परमाणु परत का जमाव

परमाणु परत जमाव (एएलडी) एक पतली-फिल्म जमाव तकनीक है जो गैस-चरण रासायनिक प्रक्रिया के क्रमिक प्रयोग पर आधारित है, यह रासायनिक वाष्प जमाव का एक उपवर्ग है। अधिकांश एएलडी अभिक्रियाएं दो रसायनों का प्रयोग करती हैं जिन्हें प्रीकर्सर जिन्हें "रिएक्टेंट" भी कहा जाता है। ये पूर्वगामी अनुक्रमिक, आत्म-सीमित, तरीके से एक समय में एक सामग्री की सतह के साथ प्रतिक्रिया करते हैं। अलग-अलग अग्रदूतों के बार-बार संपर्क के माध्यम से एक पतली फिल्म धीरे-धीरे जमा होती है। एएलडी अर्धचालक उपकरणों के निर्माण में एक महत्वपूर्ण प्रक्रिया है, और नैनो सामग्री को संश्लेषित करने के लिए उपकरणों के सेट का हिस्सा है।

परिचय
परमाणु परत के जमाव के दौरान एक फिल्म को वैकल्पिक गैसीय प्रजातियों (आमतौर पर अग्रदूतों या अभिकारकों के रूप में संदर्भित) के लिए इसकी सतह को उजागर करके एक सब्सट्रेट पर बनाया जाता है। रासायनिक वाष्प जमाव के विपरीत, पूर्ववर्ती कभी भी रिएक्टर में एक साथ मौजूद नहीं होते हैं, लेकिन उन्हें अनुक्रमिक, गैर-अतिव्यापी दालों की एक श्रृंखला के रूप में डाला जाता है। इन दालों में से प्रत्येक में अग्रदूत अणु सतह के साथ एक आत्म-सीमित तरीके से प्रतिक्रिया करते हैं, जिससे कि सतह पर सभी प्रतिक्रियाशील साइटों का सेवन करने के बाद प्रतिक्रिया समाप्त हो जाती है। नतीजतन, सभी अग्रदूतों (एक तथाकथित  एएलडी  चक्र) के एकल संपर्क के बाद सतह पर जमा सामग्री की अधिकतम मात्रा अग्रदूत-सतह की बातचीत की प्रकृति द्वारा निर्धारित की जाती है। चक्रों की संख्या को अलग-अलग करके सामग्री को समान रूप से और मनमाने ढंग से जटिल और बड़े सबस्ट्रेट्स पर उच्च परिशुद्धता के साथ विकसित करना संभव है।

एएलडी को परमाणु स्तर पर संभव फिल्मों की मोटाई और संरचना के नियंत्रण के साथ बहुत पतली, अनुरूप फिल्मों के निर्माण की बड़ी क्षमता वाली एक निक्षेपण विधि माना जाता है। मूर के नियम के अनुसार माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को कम करने में  एएलडी  के लिए हाल ही की रुचि के लिए एक प्रमुख प्रेरक शक्ति देखी गई संभावना है।  एएलडी  वैज्ञानिक साहित्य में प्रकाशित सैकड़ों विभिन्न प्रक्रियाओं के साथ अनुसंधान का एक सक्रिय क्षेत्र है, हालांकि उनमें से कुछ ऐसे व्यवहार व्यक्त करते हैं जो एक आदर्श  एएलडी  प्रक्रिया से भिन्न होते हैं। वर्तमान में कई व्यापक समीक्षा पत्र हैं जो प्रकाशित  एएलडी  प्रक्रियाओं का सारांश देते हैं, जिसमें पुरुनेन का काम भी शामिल है, मिक्कुलैनेन एट अल।, नूप्स एट अल।, और मैकस एंड श्नाइडर एट अल।  एएलडी  प्रक्रियाओं का एक संवादात्मक, समुदाय संचालित डेटाबेस भी ऑनलाइन उपलब्ध है [3] जो व्याख्या की गई आवर्त सारणी के रूप में एक अप-टू-डेट अवलोकन उत्पन्न करता है।

परमाणु परत जमाव, आणविक परत जमाव (एमएलडी) की बहन तकनीक को तब नियोजित किया जाता है जब कार्बनिक अग्रदूतों का प्रयोग करने की कामना की जाती है। एएलडी/एमएलडी तकनीकों के संयोजन से, कई अनुप्रयोगों के लिए अत्यधिक अनुरूप और शुद्ध हाइब्रिड फिल्म बनाना संभव है।

