原子層沉積的研究

原子層沉積（ALD）的自限制性和互補性致使該技術對薄膜的成份和厚度具有出色的控制能力，所制備的薄膜保形性好、純度高且均勻，因而引起了人們廣泛的關注。原子尺度上的ALD過程仿真對深入了解沉積機理，改進和優化薄膜生長工藝，提高薄膜質量，改善薄膜性質具有重要意義。在深入了解ALD的工藝特點及工藝過程后，針對H-Si（100）表面上沉積Al<,2>O<,3>；的ALD過程的仿真進行了多方面的探索研究，并取得了一些創新性結果。
1）提出ALD過程通常存在初始沉積和后續生長兩個不同的沉積階段，薄膜的生長模式分別表現為島狀生長和層狀生長，其中初始沉積階段對薄膜形態有著不可忽略的影響。
2）以Al<,2>O<,3>；的ALD過程為參考，給出了原子層沉積實驗裝置的初步設計方案。
3）以Al<,3>O<,4>；尖晶石晶體結構為基礎，構建仿真二維單元模型，通過分析不同沉積階段的反應機理，采用基于晶體結構的動力學蒙特卡羅方法（KLMC）對H-si（100）表面上沉積Al<,2>O<,3>；的ALD過程進行模擬，建立了前驅體到達、表面化學反應、表面解吸三種不同的事件模型，通過時間管理實現ALD過程中氣體脈沖的交替循環。
4）在討論相關數據結構和算法后，利用C++語言編制仿真軟件，結合數據庫和OpenGL技術，實現數據的存儲與結果顯示。
5）改變工藝條件進行多組仿真實驗，結果表明薄膜的粗糙度受前驅體溫度、反應室真空度、基片溫度等多種因素的影響。其中基片溫度對初始沉積時間和生長速率的影響最為顯著。在溫度窗口內，基片溫度越低，薄膜生長越緩慢，初始沉積時間越長，表面粗糙度增加；隨著基片溫度的升高，初始沉積過程越短暫，薄膜很快封閉，溫度越高，生長速率越趨近于1ML/cycle（單分子層/循環），表面粗糙度也越小。將仿真結果與文獻中報道的結果相比較，兩者吻合較好。同時也進一步證實了ALD薄膜生長過程中兩個階段的存在。最后分析該模型存在偏差的原因，為ALD的應用研究提供一個理論基礎。