等离子体增强原子层沉积AlN外延单晶GaN研究

氮化镓(GaN)作为第三代半导体材料,具有较大的禁带宽度,较高的击穿电场强度、电子迁移率、热导系数以及直接带隙等优异特性,被广泛应用于电子器件和光电子器件中。由于与衬底的失配问题,早期工艺制备GaN材料难以获得高质量单晶GaN薄膜。直到采用两步生长法,即先在衬底上低温生长氮化铝(AlN)成核层,再高温生长GaN,才极大地提高了GaN材料的质量。目前用于制备AlN成核层的方法有磁控溅射以及分子束外延等,为了进一步提高GaN晶体质量,本研究提出在两英寸c面蓝宝石衬底上使用等离子体增强原子层沉积(Plasma-enhanced Atomic Layer Deposition,PEALD)方法制备AlN成核层来外延GaN。相比于磁控溅射方法,PEALD方法制备AlN的晶体质量更好;相比于分子束外延方法,PEALD方法的工艺简单、成本低且产量大。沉积AlN的表征结果表明,AlN沉积速率为0.1 nm/cycle,并且AlN薄膜具有随其厚度变化而变化的岛状形貌。外延GaN表征结果表明,当沉积厚度为20.8 nm的AlN时,GaN外延层的表面最平整,均方根粗糙度为0.272 nm,同时具有最好的光学特性以及最低的位错密度。本研究提出了在PEALD制备的AlN上外延单晶GaN的新方法,沉积20.8 nm的AlN有利于外延高质量的GaN薄膜,可以用于制备高电子迁移率晶体管及发光二极管。

等离子体增强原子层沉积二氧化硅对多晶硅的损伤机理及防范工艺研究

文章通过电子束检测(EBI)手段研究了等离子体增强原子层沉积(PEALD) SiO_(2)过程中硅烷基酰胺类前驱体副产物对多晶硅产生不可逆损伤的机理。提出用单胺基硅烷基酰胺替代多胺基硅烷基酰胺作为前驱体,来减轻对多晶硅材料的损伤。在不损伤多晶硅前提下,进一步研究化学位阻较小的单胺基前驱体二异丙胺硅烷(DIPAS)对反应速率的影响。

等离子体增强原子层沉积系统及其应用研究

介绍了自行设计的等离子体增强原子层沉积(PEALD)系统及其原位制备氮掺杂纳米TiO2可见光催化剂的实验结果。PEALD系统主要由远程脉冲感应耦合等离子体发生器、真空反应腔室、真空系统、前驱体输运系统、控制系统等部分组成。沉积过程中前驱体的交替、等离子体的产生、样品台温度、载气流量、沉积周期等参数都可以预先设定并由控制系统自动执行。在研制的PEALD系统上首次开展原位氮掺杂纳米TiO2光催化剂的制备,高分辨透射电镜结果表明制备的氮掺杂TiO2薄膜为非晶态结构,薄膜厚度为3 nm,生长速率为0.05 nm/cycle;X射线光电子能谱结果表明N元素掺入到了制备的TiO2薄膜,并取代了TiO2薄膜中的O元素;紫外-可见光谱表明制备的氮掺杂TiO2薄膜对可见光的吸收率明显增强。

等离子体增强原子层沉积增透阻隔膜的研究

高阻隔高透光率的柔性复合材料在包装和电子封装领域具有很高的应用价值。本文采用等离子增强原子层沉积技术在PET基体上制备了多层结构的增透阻隔膜,研究了等离子增强原子层沉积制备氧化硅和氮化硅的工艺参数,利用光学模拟软件设计出所需透过率的膜层结构。结果表明:等离子体增强原子层沉积制备的薄膜原子力显微镜表面形貌晶粒分布均匀,薄膜致密,红外光谱显示制备的薄膜为高纯度的SiO_(2)和Si_(3)N_(4),薄膜的透水率降低了2个数量级,可见光范围透过率可达到94%。