60 के दशक
1960 के दशक में, स्टानिस्लाव कोल्टसोव ने वैलेंटाइन एलेसकोवस्की और सहयोगियों के साथ सोवियत संघ में लेनिनग्राद तकनीकी संस्थान (एलटीआई) में प्रयोगात्मक रूप से एएलडी के सिद्धांतों को विकसित किया। इसका उद्देश्य 1952 में अपने निवास स्थान थीसिस में एलेस्कोवस्की द्वारा गढ़ी गई "फ्रेमवर्क परिकल्पना" के सैद्धांतिक विचारों पर प्रयोगात्मक रूप से निर्माण करना था। प्रयोग धातु क्लोराइड प्रतिक्रियाओं और झरझरा सिलिका के साथ पानी के साथ शुरू हुआ, जल्द ही अन्य सब्सट्रेट सामग्री और प्लानर पतली फिल्मों तक फैल गया। एलेसकोवस्की और कोल्टसोव ने मिलकर 1965 में नई तकनीक के लिए "आण्विक लेयरिंग" नाम प्रस्तावित किया। 1971 में कोल्टसोव के डॉक्टरेट थीसिस "प्रोफेसर की थीसिस" में आणविक लेयरिंग के सिद्धांतों को संक्षेप में प्रस्तुत किया गया था। आणविक लेयरिंग की अनुसंधान गतिविधियों में मौलिक रसायन विज्ञान अनुसंधान से लेकर झरझरा उत्प्रेरक, सॉर्बेंट्स और फिलर्स के साथ माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक और उससे आगे के अनुप्रयुक्त अनुसंधान तक व्यापक दायरे को शामिल किया गया है।

1974 में, फिनलैंड में इंस्ट्रूमेंटेरियम ओए में थिन-फ़िल्म इलेक्ट्रोल्यूमिनिसेंट डिस्प्ले (टीएफईएल) का विकास शुरू करते समय, तुओमो सुनतोला ने एएलडी को एक उन्नत थिन-फ़िल्म तकनीक के रूप में तैयार किया। सनटोला ने ग्रीक भाषा में एपिटॉक्सी के अर्थ के आधार पर इसे परमाणु परत एपिटॉक्सी एएलई नाम दिया है।  ZnS को विकसित करने के लिए मौलिक Zn और S के साथ पहला प्रयोग किया गया था।  पतली फिल्मों के विकास के साधन के रूप में एएलई को 20 से अधिक देशों में अंतरराष्ट्रीय स्तर पर पेटेंट कराया गया था एक सफलता तब हुई, जब सनटोला और सहकर्मियों ने उच्च वैक्यूम रिएक्टरों से अक्रिय गैस रिएक्टरों में स्विच किया, जिससे एएलई प्रक्रिया को करने के लिए धातु क्लोराइड, हाइड्रोजन सल्फाइड और जल वाष्प जैसे यौगिक अभिकारकों का प्रयोग संभव हो गया।

