薄膜封裝，等離子體技術(shù)，原子層沉積，化學(xué)氣相沉積
薄膜封裝
薄膜封裝概念
薄膜真空沉積的一個(gè)很重要的技術(shù)應(yīng)用就是薄膜封裝。人們對(duì)薄膜封裝最簡(jiǎn)單的認(rèn)識(shí)就是日常生活中最常見的保鮮膜，水氧滲透率大約是1-10 g/m2/day。先進(jìn)薄膜封裝，通過真空沉積一層或多層厚度在納米或微米尺度的薄膜，大幅減少本體與外界環(huán)境之間的物質(zhì)交換，達(dá)到保護(hù)本體或外界環(huán)境的功能，一般來說水氧滲透率小于0.1 g/m2/day。
化學(xué)沉積，包括CVD和ALD，在這個(gè)方向具有非常大的應(yīng)用價(jià)值，對(duì)應(yīng)的終端產(chǎn)品包括OLED顯示/照明、量子點(diǎn)顯示、光伏、射頻/功率器件、MEMS、miniLED、microLED、PCB、醫(yī)療器械等。

原子層沉積
原子層沉積概念
原子層沉積（Atomic layer deposition，簡(jiǎn)稱ALD），通過前驅(qū)體A與基體表面的飽和化學(xué)吸附和反應(yīng)生成第一層原子層，然后通過吹掃排除剩余前驅(qū)體A，之后通入前驅(qū)體B再次飽和化學(xué)吸附到基體表面，并與前驅(qū)體A發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成另一層預(yù)沉積物質(zhì)，其副產(chǎn)品與多余前驅(qū)體B通過吹掃排出。此過程依次循環(huán)反復(fù)獲得沉積薄膜，并通過反應(yīng)循環(huán)次數(shù)精確控制膜厚。
以Al2O3制備原理進(jìn)行說明
（ALD）原子層沉積技術(shù)，能夠以原子層與層的形式進(jìn)行薄膜生長(zhǎng)。以水和三甲基鋁（TMA）前驅(qū)體沉積Al2O3闡述ALD原理。
使用水和TMA沉積Al2O3的化學(xué)機(jī)理如圖1中的5個(gè)步驟所示。

步驟1：將樣品放置暴露于空氣、氧氣或者臭氧中（圖1A）。
步驟2：通入TMA前驅(qū)體；TMA將于表面的OH基團(tuán)反應(yīng)。TMA不會(huì)與自身發(fā)生反應(yīng)，并且在表面生成單一層。（圖1B，1C）
步驟3：通過抽真空或者N2沖洗的方式去除未反應(yīng)的TMA分子。
步驟4：通入水蒸氣到反應(yīng)裝置。移除CH3基團(tuán)，建立Al-O-Al結(jié)構(gòu)，并與Al-OH。生成CH4（甲烷）氣態(tài)副產(chǎn)物。（圖1E，1F）
步驟5：通過抽真空或者N2沖洗的方式去除未反應(yīng)的H2O和CH4分子（圖1G）。
步驟1至5為一個(gè)周期。在特定溫度條件下，每個(gè)周期最多能夠生成1.1?的Al2O3，即100個(gè)周期能夠生成11nm的Al2O3。
原子層沉積ALD的應(yīng)用包括：

1. High-K介電材料 (Al2O3, HfO2, ZrO2, PrAlO, Ta2O5, La2O3)；
   

2. 導(dǎo)電門電極 (Ir, Pt, Ru, TiN)；
   

3. 金屬互聯(lián)結(jié)構(gòu) (Cu, WN, TaN,Ru, Ir)；
   

4. 催化材料 (Pt, Ir, Co, TiO2, V2O5)；
   

5. 納米結(jié)構(gòu) (All ALD Material)；
   

6. 生物醫(yī)學(xué)涂層 (TiN, ZrN, TiAlN, AlTiN)；
   

7. ALD金屬 (Ru, Pd, Ir, Pt, Rh, Co, Cu, Fe, Ni)；
   

8. 壓電層 (ZnO, AlN, ZnS)；
   

9. 透明電學(xué)導(dǎo)體 (ZnO:Al, ITO);
   