等离子体增强原子层沉积技术制备碳化钴薄膜

报道了一种新型PE-ALD工艺用于沉积碳化钴薄膜。以脒基钴为前驱体,在氢等离子体作用下,成功制备了碳化钴薄膜。薄膜厚度与沉积循环关系显示薄膜生长为理想的逐层生长行为,100℃下薄膜生长速率为0.066 nm/cycle。利用XRD和TEM对所沉积的薄膜进行表征,结果表明薄膜是多晶的六方晶系Co3C晶体结构。XPS的结果表明沉积的碳化钴膜具有高纯度。在深宽比高达20:1的硅基底沟槽中研究碳化钴薄膜的保型性,显示该PE-ALD工艺可以沉积厚度均匀、光滑且高度保形的碳化钴薄膜,这有利于在高深宽比的3D结构中的涂覆并且在负载催化剂领域具有潜在应用。

等离子体增强原子层沉积Al_2O_3钝化多晶黑硅的研究

黑硅的纳米结构可以大大降低硅表面的入射光反射率,同时由于比表面积的增加使其钝化成为难题,从而影响其太阳电池的性能。等离子体增强原子层沉积(PEALD)法沉积的Al2O3钝化层具有良好的保型性和致密性,适用于黑硅纳米微结构的钝化。本文使用金属辅助化学法制备多晶黑硅,再经低浓度碱溶液处理优化黑硅结构,最后用PEALD沉积了不同厚度的Al2O3钝化层。采用扫描电镜、分光光度计和少子寿命测试仪对黑硅的表面形貌、减反射特性和少子寿命变化进行了分析。结果表明碱溶液处理后黑硅表面结构变得更为平滑,Al2O3钝化的黑硅经退火后少子寿命达到8.96μs,在可见光范围内反射率降低至3.7%,与传统制绒工艺的多晶硅片相比性能有明显提升。

等离子体增强原子层沉积原理与应用

等离子体增强原子层沉积(PEALD)是一种低温制备高质量超薄薄膜的有效手段,近年来正受到工业界和学术界广泛的关注。简要介绍了PEALD的发展历史和生长原理。描述了PEALD常见的三种设备构造:自由基增强原子层沉积、直接等离子体沉积和远程等离子体沉积,比较了它们的优缺点。着重评述了PEALD的特点,主要具有沉积温度低、前驱体和生长材料种类广、工艺控制灵活、薄膜性能优异等优势,但也面临着薄膜三维贴合性下降和等离子体损伤等挑战。列举了PEALD的一些重要应用,如在金属薄膜制备、铜互连阻挡层、高介电常数材料、薄膜封裹等领域的应用。最后展望了PEALD的发展前景。

等离子体增强原子层沉积技术制备过渡金属薄膜的研究进展

原子级的处理对应用于计算和数据存储的最先进的电子设备,以及与物联网、人工智能和量子计算相关的新兴技术正变得越来越重要。等离子体增强原子层沉积(PEALD)是一种原子级表面沉积技术,由于其较高的反应活性以及较低的沉积温度日益受到研究者的关注。本文介绍了PEALD技术的基本原理以及相对于其他薄膜沉积技术的优势,之后从前驱体和基底材料的影响等方面介绍了利用PEALD制备Ti、Co、Ni、Cu、Ru、Pd、Ag、Ta、Ir和Pt等过渡金属薄膜以及它们在微电子领域的应用现状,最后进行了总结和展望。

等离子体辅助原子层沉积氧化铝薄膜的研究

为在室温条件下进行氧化铝薄膜的原子层沉积,自行设计了一套微波回旋共振等离子体辅助原子层沉积装置,以三甲基铝作为铝源前躯体,氧气作为氧化剂,在室温下于氢氟酸溶液中处理过的单晶硅基片上进行了氧化铝薄膜的沉积。利用扫描电子显微镜、原子力显微镜、高分辨率透射电子显微镜、X-ray射线衍射、X-ray射线光电子能谱等分析手段测试了薄膜的表面形貌和成分,结果表明制备的氧化铝薄膜为非晶态结构,铝、氧元素含量配比接近2/3,同时薄膜表面非常光滑平整而且致密,表面粗糙度<0.4nm。通过高分辨率透射电子显微镜的截面图,可以估算出薄膜厚度约为80nm,界面非常清晰、平整,薄膜质量较高,沉积速率为0.27nm/周期,沉积速率较热沉积大大提高。

