目錄
第二版前言
第1章 原子層沉積技術(shù)概述
1.1 原子層沉積技術(shù)誕生與發(fā)展 1
1.2 原子層沉積技術(shù)現(xiàn)狀與應(yīng)用 11
1.3 原子層沉積技術(shù)挑戰(zhàn)與展望 14
參考文獻 15
第2章 原子層沉積原理
2.1 原子層沉積基本原理 23
2.1.1 原子層沉積系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 23
2.1.2 原子層沉積中的表面化學(xué)特性 24
2.1.3 影響原子層沉積速度的因素 30
2.2 原子層沉積的特點 38
2.2.1 原子層沉積的特點、優(yōu)勢與局限 38
2.2.2 原子層沉積的一致性與重復(fù)性 40
2.3 原子層沉積分類 52
2.3.1 原子層沉積反應(yīng)室 52
2.3.2 空間原子層沉積 54
2.3.3 電化學(xué)原子層沉積 55
2.4 原子層沉積中的原位表征與監(jiān)控 56
參考文獻 63
第3章 原子層沉積設(shè)備
3.1 原子層沉積設(shè)備概述 68
3.2 原子層沉積反應(yīng)器的主要類型 70
3.2.1 熱壁反應(yīng)器 71
3.2.2 冷壁反應(yīng)器 74
3.3 原子層沉積工業(yè)化設(shè)備的進展 77
3.3.1 先進半導(dǎo)體芯片加工設(shè)備 77
3.3.2 光伏高效電池加工設(shè)備 81
3.4 總結(jié)與展望 84
參考文獻 85
第4章 原子層沉積前驅(qū)體 87
4.1 原子層沉積前驅(qū)體要求 87
4.2 原子層沉積前驅(qū)體種類 88
4.3 原子層沉積前驅(qū)體特點及其應(yīng)用 90
4.3.1 金屬類前驅(qū)體 90
4.3.2 非金屬類前驅(qū)體 102
4.4 原子層沉積前驅(qū)體設(shè)計與理論計算 104
4.4.1 金屬與配體的配鍵強度 104
4.4.2 前驅(qū)體熱穩(wěn)定性 105
4.4.3 前驅(qū)體水解活性 105
4.4.4 前驅(qū)體設(shè)計篩選流程 107
4.4.5 基于ALD反應(yīng)機理的前驅(qū)體設(shè)計 108
參考文獻 111
第5章 原子層沉積材料與生長機理 119
5.1 引言 119
5.2 原子層沉積氧化物 120
5.2.1 H2O作為氧源 121
5.2.2 活性氧作為氧源 122
5.2.3 H2O2作為氧源 124
5.2.4 醇鹽作為氧源 124
5.3 原子層沉積氮化物 125
5.3.1 熱ALD制備氮化物 125
5.3.2 PEALD制備氮化物 127
5.4 原子層沉積半導(dǎo)體 129
5.4.1 元素半導(dǎo)體 129
5.4.2 III-V族半導(dǎo)體 130
5.4.3 Ⅱ-Ⅵ族半導(dǎo)體 132
5.5 原子層沉積金屬 133
5.5.1 貴金屬 133
5.5.2 過渡金屬 136
5.5.3 活潑金屬 140
5.5.4 原子層沉積金屬面臨的挑戰(zhàn) 141
5.6 原子層沉積其他材料 142
5.6.1 二維材料 142
5.6.2 原子層沉積金屬氟化物 146
參考文獻 149
第6章 原子層沉積理論計算與模擬 157
6.1 理論計算與模擬方法簡介 157
6.1.1 量子力學(xué)方法 157
6.1.2 分子力學(xué)方法 161
6.1.3 分子動力學(xué)模擬 161
6.1.4 蒙特卡羅模擬 162
6.2 原子層沉積反應(yīng)機理的理論計算 163
6.2.1 SiO2ALD的反應(yīng)機理 163
6.2.2 Al2O3ALD的反應(yīng)機理 170
6.2.3 HfO2ALD的反應(yīng)機理 172
6.3 原子層沉積的生長過程模擬 174
6.3.1 動力學(xué)蒙特卡羅方法 174
6.3.2 蒙特卡羅與分子動力學(xué)組合方法 175
6.3.3 機器學(xué)習(xí)勢分子動力學(xué)方法 177
6.4 挑戰(zhàn)與展望 178
參考文獻 179
第7章 等離子體增強原子層沉積技術(shù)及其應(yīng)用 185
7.1 等離子體增強原子層沉積原理 186
7.1.1 等離子體增強原子層沉積基本原理 186
7.1.2 等離子體的性質(zhì) 187
7.2 等離子體增強原子層沉積的設(shè)備 189
7.2.1 自由基增強原子層沉積 190
7.2.2 直接等離子體原子層沉積 190
7.2.3 遠程等離子體原子層沉積 191
7.2.4 空心陰極等離子體原子層沉積 191
7.3 等離子體增強原子層沉積的特點 192
7.3.1 降低沉積溫度 192
7.3.2 拓寬前驅(qū)體、生長薄膜材料和襯底的種類 193
7.3.3 提高沉積速率 193
7.3.4 改進薄膜性能 195
7.3.5 多功能化 196
7.3.6 局限 196
7.4 等離子體增強原子層沉積生長的材料與工藝 198
