原子层沉积的研究

发布网友发布时间：2022-05-14 08:37

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热心网友时间：2023-10-11 18:14

原子层沉积（ALD）的自*性和互补性致使该技术对薄膜的成份和厚度具有出色的控制能力，所制备的薄膜保形性好、纯度高且均匀，因而引起了人们广泛的关注。原子尺度上的ALD过程仿真对深入了解沉积机理，改进和优化薄膜生长工艺，提高薄膜质量，改善薄膜性质具有重要意义。在深入了解ALD的工艺特点及工艺过程后，针对H-Si（100）表面上沉积Al<,2>O<,3>；的ALD过程的仿真进行了多方面的探索研究，并取得了一些创新性结果。
1）提出ALD过程通常存在初始沉积和后续生长两个不同的沉积阶段，薄膜的生长模式分别表现为岛状生长和层状生长，其中初始沉积阶段对薄膜形态有着不可忽略的影响。
2）以Al<,2>O<,3>；的ALD过程为参考，给出了原子层沉积实验装置的初步设计方案。
3）以Al<,3>O<,4>；尖晶石晶体结构为基础，构建仿真二维单元模型，通过分析不同沉积阶段的反应机理，采用基于晶体结构的动力学蒙特卡罗方法（KLMC）对H-si（100）表面上沉积Al<,2>O<,3>；的ALD过程进行模拟，建立了前驱体到达、表面化学反应、表面解吸三种不同的事件模型，通过时间管理实现ALD过程中气体脉冲的交替循环。
4）在讨论相关数据结构和算法后，利用C++语言编制仿真软件，结合数据库和OpenGL技术，实现数据的存储与结果显示。
5）改变工艺条件进行多组仿真实验，结果表明薄膜的粗糙度受前驱体温度、反应室真空度、基片温度等多种因素的影响。其中基片温度对初始沉积时间和生长速率的影响最为显著。在温度窗口内，基片温度越低，薄膜生长越缓慢，初始沉积时间越长，表面粗糙度增加；随着基片温度的升高，初始沉积过程越短暂，薄膜很快封闭，温度越高，生长速率越趋近于1ML/cycle（单分子层/循环），表面粗糙度也越小。将仿真结果与文献中报道的结果相比较，两者吻合较好。同时也进一步证实了ALD薄膜生长过程中两个阶段的存在。最后分析该模型存在偏差的原因，为ALD的应用研究提供一个理论基础。