原子层沉积（ALD）是一种能够从气相中沉积各种薄膜材料的技术。原子层沉积在新兴的半导体和能源转换技术中显示出巨大的前景、�/p>

基于连续的自限性反应，ALD在高纵横比结构上提供了出色的保形性，在埃级的厚度控制和可调的薄膜成分上提供了出色的保形性。凭借这些优势，原子层沉积已成为许多工业和研究应用的强大工具、�/p>

在这篇综述中，介绍了原子层沉积，并重点介绍了部分应用，包括Cu（In，Ga）Se2太阳能电池器件、高介电常数晶体管和固体氧化物燃料电池。选择这些例子是为了说明受ALD影响的各种技术，ALD可以沉积的材料范�?nbsp;- 从金属氧化物如Zn1−xSnxOy，ZrO2，Y2O3，到贵金属如Pt，以及ALD的独特功能如何实现新的性能水平和更深入的基本理解、�/p>

随着器件要求向更小、空间要求更高的结构发展，ALD因其保形性以及对材料厚度和成分的控制，显示出相对于化学气相沉积（CVD）和各种物理气相沉积（PVD）技术）的潜在优�?这些理想的特性源于原子层沉积工艺的循环性、自饱和性、�br style="-webkit-tap-highlight-color: transparent;padding: 0px;outline: 0px;max-width: 100%;box-sizing: border-box !important;overflow-wrap: break-word !important;visibility: visible"/>

原子层沉积的主要优点都来自沉积过程的顺序、自饱和、气面反应控制。首先，沉积酒精沉积薄膜的保形性通常是选择原子层沉积而不是竞争的关键因素沉积技术如CVD或溅射。高纵横比和三维结构材料的保形性是通过其自限特性实现的，该特性将表面的反应限制在不超过一层前驱体。在足够的前驱体脉冲时间下，前驱体可以分散到深沟中，从而与整个表面完全反应。随后的循环允许在高纵横比结构上均匀生长，而CVD 和PVD 可能分别由于较快的表面反应和阴影效应而出现不均匀性、�/p>

原子层沉积的另一个突出优点是成分控制。使用氧化锌�?nbsp;（ZTO�?nbsp;等材料已证明可以控制成分SrTiO3等等，这些薄膜可以通过定制 ALD“超级循环”来沉积和成分控制，这些循环由多�?nbsp;ALD 工艺组成、�/p>

例如，在ZTO沉积中，调整SnOx和ZnO的超循环比可以定制不同的传导行为和光学特性的电影.在沉积SrTiO3 时，TiO2和SrCO3 的ALD 工艺�?nbsp;1�? 的比例在超级循环中交替进行，在退火后产生化学计量的SrTiO3 薄膜、�/p>

虽然原子层沉积具有许多有前途的特性，但它也存在沉积速率缓慢的问题。由于脉冲和吹扫前驱体涉及的较长循环时间以及沉积的逐层性质，大多数ALD 速率约为100�?00 nm/h,.然而，这个速率很大程度上取决于反应器设计和基板的纵横比。随着原子层沉积反应器的表面积和体积的增加，脉冲和吹扫所需的时间也会增加。高纵横比基板还需要更长的脉冲和吹扫时间，以允许前驱体气体分散到沟槽和其他三维特征中。为了解决这一缺点，空间原子层沉积已成为一种很有前途的技术，可以显著提高吞吐量。空间原子层沉积的工作原理是消除传统的脉�?吹扫室，取而代之的是空间分辨的磁头，该磁头根据位置将基板暴露在特定的气体前驱体中、�/p>

在一种设计中，当头部在基材周围平移时，它会改变暴露的前体，导致薄膜生长。或者，空间原子层沉积也被证明，其中基板移动过固定的前驱体喷嘴，这些喷嘴的排列方式使得通过它们，实现前驱体循环并生长薄膜。总体而言，使用空间原子层沉积技术，沉积速率约为3600 nm/h 是可能的、�/p>

微电子领域的原子层沉积：高介电常数电介质

微电子行业是最大的采用者之一原子层沉积，随着工业界向使用高介电常数过渡介质对于微电子器件中的晶体管栅极堆栈，ALD变得越来越重要。高 k栅极氧化物需要在硅上高度均匀且无针孔，以防止漏电流通过栅极氧化物。为了解决氧化物厚度减少的挑战，英特尔于2007 年将ALD 引入其量产线.这是他们能够�?nbsp;65 nm 节点技术发展到45 nm 节点技术而不制造出明显更高的晶体管的关键原因功�?这氧化层他们使用的由一堆层组成：一�?nbsp;SiON界面层电钝化如果表面，一种高 k HfO2 基氧化物，具有k-值在20左右，并有盖层来匹配浇口金属的工作功�?不久之后，半导体行业的其他主要参与者纷纷效仿，开始使用原子层沉积层沉积高介电常数的原子层沉积.