10. 紫外阻擋層 (ZnO, TiO2);
11. OLED鈍化層 (Al2O3);
12. 光子晶體 (ZnO, ZnS:Mn, TiO2, Ta3N5);
13. 防反射濾光片 (Al2O3, ZnS, SnO2, Ta2O5)；
14. 電致發(fā)光器件 (SrS:Cu, ZnS:Mn, ZnS:Tb, SrS:Ce);
15. 工藝層如蝕刻?hào)艡凇㈦x子擴(kuò)散柵欄等 (Al2O3, ZrO2);
16. 光學(xué)應(yīng)用如太陽能電池、激光器、光學(xué)涂層、納米光子等 (AlTiO, SnO2, ZnO);
17. 傳感器 (SnO2, Ta2O5);
18. 磨損潤(rùn)滑劑、腐蝕阻擋層 (Al2O3, ZrO2, WS2)；
    化學(xué)氣相沉積
    化學(xué)氣相沉積技術(shù)介紹
    化學(xué)氣相沉積（chemical vapor deposition，CVD）是一種用來產(chǎn)生純度高、性能好的固態(tài)材料的化學(xué)技術(shù)。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)使用此技術(shù)來成長(zhǎng)薄膜。典型的CVD工藝是將晶圓（基底），暴露在一種或多種不同的前趨物下，在基底表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，或/及化學(xué)分解來產(chǎn)生欲沉積的薄膜。反應(yīng)過程中，通常也會(huì)伴隨地產(chǎn)生不同的副產(chǎn)品，但大多會(huì)隨著氣流被帶走，而不會(huì)留在反應(yīng)腔（reaction chamber）中。
    CVD技術(shù)可以用來沉積不同形式的材料，包括單晶、多晶、非晶及外延材料。這些材料有硅、碳纖維、碳納米纖維、納米線、納米碳管、硅鍺、鎢、硅碳、氧化硅、氮化硅、氮氧化硅及各種不同的high-k介質(zhì)等材料。CVD制程也常用來生成合成鉆石。
    根據(jù)不同的壓力工作條件，CVD可以分為以下幾種類型：
    ? APCVD（atmospheric pressure CVD）：在大氣壓條件下進(jìn)行化學(xué)氣相沉積
    ? LPCVD（low pressure CVD）：在低壓條件下進(jìn)行化學(xué)氣相沉積，較低的壓力可以減少氣相中的反應(yīng)，使反應(yīng)盡可能在沉積表面進(jìn)行，從而提高薄膜的均勻性
    ? UHVCVD（ultrahigh vacuum CVD）：在低于10-6Pa的超高真空環(huán)境下，進(jìn)行化學(xué)氣相沉積，獲得高質(zhì)量的膜層
    目前主流CVD為L(zhǎng)PCVD或UHVCVD。
    通過等離子體可提高CVD過程中的反應(yīng)速率、降低反應(yīng)溫度，在很多薄膜沉積領(lǐng)域常用的技術(shù)。具體來說可分為以下幾種形式：
    ? MPCVD（Microwave plasma-assisted CVD）：微波等離子體化學(xué)氣相沉積，利用微波，使反應(yīng)氣體產(chǎn)生等離子體參與化學(xué)氣相沉積過程
    ? PECVD（Plasma-enhanced CVD）：等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積，利用等離子體（通常為電感或電容耦合產(chǎn)生），提升前驅(qū)體的化學(xué)反應(yīng)速率，可在較低溫度下實(shí)現(xiàn)有機(jī)薄膜的沉積
    ? RPECVD（Remote plasma-enhanced CVD）：遠(yuǎn)程等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積，與普通PECVD類似，但是等離子體并不在沉積區(qū)內(nèi)產(chǎn)生，而是在其它區(qū)域產(chǎn)生后輸送至基板所在區(qū)域發(fā)送化學(xué)反應(yīng)。這種模式進(jìn)一步降低了沉積溫度，甚至可以在室溫下進(jìn)行
    ? LEPECVD (Low-energy plasma-enhanced chemical vapor deposition) ：低能量等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積，采用高密度但低能量的等離子體，進(jìn)行半導(dǎo)體材料的外延生長(zhǎng)，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)低溫和高沉積速率。
    