7.4.1 金屬 199
7.4.2 氧化物 199
7.4.3 SiO2與 SiNx 200
7.4.4 氮化物 200
7.4.5 其他材料 201
7.5 等離子體增強原子層沉積的應(yīng)用 201
7.5.1 銅互連的擴散阻擋層 201
7.5.2 高介電常數(shù)材料 203
7.5.3 等離子體質(zhì)位處理 205
7.5.4 低溫（室溫）沉積 206
7.5.5 其他應(yīng)用 208
7.6 展望與挑戰(zhàn) 209
參考文獻 209
第8章 分子層沉積及其應(yīng)用 217
8.1 分子層沉積概述 217
8.2 分子層沉積材料及其表面化學(xué) 220
8.2.1 有機聚合物 220
8.2.2 有機－無機雜化物 225
8.2.3 金屬有機骨架材料 240
8.2.4 有機-無機雜化介孔薄膜 244
8.3 分子層沉積應(yīng)用 247
8.3.1 有機聚合物 248
8.3.2 有機-無機雜化材料 252
8.3.3 金屬有機骨架材料 262
8.3.4 有機-無機雜化介孔薄膜 265
8.4 挑戰(zhàn)與展望 269
參考文獻 269
第9章 原子層沉積在微電子領(lǐng)域的應(yīng)用 276
9.1 引言 276
9.2 邏輯器件 277
9.2.1 Si基MOSFET器件 277
9.2.2 Ge基MOSFET器件 279
9.2.3 III-V族MOSFET器件 282
9.2.4 碳納米管和二維半導(dǎo)體FET器件 285
9.3 存儲器件與類神經(jīng)突觸器件 290
9.3.1 動態(tài)隨機存儲器 291
9.3.2 電荷俘獲型存儲器 294
9.3.3 相變存儲器 300
9.3.4 阻變存儲器 303
9.3.5 鐵電隨機存儲器 306
9.3.6 磁記錄存儲材料 309
9.3.7 類神經(jīng)突觸的憶阻器 313
9.4 其他應(yīng)用 321
9.4.1 金屬互連、阻擋層和籽晶層 321
9.4.2 高密度MIM/MOM電容 322
9.5 小結(jié) 324
參考文獻 324
10.1 原子層沉積在納米圖形制備中的應(yīng)用 331
10.1.1 選區(qū)原子層沉積 331
10.1.2 自對準原子層沉積 341
10.1.3 間隔層限制的雙重圖形技術(shù) 342
10.1.4 ALD輔助的嵌段共聚物光刻 344
10.2 原子層沉積在納米結(jié)構(gòu)制備中的應(yīng)用 346
10.2.1 模板輔助的納米結(jié)構(gòu)的制備 346
10.2.2 催化輔助的納米結(jié)構(gòu)的制備 348
10.3 原子層沉積在表面、界面工程中的應(yīng)用 349
10.3.1 表面工程 350
10.3.2 界面工程 353
10.4 原子層沉積在納米器件中的應(yīng)用 358
10.4.1 微納機電系統(tǒng) 358
10.4.2 納流體器件 360
10.4.3 單分子傳感器件 362
10.4.4 磁隧道結(jié)器件 362
10.4.5 氣敏傳感器 363
參考文獻 366
第11章 原子層沉積在光學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用 373
11.1 引言 373
11.2 傳統(tǒng)光學(xué)器件 373
11.3 新型光學(xué)器件 377
11.3.1 光子晶體 377
11.3.2 表面等離激元 380
11.3.3 光學(xué)微腔 385
11.3.4 其他光學(xué)器件 387
11.4 透明導(dǎo)電電極 389
11.4.1 原子層沉積制備透明導(dǎo)電氧化物薄膜 389
11.4.2 ALD穩(wěn)定金屬基透明電極 391
11.4.3 應(yīng)用舉例 392
11.5 傳感與探測器件 394
11.5.1 光電探測器 394
11.5.2 光纖傳感 400
11.6 發(fā)光顯示 406
11.6.1 發(fā)光材料制備 406
11.6.2 表面修飾 408
11.7 機遇與挑戰(zhàn) 411
參考文獻 412
第12章 原子層沉積技術(shù)在能源領(lǐng)域的應(yīng)用 420
12.1 引言 420
12.2 原子層沉積技術(shù)在鋰離子電池領(lǐng)域的應(yīng)用 420
12.2.1 鋰離子電池的簡介 420
12.2.2 鋰離子電池材料的ALD合成 422
12.2.3 三維全國態(tài)鋰電池的ALD制備 427
12.2.4 電極材料的表面修飾 429
12.2.5 ALD抑制鋰金屬枝晶 434
12.2.6 小結(jié) 440
12.3 原子層沉積技術(shù)在大陽能電池領(lǐng)域的應(yīng)用 441
12.3.1 納米結(jié)構(gòu)光電極的ALD制備 441
12.3.2 基于ALD的電極表面鈍化 444
12.3.3 基于ALD的電極表面鈍化 446
12.3.4 基于ALD的能帶調(diào)控 448