等离子体增强原子层沉积技术制备铜薄膜

集成电路的高速发展为铜互连提出诸多要求,其中,如何低温条件(≤150℃)下在大深宽比的通孔或沟槽中沉积保形性好、纯度高、导电性好的铜籽晶层是亟需解决的问题。本文利用等离子体增强原子层沉积技术,以脒基铜为铜前驱体,以氢等离子体为还原物质,在较低的沉积温度(100℃)下,沉积了纯度高、导电性能优良的铜薄膜。在10∶1的硅基沟槽中,表面与沟槽底部厚度均匀(~80 nm)。考察了放电输入功率对薄膜形貌的影响并利用时间分辨发射光谱技术对氢等离子体进行在线诊断。本论文研究表明铜脒基前驱体用于低温等离子体辅助原子层沉积工艺,可有效地解决铜薄膜沉积过程中铜粒子的团聚问题,并为其它类脒基前驱体进行金属薄膜的沉积提供借鉴。

氧等离子体辅助原子层沉积氧化铝的研究

本文研究氧等离子体辅助原子层沉积氧化铝中各个沉积参数对薄膜性能和结构的影响。在氧等离子体辅助原子层沉积氧化铝的过程中,通过改变基底温度、等离子体放电时间、等离子体放电功率、单体三甲基铝冲洗时间和反应气体氧气冲洗时间,研究了工艺参数对于氧化铝的生长的影响。通过发射光谱仪(OES)对等离子体进行检测,原子力显微镜(AFM)和椭偏(SE)对薄膜表面形貌、厚度和折射率进行测量及SEM对薄膜断面进行检测。结果显示,在室温下氧等离子体辅助氧化铝沉积需要较长的单体三甲基铝的冲洗时间才能得到粗糙度小的薄膜,薄膜沉积速率随温度的升高而减小(低的沉积温度),薄膜的折射率则变大。而等离子体在40W到80W的低放电功率下,放电功率对氧化铝的沉积速率影响不大。

等离子体辅助原子层沉积技术包覆硅基氮化物荧光粉的结果性能研究

采用等离子体辅助原子层沉积的方法,通过振动流化床,在硅基氮化物荧光粉表面保形地包覆了氧化铝薄膜。分别用傅立叶红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和pH计对包覆前后荧光粉的表面成分、形貌和耐水性进行了测试。最后,还用荧光光谱仪对包覆前后荧光粉的PL发光进行了表征。结果表明,氧化铝被保形地包覆在荧光粉颗粒表面。包覆大大提升了荧光粉在水中的稳定性。包覆一定厚度的氧化铝对发光性能有所提升并可以略微降低荧光粉的色温。

AlGaN合金的原子层沉积及其在量子点敏化太阳能电池的应用

本文探究了c面蓝宝石衬底上AlGaN三元合金的等离子增强原子层沉积生长,同时结合量子点敏化太阳能电池的制备,研究了AlGaN合金的作用.AlGaN三元合金在原子层沉积过程中,薄膜与衬底的界面以及带隙都与Al组分有关.高Al组分时,AlGaN合金薄膜与衬底之间有较好的界面,然而Al组分降低时,界面变得粗糙.原子层沉积制备的AlGaN合金具有较高的带隙,与薄膜内的氧含量有关.随后,将AlN/GaN循环比例为1∶1的AlGaN薄膜分别制备CdSe/AlGaN/ZnS和CdSe/ZnS/AlGaN结构电池并进行了量子点太阳能电池的制备和分析.结果发现,AlGaN对量子点和TiO2有修饰钝化作用,可以包裹和保护TiO2和CdSe量子点结构,从而避免了光生载流子的复合.这种修饰作用也体现在改善量子点太阳能电池的开路电压、短路电流、填充因子和光电转化效率方面,尝试从原子层沉积制备的AlGaN薄膜在改变载流子传输方面进行讨论.

