原子层沉积的温度窗口以及SALD加热方式简述
无论是TALD还是SALD，温度都会影响原子层沉积的薄膜质量及薄膜制备效率。虽然这两种原子层沉积反应在前驱体隔离方式和设备结构方面很大的差异，但是它们的基底反应温度必须在ALD温度窗口内。上图为ALD反应温度窗口示意图。从下图中可以看出，当反应温度过低时，不能为反应物提供充足的能量导致反应不完全，而且还会导致前驱体冷凝在基底表面和管路上；当反应温度过高时，会导致前驱体发生热分解，而且过高的温度也会导致制备的薄膜脱吸附。只有在温度窗口中薄膜生长速率才能保持基本不变，ALD反应才可控。因此，在进行薄膜沉积时，需要将基底的温度控制在温度窗口内，并且需要减小其温度波动，提高温度均匀性，从而提高薄膜质量。以使用空间隔离原子层沉积系统沉积氧化铝薄膜为例，文献中报道，当基底表面的温度波动较小时，薄膜微观形貌质量得以提高。此外，基底的温度均匀性越高，沉积的薄膜厚度越均匀、质量越好。因此控制基底温度的稳定性和均匀性至关重要。
辐射加热方式
辐射式加热可在平面型基底上进行沉积反应，也可以在复杂表面基底进行沉积反应。在进行ALD反应时，基底通过夹持器固定在反应腔体中，不与反应腔体直接接触，高温壁面通过热辐射的方式对基底进行加热，因此非常适用于复杂表面的基底。对于这种加热方式，热量主要由热辐射的方式进行传递，因此基底各部分的温度均匀性较好，这对于大面积基底至关重要。下图为Picosun公司研发原子层沉积设备，其采用辐射加热的方式，可用于沉积4英寸、6英寸和8英寸的基底。在腔体的内部壁面设有加热器，基底放置于腔体中央，进行ALD反应时，加热器的热量通过热辐射的方式传递给基底，同时其腔体的内壁也可以将热量反射到基底上，使基底的温度维持在反应窗口内。
SALD设备的加热方式在SALD反应中，克服了通过时间隔离来清洗残余物质的限制，缩短了反应周期，提高了反应速率。并且，通过提高基底的运动速度可以进一步提高反应速率，通过扩展多个反应模块可以实现在大面积基底上的沉积，通过控制基底在不同的前驱体区域之间穿梭的次数可以精确控制薄膜厚度。此外，SALD可以实现在常压下的沉积反应，摆脱了真空条件的限制，有利于降低薄膜制备成本，实现薄膜的高效率、低成本、批量化制备。
TALD多在真空腔体中沉积薄膜，真空腔体使得外界环境对基底温度的影响有限。而SALD大多在常压下的开放体系中进行反应，外界条件对于反应的温度影响比时间隔离原子层沉积更大；并且在反应过程中，基底会与前驱体喷头之间发生相对运动，基底会受到运动伴随的气流等因素影响，其热传递过程会更加复杂。目前已存在的SALD设备基底大都采用整体式加热方案，但是由于腔体设计、基底材料及形态的差异，各设备的加热又有些不同。下图为TNO的旋转式SALD设备，其基底和喷头是采用旋转相对运动，提高相对旋转的速度可以缩短反应周期，提高薄膜制备效率。加热方面，该设备将喷头与基底部分整体放置于对流炉中实现对基底的加热。进行SALD反应时，将基底放置于加热器上并随着运动机构进行往复运动，热量通过热传导的方式从加热器传递到基底上。这种设备是在常压开放体系中进行薄膜制备的，外界因素会在很大程度上影响基底的温度稳定性和均匀性。
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