原子层沉积的研究

原子层沉积（ALD）的自限制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。