原子层沉积技术及其创新运用

本文分析并总结了涉及原子层沉积(atomic layer deposition,ALD)技术基本原理的若干问题.介绍了等离子增强原子层沉积(plasma enhanced atomic layer deposition,PEALD)技术的优势及常见运用.相对于传统ALD系统,PEALD最大的特点在于其能够通过等离子体放电来活化前驱体源,提高对前驱体源,尤其是气态源的利用.利用PEALD这一特点可以增加传统ALD技术中可用氮源的种类.同时PEALD原位掺杂作为一种掺杂方法能够用于对光催化材料的掺杂改性,提高其光催化性能.此外,PEALD技术还适用于温度敏感材料和柔性材料上的薄膜沉积,可以获得更低的电阻率和更高的薄膜密度等.本文重点介绍了本课题组提出的PEALD原位掺杂技术及其对TiO2光催化剂的掺杂改性运用.最后对原位掺杂技术的研究方向和发展进行了展望.

蝶翅构型TiO2/等离子体纳米金复合体系全光谱二氧化碳光还原特性研究

以红珠灰蝶为生物模板,使用原子层沉积法构筑三维构型TiO_2光催化材料以增强其光捕获能力;使用种子生长法制备具有宽幅可见光波段吸收能力的等离子体共振金纳米棱结构,并将其负载于蝶翅构型TiO_2上以得到全光谱响应的复合光催化体系;采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、紫外-可见分光光度计、X射线衍射仪(XRD)等表征了所制备的样品;对样品进行了二氧化碳还原性能测试,结果表明在全光谱照射下,负载有金纳米棱的蝶翅构型TiO_2的二氧化碳光还原性能比无结构的提升了54%。

NH_(3)和N_(2)混合等离子体预处理对锗MOS器件性能的影响

对锗衬底进行NH 3和N 2混合等离子体(V(NH_(3))∶V(N_(2))=5∶1)原位预处理,其自然氧化层GeO_(x)反应生成GeO_(y)N_(z)。XPS结果显示,随着预处理时间的延长,GeO_(y)N_(z)厚度稍有增加。结构为500 nm Al/20 nm Ti/10 nm HfO_(2)/Ge的锗MOS电容样品,在1 V的偏压下,未经过原位等离子体预处理的样品的漏电流密度为10^(-4) A/cm^(2)量级,而120 s NH_(3)/N_(2)混合等离子体预处理后的样品的漏电流密度减小到10^(-5) A/cm 2量级;所有等离子体预处理样品的C-V曲线不存在明显的翘曲变形,表明样品的界面陷阱电荷密度较低;通过C-V曲线计算可得,NH_(3)/N_(2)混合等离子体预处理60 s后样品的等效电容约为17,小于理想HfO_(2)的介电常数值,说明预处理条件下仍有不可忽略的层间电容。与其他预处理方法相比,NH_(3)/N_(2)混合等离子体原位预处理锗衬底可以更加有效地提高锗衬底上原子层沉积HfO_(2)层间界面的质量,抑制Ge向HfO_(2)的扩散,对界面的陷阱电荷有重要的限制作用。在提高锗MOS器件的性能方面,NH_(3)和N_(2)混合等离子体原位预处理的方法在工业生产中更具有潜在优势。

原子层沉积铜薄膜研究进展

微电子领域中的铜互连工艺需要沉积一层连续且保形好的铜籽晶层,随着集成电路中特征尺寸的减小及沟槽深宽比的增加,传统的热沉积工艺难以满足其将来的制作要求。本文介绍了使用新的强还原剂前驱体沉积铜金属工艺的研究进展,重点综述了利用氢气等离子体辅助原子层沉积铜薄膜工艺的研究现状,概述了应用各类铜前驱体进行铜薄膜沉积的参数及所制备铜薄膜的性能,总结了各工艺的优缺点。

