原子层沉积(ALD)系统通过分子层级的逐层沉积，实现纳米级薄膜的精准控制。其核心原理基于化学反应的“自限性”，通过交替引入两种或多种前驱体，在基材表面逐层构建薄膜。以下为实现纳米级薄膜精准控制的3大技术突破：
1. 自限制反应机制：原子级精度与均匀性的基石
ALD的核心在于自限制反应，每次沉积仅添加一个原子层。具体过程包括：
前驱体吸附：将含有目标元素的前驱体引入反应室，前驱体分子在基材表面发生化学吸附，形成单分子层。
吹扫：用惰性气体(如氮气或氩气)清除未吸附的前驱体和副产物，确保仅剩化学吸附的分子。
反应：引入第二种前驱体，与已吸附分子发生化学反应，生成所需的薄膜层，同时释放出气相副产物。
循环重复：通过重复上述步骤，逐层构建薄膜，确保每个循环的沉积厚度恒定。
这种自限制反应机制使得ALD能够在复杂的三维结构上实现均匀沉积，台阶覆盖能力(Step Coverage)超过95%，适用于高深宽比结构(如3D NAND存储器)的制造。
2. 工艺参数优化：提升沉积速率与薄膜质量
ALD的工艺参数(如温度、压力、前驱体脉冲时间等)对薄膜的生长速率和质量有显著影响。通过优化这些参数，可以实现高效量产与高质量薄膜的平衡。
温度控制：ALD通常在较低温度下进行(如50-350°C)，以避免高温对材料的损害。温度的精确控制可以确保前驱体的挥发性和反应速率，从而维持自限制反应的有效性。
前驱体选择与输送：前驱体的挥发性、热稳定性和反应性需足够高，且需与基材表面具有反应性。通过优化前驱体的输送系统(如蒸汽牵引、辅助载气等)，可以确保前驱体的均匀分布和适量供给。
脉冲时间与吹扫时间：前驱体脉冲时间和吹扫时间需精确控制，以确保反应和去除副产物。过短的脉冲时间或吹扫时间可能导致杂质掺入或CVD反应(即前驱体和共反应物分子在气相或表面发生反应)，影响薄膜的保形性和均匀性。
3. 新型ALD技术：拓展应用领域与提升效率
随着技术的不断发展，新型ALD技术不断涌现，进一步拓展了其应用领域并提升了沉积效率。
空间ALD(Spatial ALD)：通过分区控温设计，优化反应环境，避免局部过热导致反应失控。空间ALD可以在连续流动的系统中实现高效沉积，适用于大面积制造。
等离子体增强ALD(PEALD)：结合等离子体技术，增强前驱体的反应活性，使得某些原本不活泼的反应能够在较低温度下进行。PEALD在制备高质量薄膜、处理复杂结构和提高沉积速率方面具有显著优势。
粉末ALD：针对粉末材料的高比表面积和松散堆积特性，采用流化床或旋转床反应器，利用气体流动使粉末持续运动，增加颗粒间碰撞几率，减少阴影效应，确保沉积均匀性。
