view in publisher's site

Surface chemistry of atomic layer deposition: A case study for the trimethylaluminum/water process

ABSTRACTAtomic layer deposition (ALD), a chemical vapor deposition technique based on sequential self-terminating gas–solid reactions, has for about four decades been applied for manufacturing conformal inorganic material layers with thickness down to the nanometer range. Despite the numerous successful applications of material growth by ALD, many physicochemical processes that control ALD growth are not yet sufficiently understood. To increase understanding of ALD processes, overviews are needed not only of the existing ALD processes and their applications, but also of the knowledge of the surface chemistry of specific ALD processes. This work aims to start the overviews on specific ALD processes by reviewing the experimental information available on the surface chemistry of the trimethylaluminum/water process. This process is generally known as a rather ideal ALD process, and plenty of information is available on its surface chemistry. This in-depth summary of the surface chemistry of one representative ALD process aims also to provide a view on the current status of understanding the surface chemistry of ALD, in general. The review starts by describing the basic characteristics of ALD, discussing the history of ALD—including the question who made the first ALD experiments—and giving an overview of the two-reactant ALD processes investigated to date. Second, the basic concepts related to the surface chemistry of ALD are described from a generic viewpoint applicable to all ALD processes based on compound reactants. This description includes physicochemical requirements for self-terminating reactions, reaction kinetics, typical chemisorption mechanisms, factors causing saturation, reasons for growth of less than a monolayer per cycle, effect of the temperature and number of cycles on the growth per cycle (GPC), and the growth mode. A comparison is made of three models available for estimating the sterically allowed value of GPC in ALD. Third, the experimental information on the surface chemistry in the trimethylaluminum/water ALD process are reviewed using the concepts developed in the second part of this review. The results are reviewed critically, with an aim to combine the information obtained in different types of investigations, such as growth experiments on flat substrates and reaction chemistry investigation on high-surface-area materials. Although the surface chemistry of the trimethylaluminum/water ALD process is rather well understood, systematic investigations of the reaction kinetics and the growth mode on different substrates are still missing. The last part of the review is devoted to discussing issues which may hamper surface chemistry investigations of ALD, such as problematic historical assumptions, nonstandard terminology, and the effect of experimental conditions on the surface chemistry of ALD. I hope that this review can help the newcomer get acquainted with the exciting and challenging field of surface chemistry of ALD and can serve as a useful guide for the specialist towards the fifth decade of ALD research.

شیمی سطحی رسوب لایه اتمی: مطالعه موردی برای فرآیند تری متیل آلومینیوم / آب

چکیده: رسوب لایه شیمیایی (ALD)، یک روش رسوب بخار شیمیایی براساس واکنش‌های گاز - جامد خود پایانی متوالی، حدود چهار دهه است که برای ساخت لایه‌های مواد غیر آلی همدیس با ضخامت تا محدوده نانومتری به کار می‌رود. با وجود کاربردهای موفق متعدد رشد مواد توسط ALD، بسیاری از فرآیندهای فیزیکوشیمیایی که رشد ALD را کنترل می‌کنند هنوز به اندازه کافی درک نشده اند. برای افزایش درک فرآیندهای ALD، علاوه بر فرآیندهای ALD موجود و کاربردهای آن‌ها، به دیدگاه‌های بیش از حد نیاز است، بلکه به دانش شیمی سطح فرایندهای ALD خاص نیز نیاز است. هدف از این کار شروع مرور فرآیندهای ALD خاص با مرور اطلاعات تجربی موجود در شیمی سطح فرآیند تری متیل آلومینیوم / آب است. این فرآیند عموما به عنوان یک فرآیند ALD نسبتا ایده‌آل شناخته می‌شود و اطلاعات زیادی در شیمی سطح آن موجود است. هدف از این خلاصه عمیق شیمی سطح یک فرآیند ALD نماینده، فراهم کردن دیدگاهی در مورد وضعیت کنونی درک شیمی سطح ALD به طور کلی است. این بررسی با توصیف ویژگی‌های اساسی ALD، بحث در مورد تاریخچه ALD - از جمله سوالی که اولین آزمایش‌ها ALD را انجام داد - و ارائه یک نمای کلی از فرآیندهای ALD دو واکنش دهنده بررسی شده تا به امروز آغاز می‌شود. دوم، مفاهیم اساسی مربوط به شیمی سطح ALD از دیدگاه کلی قابل کاربرد برای تمام فرایندهای ALD براساس واکنش دهنده‌های ترکیبی توصیف می‌شوند. این توصیف شامل الزامات فیزیکوشیمیایی برای واکنش‌های خود پایانی، سینتیک واکنش، مکانیزم‌های جذب شیمیایی معمول، عوامل ایجاد کننده اشباع، دلایل رشد کم‌تر از یک تک لایه در هر چرخه، اثر دما و تعداد چرخه‌ها بر رشد در هر چرخه (GPC)، و حالت رشد است. یک مقایسه از سه مدل موجود برای تخمین مقدار مجاز فضایی GPC در ALD ساخته شده‌است. سوم، اطلاعات تجربی در مورد شیمی سطح در فرآیند تری متیل آلومینیوم / آب ALD با استفاده از مفاهیم توسعه‌یافته در بخش دوم این بررسی مرور می‌شوند. نتایج به صورت انتقادی مرور می‌شوند، با هدف ترکیب اطلاعات به‌دست‌آمده در انواع مختلف تحقیقات، مانند آزمایش‌ها رشد بر روی زیرلایه‌های تخت و بررسی شیمی واکنش بر روی مواد با سطح بالا. اگرچه شیمی سطح فرآیند ALD تری متیل آلومینیوم / آب به خوبی درک شده‌است، اما تحقیقات سیستماتیک سینتیک واکنش و حالت رشد بر روی بس‌ترهای مختلف هنوز وجود ندارد. آخرین بخش بررسی به بحث در مورد مسائلی اختصاص دارد که ممکن است تحقیقات شیمی سطح ALD را مختل کند، مانند فرضیات تاریخی مشکل‌ساز، اصطلاحات غیر استاندارد، و تاثیر شرایط تجربی بر شیمی سطح ALD. امیدوارم که این بررسی بتواند به تازه واردین کمک کند تا با رشته هیجان‌انگیز و چالش برانگیز شیمی سطحی ALD آشنا شوند و بتواند به عنوان یک راهنمای مفید برای متخصص در دهه پنجم تحقیقات ALD عمل کند.
ترجمه شده با


پر ارجاع‌ترین مقالات مرتبط:

  • مقاله General Physics and Astronomy
  • ترجمه مقاله General Physics and Astronomy
  • مقاله فیزیک و ستاره‌شناسی عمومی
  • ترجمه مقاله فیزیک و ستاره‌شناسی عمومی
سفارش ترجمه مقاله و کتاب - شروع کنید

با استفاده از افزونه دانلود فایرفاکس چکیده مقالات به صورت خودکار تشخیص داده شده و دکمه دانلود فری‌پیپر در صفحه چکیده نمایش داده می شود.