原子层沉积氮化钽薄膜的研究进展

在集成电路中,铜互连工艺需要沉积一层连续且保形性良好的铜阻挡层。氮化钽是一种过渡金属氮化物,由于其硬度高,导电性可控,对金属元素具有扩散阻挡的作用,在微电子工业领域中氮化钽是铜互连技术中研究最为广泛的扩散阻挡层材料。随着集成电路特征尺寸的减小及沟槽深宽比的增加,早期的物理气相沉积(PVD)工艺难以满足其未来的制作需求,因此原子层沉积(ALD)技术对制备超薄氮化钽阻挡层起着至关重要的作用。大部分ALD氮化钽薄膜的工艺优化主要集中在控制前驱体及还原气体的成分和工艺,以避免生成高阻态Ta 3N 5。这是由于器件关键尺寸的持续缩小会导致铜互连体积减小和阻挡层TaN在铜线中所占比例增加,而相比于铜阻挡层材料(TaN电阻率小于0.25 mΩ·cm;Ta 3N 5电阻率约为6Ω·cm),铜的电阻率(1.67μΩ·cm)极低,因此阻挡层在铜互连中所占比例增加必然导致互连线导电性减弱。同时,互连线导电性不好还会导致器件工作信号传输延迟和工作能耗增加,因此,铜阻挡层的厚度应尽量薄。此外,这层极薄的铜扩散阻挡层需要被连续沉积在器件的层间绝缘层(ILD)上,且阻挡层的薄膜不能有任何孔洞,而原子层沉积则是能够同时满足上述条件的薄膜制备技术。对于原子层沉积氮化钽,以钽卤化物或有机钽金属作为前驱体,采用原子层沉积工艺制备的薄膜已得到广泛研究。然而,这些前驱体在原子层沉积过程中会产生腐蚀性副产物,并不适合工业应用。此外,这些前驱体在室温下均为固体,可能导致设备及所沉积薄膜被颗粒污染。因此,学者们开发出醇盐基、酰胺基等金属有机前驱体用于薄膜的制备。研究表明,钽的醇盐类前驱体通常含有氧元素,会使原子层沉积的氮化钽有较高的氧残留;而使用酰胺基或酰亚胺基前驱体则可以制备出氧杂质含量较少的薄膜,但其热稳定性较差。本文综述了近年来原子层沉积氮化钽薄膜的研究进展,重点综述了热型原子层沉积和利用等离子体辅助原子层沉积氮化钽薄膜的研究结果及现状,详细介绍了不同前驱体以及不同工艺的沉积结果,总结了各工艺的优缺点,为氮化钽沉积工艺用于实际生产提供了借鉴。

原子层沉积技术发展概况

随着原子层沉积(ALD)工艺技术的不断创新和发展,不同的ALD工艺在各具发展优势的同时,也面临很多问题和挑战。介绍了ALD工艺的发展历程,包括热原子层沉积(T-ALD)、等离子体增强原子层沉积(PE-ALD)、空间原子层沉积(SALD)及在SALD基础上发展起来的Roll-toroll原子层沉积和大气压原子层沉积(a ALD)。分析表明,a ALD技术与等离子体技术的结合能够提高沉积速率、降低沉积温度并更利于实现大规模工业化生产,为ALD技术在纳米电子器件、光伏电池及柔性电子器件等领域中的应用提供了更多的契机。

原子层沉积技术发展概况

主要介绍了原子层沉积技术的历史背景、原理(包括两种自限制的反应机制、前驱体的要求与分类)以及原子层沉积本身作为一种涂层制备技术的特征和优势。重点叙述了近年来原子层沉积技术在设备和工艺方面的发展状况和最新研究成果。最后,对原子层沉积技术的发展与前景分别进行了总结和展望。