD）技术的具体应用发展现状来看，原子层沉积（ALD）生长的主要技术基础就是表面自限制反应，而ALD工作窗口一般存在于理想的ALD工艺中，在此生长窗口中，ALD表面自限制反應的生产速度恒定，因此其对沉淀温度以及前躯体流量和脉冲的具体时间等工艺参数的变化要求不太敏感，因此在金属材料的制备过程中，采用ALD技术进行作业，最终沉淀的金属薄膜具有优异的三维组合性与大面积的均匀性。与此同时，随着电子芯片单元的尺寸不断减小，器件中的深宽比会不断增加，从而使金属材料制备过程中的材料厚度不断降低[3]。因此，ALD技术之所以被我国工业生产中的纳米材料制备以及微电子工业等相关的技术领域高度重视，这在很大程度上与其独特的技术工艺以及生长原理具有重要的关联性。

3 ALD技术制备金属材料的挑战分析

ALD技术在我国尽管还是一种全新的金属材料制备技术工艺，但是逐渐经过几十年的不断应用实践与发展，其在我国传统的ALD技术发展基础上，逐渐派生出了多种新的技术形式，比如等离子体增强ALD（plasma ebhancedatic layer deposition，PEALD）技术以及分子层沉淀技术和空间ALD技术、电化学ALD等多种新的技术形式。在这些不同的技术形式中，其中PE ALD技术得到了不同程度的重视，其在实际的生长过程中主要通过等离子体取代一般的化学反应剂，从而大大提升了金属材料制造过程中化学反应剂的活性。在此过程中，不仅拓宽了生长薄膜与前驱体化学反应材料的具体种类，同时降低了沉积的实际温度，大大提高了生常速度，同时也进一步改进了金属材料薄膜性能[4]。

4 结束语

综上所述，原子层沉积（ALD）技术沉积金属薄膜以及纳米结构，到目前为止，已经在我国的燃料电池以及催化和微电子、光学、气体传感等不同的技术领域得到了非常广泛的应用与实践，而且受到相关技术领域负责人的高度关注。尽管原子层沉积（ALD）技术已经在诸多的技术领域被广泛应用，但是与氮化物以及氧化物等材料物质相比，其依然存在一定的不足，主要由于缺乏具有足够活性的还原剂以及合适的前驱体，从而导致原子层沉积（ALD）技术的发展面临诸多的技术挑战。但是通过上述现状分析不难发现，这一技术的出现挑战与机遇并存，一些新的应用机制以及反应路径依然需要进一步完善，相信在原子层沉积（ALD）技术现有的发展基础上，其还会取得更大的技术突破。

参考文献

[1]朱琳，李爱东.原子层沉积技术制备金属材料的进展与挑战[J].微纳电子技术，2015，02：113-122.

[2]仇洪波，刘邦武，夏洋，李惠琪，陈波，李超波，万军，李勇.原子层沉积技术研究及其应用进展[J].微纳电子技术，2012，11：701-708+731.

[3]魏呵呵，何刚，邓彬，李文东，李太申.原子层沉积技术的发展现状及应用前景[J].真空科学与技术学报，2014，04：413-420.

[4]袁军平，李卫，郭文显.原子层沉积前驱体材料的研究进展[J].表面技术，2010，04：77-82.