प्रौद्योगिकी का पहली बार 1980 एसआईडी सम्मेलन में खुलासा किया गया था। प्रस्तुत टीएफईएल प्रदर्शन प्रोटोटाइप में दो एल्यूमीनियम ऑक्साइड ढांकता हुआ परतों के बीच एक ZnS परत शामिल थी, जो सभी ZnCl2 H2S और AlCl3 H2O को अभिकारकों के रूप में प्रयोग करके ALE प्रक्रिया में बनाई गई थी। एएलई-ईएल डिस्प्ले की पहली बड़े पैमाने पर प्रूफ-ऑफ-कॉन्सेप्ट हेलसिंकी-वंता हवाई अड्डे पर 1983 में स्थापित उड़ान सूचना बोर्ड थे। टीएफईएल फ्लैट पैनल डिस्प्ले का उत्पादन 1980 के दशक के मध्य में केजी एएलडी एमएलडी ओलारिनलूमा कारखाने में लोहजा ओय द्वारा शुरू किया गया था। 1970 के दशक में एएलई पर शैक्षणिक अनुसंधान टाम्परे प्रौद्योगिकी के हेलसिंकी विश्वविद्यालय जहां सनटोला ने इलेक्ट्रॉन भौतिकी पर व्याख्यान दिया और 1980 के दशक में हेलसिंकी प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय में शुरू किया। 1990 के दशक तक टीएफईएल डिस्प्ले मैन्युफैक्चरिंग एएलई का एकमात्र औद्योगिक अनुप्रयोग बना रहा। 1987 में, सुनतोला ने माइक्रोकेमिस्ट्री लिमिटेड में फोटोवोल्टिक उपकरणों और विषम उत्प्रेरकों जैसे नए अनुप्रयोगों के लिए एएलई तकनीक का विकास शुरू किया, इस उद्देश्य के लिए फिनिश राष्ट्रीय तेल कंपनी नेस्ते ओय द्वारा स्थापित किया गया था। 1990 के दशक में, माइक्रोकैमिस्ट्री में एएलई विकास अर्धचालक अनुप्रयोगों और सिलिकॉन वेफर प्रसंस्करण के लिए उपयुक्त एएलई रिएक्टरों को निर्देशित किया गया था। 1999 में, माइक्रोकैमिस्ट्री लिमिटेड और एएलडी तकनीक को डच एएसएम इंटरनेशनल को बेच दिया गया, जो अर्धचालक निर्माण उपकरण का एक प्रमुख आपूर्तिकर्ता था और माइक्रोकैमिस्ट्री लिमिटेड एएसएम की फिनिश बेटी कंपनी के रूप में एएसएम माइक्रोकैमिस्ट्री ओय बन गई। माइक्रोकैमिस्ट्री लिमिटेड / एएसएम माइक्रोकैमिस्ट्री लिमिटेड 1990 के दशक में वाणिज्यिक एएलडी-रिएक्टरों का एकमात्र निर्माता था। 2000 के दशक की शुरुआत में, फ़िनलैंड में  एएलडी रिएक्टरों पर विशेषज्ञता ने दो नए निर्माताओं, बेनेक ओए और पिकोसुन ओए को शुरू किया, बाद में 1975 के बाद से सनटोला के करीबी सहकर्मी स्वेन लिंडफ़ोर्स द्वारा शुरू किया गया। रिएक्टर निर्माताओं की संख्या में तेजी से वृद्धि हुई और अर्धचालक अनुप्रयोग औद्योगिक सफलता बन गए।  एएलडी प्रौद्योगिकी का, क्योंकि  एएलडी मूर के नियम को जारी रखने के लिए एक समर्थकारी तकनीक बन गया। 2004 में, तुओमो सुनतोला ने अर्धचालक अनुप्रयोगों के लिए  एएलडी  प्रौद्योगिकी के विकास के लिए यूरोपीय सेमी अंतर्राष्ट्रीय पुरस्कार प्राप्त किया। और 2018 में मिलेनियम प्रौद्योगिकी पुरस्कार प्राप्त किया।

एमएल और एएलई के विकासकर्ता एस्पू, फ़िनलैंड में 1990 में एटॉमिक लेयर एपिटॉक्सी, एएलई-1 पर पहले अंतर्राष्ट्रीय सम्मेलन में मिले थे। 2005 में एक वैज्ञानिक एएलडी समीक्षा लेख में आणविक लेयरिंग कार्यों की सीमा को उजागर करने का प्रयास किया था और बाद में वीपीएचए से संबंधित प्रकाशनों को उजागर करने का प्रयास किया।

एएलई-1सम्मेलन, एस्पू, फ़िनलैंड में हेलसिंकी विश्वविद्यालय में मार्कू लेस्केला प्रोफेसर द्वारा सीवीडी के अनुरूप एएलई के विकल्प के रूप में पहली बार परमाणु परत जमाव नाम स्पष्ट रूप से प्रस्तावित किया था। अमेरिकन वैक्यूम सोसाइटी द्वारा एएलडी पर अंतर्राष्ट्रीय सम्मेलन श्रृंखला की शुरुआत के साथ नाम को सामान्य स्वीकृति प्राप्त करने में लगभग एक दशक का समय लगा गया।