等離子體技術(shù)
什么是等離子體技術(shù)
等離子體是物質(zhì)除氣態(tài)、液態(tài)以及固態(tài)以外的第四種形態(tài)，其由陽離子、中性粒子、自由電子等多種不同性質(zhì)的粒子，所組成的電中性物質(zhì)，其中陰離子（自由電子）和陽離子分別的電荷量相等，這就是物理學(xué)上所謂“等離子”。
自然界中常見的等離子體包括閃電、極光、日冕等。人工等離子體則通常是通過對(duì)氣體外加高壓電源，使超過臨界數(shù)量的電子脫離原子核，產(chǎn)生電離后得到的。等離子體和氣體一樣，形狀和體積不固定，會(huì)依著容器而改變。等離子體有接近完美的導(dǎo)電率，會(huì)在磁場(chǎng)的作用下，顯現(xiàn)出各種三維結(jié)構(gòu)，例如絲狀物、圓柱狀物和雙層等。
等離子體和氣體有以下若干不同之處
電導(dǎo)率：氣體的電導(dǎo)率非常低，例如空氣是良好的絕緣體，但在電場(chǎng)強(qiáng)度超過 3*10^6 V/m時(shí)會(huì)分解成等離子體。而等離子體的電導(dǎo)率通常非常高，在許多應(yīng)用中，可假設(shè)等離子體的電導(dǎo)率為無限大。
粒子的多樣性：氣體通常只有單一一種粒子，所有氣體粒子的行為類似，都受重力及其他粒子碰撞的影響。而等離子體則有2至3種不同性質(zhì)的粒子，例如電子、離子、質(zhì)子和中子，這些不同性質(zhì)的粒子，可以以其電荷的正負(fù)和大小來區(qū)別，并會(huì)有不同的速度和溫度。這能產(chǎn)生一些特殊的波和不穩(wěn)定性。

電極放電產(chǎn)生等離子體
速度分布：氣體的粒子碰撞，使氣體的諸粒子的速度符合麥克斯韋-玻爾茲曼分布，其中速度較高的粒子非常少。而有一定電離度的等離子體的諸粒子并不經(jīng)常碰撞，因此，以碰撞形式表現(xiàn)的相互作用不顯著，另外，外力的出現(xiàn)也會(huì)導(dǎo)致等離子體遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離局部平衡，并產(chǎn)生一組速度特別高的粒子，所以，麥克斯韋-玻爾茲曼分布，并不適合用來描述等離子體諸粒子的速度分布。
粒子間的相互作用：氣體的諸粒子的相互作用，只局限于兩顆粒子之間，以碰撞的形成表現(xiàn)，三顆粒子間的碰撞是極為罕見的。等離子體的諸粒子可以集體互動(dòng)，在較大的距離上通過電磁力相互影響，所以，會(huì)產(chǎn)生波以及其他有組織性的運(yùn)動(dòng)。
處于等離子狀態(tài)的物質(zhì)，具有高而不穩(wěn)定的能量水平。如果等離子接觸到固體材料，其能量將作用于固體表面，并導(dǎo)致物體表面的重要性質(zhì)（如表面能量）發(fā)生變化。在各項(xiàng)制造應(yīng)用領(lǐng)域，可以利用等離子體這一特點(diǎn)，對(duì)材料的表面進(jìn)行特定的更改，從而實(shí)現(xiàn)表面清洗、活化、防腐等功能。在薄膜沉積領(lǐng)域，等離子增強(qiáng)技術(shù)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于化學(xué)氣相沉積、原子層沉積等領(lǐng)域，大幅拓寬了可沉積材料的范圍，能夠?qū)崿F(xiàn)更適合工業(yè)生產(chǎn)所需的低溫、高速沉積工藝。

總結(jié)

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