原子层外延

原子层外延法是将参与反应的元素蒸气源或化合物蒸气源依次分别导入生长室，使其交替在衬底表面淀积成膜（Atom Layer Deposition，ALD），又被称为“数字外延”，ALD是以单原子层为单位进行的外延生长。它有较高的重复性，可以由循环次数精确地知道生长厚度。

原子层外延原子

原子是一种元素能保持其化学性质的最小单位。一个正原子包含有一个致密的原子核及若干围绕在原子核周围带负电的电子。而负原子的原子核带负电，周围的负电子带正电。正原子的原子核由带正电的质子和电中性的中子组成。负原子原子核中的反质子带负电，从而使负原子的原子核带负电。当质子数与电子数相同时，这个原子就是电中性的；否则，就是带有正电荷或者负电荷的离子。根据质子和中子数量的不同，原子的类型也不同：质子数决定了该原子属于哪一种元素，而中子数则确定了该原子是此元素的哪一个同位素。原子构成分子而分子组成物质中同种电荷相互排斥，不同种电荷相互吸引。

原子层外延原子层外延简介

原子层外延法（Atom Layer Deposition (ALD)）或分子层外延法（Molecular layer epitaxy，MLE），又被称为“数字外延”，它是将参与反应的元素蒸气源或化合物蒸气源依次分别导入生长室，使其交替在衬底表面淀积成膜，具有以原子层为单位的厚度可控性、原子尺度的平坦度、大面积及低温生长等特点，是其他生长方法不具备的。原子层外延的基础是利用了原子在外延表面上物理吸附与化学吸附的区别，使得能精确控制得到单层外延生长。

ALE（atomic layer epitaxy）它是以单原子层为单位进行的外延生长，可以较精确的控制外延层厚度和异质结界面，是制作超晶格、量子阱等低维结构的化合物薄膜材料较好的生长方法。

原子层外延原理

这里以砷化镓（GaAs）为例，说明原子层外延技术原理。

ALE的基本特点是交替供应两种源气体，使反应物在衬底表面形成化学吸附的单层，再通过化学反应使另一种反应物源也单层覆盖，如此交替。

当每一步表面覆盖层精确为一层时，生长厚度才等于单层厚度乘上循环数。在GaAs（100）方向上一次循环所得到的生长厚度为0.283nm。

主要实现方式是旋转衬底，使之依次通过嫁源区、氢气区、砷源区、氢气区。

原子层外延优缺点

原子层外延优点

由生长原理可以知道，ALE的方法是通过反应物与衬底之间的表面吸附进行反应的。当反应物与衬底经过充分长的时间进行反应吸附后，即使再供应此种反应物，也不会出现晶体生长。因此决定生长厚度的参数是ALE的循环次数，因此ALE也被称为“数字外延”。

数字外延有较高的重复性，可以由循环次数精确地知道生长厚度。对于数字外延来说，由于它是化学吸附的单层反应物的逐层生长，此模式与气流分布、温度均匀性等关系不大，不需要特别注意边界层厚度、衬底附近的温度分布等参数。只要衬底表面完全吸附了一层反应物，则厚度的高度均匀性就必然会达到，会得到高质量的镜面表面，消除由于表面的势能不同，造成的生长表面产生的不均匀性。

原子层外延缺点

ALE生长方式的主要缺点是生长速率慢，循环时间长。试验时间大都在每个循环10 s左右。当然也有很多人采用很多办法来降低循环时间，提高生长速度，比如进行光照，但还是较慢。