随着器件的不断缩小，部分原因是ALD栅极氧化物减小了等效栅极氧化物的厚度，对块状硅晶体的新限制迫使该行业寻找其他更激进的替代传统晶体管概念的替代品。在他们的最新技术中�?2 nm 节点，英特尔将一种称为三门的结构引入生产，这�?nbsp;Fin 的变体场效应晶体管（FinFET）结构。而不是使用传统的平面通道、�/p>

传统的平面MOSFET设计导致反转的表面沟道，以及FinFET或三栅极设计，其中从三个侧面被栅极氧化物覆盖的Si翅片与周围的栅极氧化物反转，从而与相同栅极电压的平面设计相比，增加了总倒置体积、�/p>

在这种三栅极设计中，从表面突出的高纵横比翅片需要覆盖具有很好的成分和厚度均匀性的栅极氧化物，并且没有针孔，这是为ALD量身定制的任务。暗示ALD是未来电子发展的重要工具、�/p>

光伏中的原子层沉积：Cu（In，Ga）Se2薄膜太阳能电池中的缓冲层

原子层沉积在光伏器件中的应用非常广泛.ALD沉积的材料用作后触点钝化层在有机太阳能电池作为调整电极工作功能的一种手段和染料敏化太阳能电池作为防止重组的屏障.此外，ALD 可用于创建透明导电氧化物对于上面列出的太阳能电池技术、�/p>

精确控制的能力组成ALD的三种或三种以上元素的化合物在以下方面非常有用光电材料，例如光伏因为它使一种能够可控地改变带隙、密度、电导率、能带水平和形态等特性的方法。这方面的一个例子是ALD生长的Zn1−xSnxOy化合物，其中导带水平和价带水平是通过Kapilashrami发现的等.随着成分从ZnO �?nbsp;SnOy 的变化而变化、�/p>

ALD生长的Zn1−xSnxOy的能带能级是x的函数。结合使用X射线发射光谱和X射线吸收光谱。需要微调成分并进而调整导带和价带位置的一种应用是Cu（In，Ga）Se2（CIGS�?nbsp;薄膜太阳能电池。由于CIGS是p型沉积的，因此在CIGS太阳能电池中引入不同半导体的n型层以形成电pn结，直接沉积在CIGS顶部的n型层被定义为缓冲层。由于它形成了pn结，因此该缓冲层的电性能至关重要、�/p>

从历史上看，对CIGS缓冲层进行了广泛的研究，但二元体系ZnO是第一个由ALD沉积的CIGS缓冲�?ZnO的性能不足，主要是由于不利的CBO导致的高复合。这导致了三元原子层沉积化合物体系的发展，如Zn（O，S）和 （Zn，Mg）O，其中可以改变ZnO的性质，从而获得更有利的CBO。这两种都是酒精含量分析（ALD）生长的三元化合物后来被证明是CIGS太阳能电池的优秀缓冲层候选者，每个生产器件都具有电源转换效率超�?nbsp;18%，与使用CdS 的相应参考器件相当或更好。同时，ALD生长的二元化合物In2S3表现出优异的性能，创造了转换效率超过16%的CIGS太阳能电�?最近，对将ALD 用于CIGS 缓冲层的兴趣有所增加，以改善和理解上述系统以及用于开发新材料组合的系统，例如 Zn1−xSnxOy�?nbsp;ZnInS.

随着器件变得越来越小，结构越来越复杂，对可控和保形薄膜的需求从未如此之大。ALD具有连续的自限性反应，能够以最有效的方法之一满足这些要求。CVD �?nbsp;PVD 等类似技术无法始终在埃级提供相同水平的均匀性、保形性和厚度控制。由于ALD的优势，ALD工艺已经开发用于各种材料，从金属到金属氧化物再到复杂的三元材料，使ALD能够被纳入工业程序、�/p>

在这篇文章中，我们介绍了ALD的许多优点，如保形性、厚度控制和成分控制，以及ALD的广泛应用。这些应用包括不同的技术，例如能源转换行业（光伏、燃料电池）和半导体行业（高介电常数晶体管）。在CIGS太阳能电池器件中，ALD已被用于沉积Zn1−xSnxOy缓冲层的保形薄膜、�/p>

随着这些器件的不断发展，一个普遍的新兴趋势是从传统的二维平面器件向高度有序的三维结构转变，通常是为了最大化表面积和密度以提高器件效率。随着研究人员不断突破这些更小的复杂结构，对精确沉积技术的需求从未如此之高，这为原子层沉积在进一步的器件开发中发挥不可或缺的作用奠定了基础、�/p>

随着空间ALD等新技术的出现，可以加快沉积速度，以及市售的ALD反应器，随着更多材料系统的开发，ALD在制造中的存在将继续增加、�/p>