12.3.5 ALD在鈣鈦礦太陽能電池中的應(yīng)用 449
12.3.6 小結(jié) 451
12.4 其他應(yīng)用 452
12.4.1 ALD技術(shù)在超級電容器領(lǐng)域的應(yīng)用 452
12.4.2 ALD技術(shù)在燃料電池領(lǐng)域的應(yīng)用 456
12.4.3 ALD技術(shù)在光電化學(xué)分解水領(lǐng)域的應(yīng)用 460
12.4.4 ALD技術(shù)在大陽能光熱轉(zhuǎn)化領(lǐng)域的應(yīng)用 465
12.5 展望與挑戰(zhàn) 467
參考文獻 467
13.2.1 靜態(tài)顆粒上的原子層沉積 479
13.2.2 流化床原子層沉積 480
13.2.3 旋轉(zhuǎn)式原子層沉積 484
13.2.4 高深寬比結(jié)構(gòu)的原子層沉積 486
13.3 負載型金屬催化劑的ALD 合成及其應(yīng)用 489
13.3.1 負載型金屬催化劑的ALD 合成 489
13.3.2 負載型金屬催化劑的穩(wěn)定化 494
13.3.3 應(yīng)用舉例 495
13.4 氧化物催化劑的ALD合成及其應(yīng)用 497
13.4.1 氧化物催化劑的ALD合成 497
13.4.2 應(yīng)用舉例 500
13.5 單原子催化劑的ALD合成及其應(yīng)用 503
13.5.1 單原子催化劑及其ALD合成、應(yīng)用的概述 504
13.5.2 單原子催化劑的ALD制備、表征與應(yīng)用舉例 507
13.5.3 基于ALD的單原子催化劑的展望與挑戰(zhàn) 514
參考文獻 515
第14章 原子層沉積在含能材料領(lǐng)域的應(yīng)用 520
14.1 引言 520
14.2 原子層沉積技術(shù)在可控合成亞穩(wěn)態(tài)分子間復(fù)合物方面的應(yīng)用 521
14.2.1 雙組分亞穩(wěn)態(tài)分子間復(fù)合物 521
14.2.2 多組分亞穩(wěn)態(tài)分子間復(fù)合物 527
14.3 原子層沉積技術(shù)在提升含能材料安全性方面的應(yīng)用 529
14.3.1 高能固體燃料 529
14.3.2 高能炸藥 533
14.4 原子層沉積技術(shù)在改善含能材料穩(wěn)定性方面的應(yīng)用 535
14.4.1 高能固體燃料 535
14.4.2 高能氧化劑 540
14.5 原子層沉積技術(shù)在精準構(gòu)建燃燒催化劑方面的應(yīng)用 541
14.5.1 高氯酸銨復(fù)合型燃燒催化劑 542
14.5.2 負載型金屬氧化物燃燒催化劑 543
參考文獻 548
第15章 原子層沉積在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用 551
15.1 引言 551
15.2 基于生物模板和仿生的原子層沉積 551
15.2.1 蛋白質(zhì)基納米結(jié)構(gòu) 552
15.2.2 肽聚集體 553
15.2.3 天然纖維 554
15.2.4 圖案型生物材料 556
15.2.5 生物礦化結(jié)構(gòu) 559
15.3 基于聚合物的原子層沉積 559
15.3.1 聚合物基體上原子層沉積反應(yīng)機理 560
15.3.2 原子層沉積在聚合物基體上的應(yīng)用 564
15.4 生物相容性涂層原子層沉積及其應(yīng)用 566
15.4.1 ALD生長生物相容性涂層 566
15.4.2 植入支架方面的應(yīng)用 568
15.4.3 牙科材料方面的應(yīng)用 571
15.5 原子層沉積薄膜在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的其他應(yīng)用 573
15.5.1 生物傳感器 573
15.5.2 生物檢測 575
15.5.3 生物電子器件 575
參考文獻 576
第16章 原子層沉積在其他領(lǐng)域的應(yīng)用 581
16.1 引言 581
16.2 原子層沉積在封裝領(lǐng)域的應(yīng)用 581
16.2.1 有機發(fā)光二極管的封裝 583
16.2.2 有機鈣鈦礦太陽能電池的封裝 590
16.3 原子層沉積在金屬防腐保護領(lǐng)域的應(yīng)用 591
16.4 原子層沉積在分離膜領(lǐng)域的應(yīng)用 596
16.5 小結(jié) 600
參考文獻 600
17.2 原子層刻蝕原理 606
17.2.1 基本原理 606
17.2.2 等離子體原子層刻蝕原理 608
17.2.3 熱原子層刻蝕原理 612
17.2.4 原子層刻蝕的特點 619
17.3 原子層刻蝕材料 621
17.3.1 等離子體原子層刻蝕材料 621
17.3.2 熱原子層刻蝕材料 626
17.4 原子層刻蝕的應(yīng)用 629
17.5 展望與挑戰(zhàn) 631
參考文獻 632