00 के दशक
2000 में, गुरतेज सिंह संधू और माइक्रोन प्रौद्योगिकी के ट्रंग टी. डोन ने डीआरएएम (डायनेमिक रैंडम-एक्सेस मेमोरी) मेमोरी उपकरणों के लिए एटॉमिक लेयर डिपोजिशन हाई-के फिल्मों के विकास की शुरुआत की। इसने 90-नैनोमीटर नोड डीआरएएम से शुरू होने वाले अर्धचालक मेमोरी के लागत प्रभावी कार्यान्वयन को चलाने में मदद की। इंटेल कॉर्पोरेशन ने अपनी 45 नैनोमीटर सीएमओएस तकनीक के लिए उच्च-κ गेट परावैद्युत जमा करने के लिए एएलडी  का प्रयोग करने की सूचना दी है।

एएलडी को एटॉमिक लेयर एपिटॉक्सी एएलई, फ़िनलैंड और मॉलिक्यूलर लेयरिंग एमएल, सोवियत संघ नाम से दो स्वतंत्र  खोजों में विकसित किया गया है। प्रारंभिक इतिहास को स्पष्ट करने के लिए,  एएलडी, वीपीएचए के इतिहास पर आभासी परियोजना 2013 की गर्मियों में स्थापित की गई है। इसके परिणामस्वरूप एटॉमिक लेयर एपिटॉक्सी और एमएल के नाम से  एएलडी  के ऐतिहासिक विकास की समीक्षा करने वाले कई प्रकाशन हुए।

भूतल प्रतिक्रिया तंत्र
एक प्रोटोटाइपिकल ALD प्रक्रिया में, एक सब्सट्रेट को अनुक्रमिक, गैर-अतिव्यापी तरीके से दो अभिकारकों A और B के संपर्क में लाया जाता है। रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी) जैसी अन्य तकनीकों के विपरीत, जहां पतली-फिल्म वृद्धि एक स्थिर-अवस्था फैशन पर आगे बढ़ती है, ALD में प्रत्येक अभिकारक सतह के साथ स्व-सीमित तरीके से प्रतिक्रिया करता है: अभिकारक अणु केवल एक के साथ प्रतिक्रिया कर सकते हैं सतह पर प्रतिक्रियाशील साइटों की सीमित संख्या। एक बार रिएक्टर में उन सभी साइटों का उपभोग हो जाने के बाद, विकास रुक जाता है। शेष अभिकारक अणुओं को बहा दिया जाता है और उसके बाद ही अभिकारक बी को रिएक्टर में डाला जाता है। ए और बी के एक्सपोजर को वैकल्पिक करके, एक पतली फिल्म जमा की जाती है। इस प्रक्रिया को साइड फिगर में दिखाया गया है। नतीजतन, जब एक ALD प्रक्रिया का वर्णन किया जाता है, तो दोनों खुराक के समय को संदर्भित करता है जब एक सतह को एक अग्रदूत के रूप में उजागर किया जा रहा है और प्रत्येक अग्रदूत के लिए कक्ष को खाली करने के लिए अग्रदूत के लिए खुराक के बीच बचे समय को शुद्ध करता है। एक द्विआधारी ALD प्रक्रिया का खुराक-पर्ज-खुराक-पर्ज अनुक्रम एक ALD चक्र का गठन करता है। इसके अलावा, विकास दर की अवधारणा का प्रयोग करने के बजाय, ALD प्रक्रियाओं को प्रति चक्र उनकी वृद्धि के संदर्भ में वर्णित किया गया है।

एएलडी में, प्रत्येक प्रतिक्रिया चरण में पर्याप्त समय दिया जाना चाहिए ताकि एक पूर्ण सोखना घनत्व प्राप्त किया जा सके। जब ऐसा होता है तो प्रक्रिया संतृप्ति तक पहुंच जाती है। यह समय दो प्रमुख कारकों पर निर्भर करेगा, अग्रगामी दबाव और चिपके रहने की संभावना होती है।

इसलिए, सतह क्षेत्र की प्रति इकाई सोखने की दर को इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है।


 * $$ {R_{abs}} = S*F$$

जहाँ R सोखने की दर है, S चिपकाने की संभावना है, और F घटना दाढ़ प्रवाह है। हालांकि, एएलडी की एक प्रमुख विशेषता यह है कि एस समय के साथ बदल जाता है, चूँकि अधिक अणुओं ने सतह के साथ प्रतिक्रिया की है, संतृप्ति तक पहुंचने के बाद शून्य के मान तक पहुंचने तक यह चिपके रहने की संभावना कम हो जाएगी।

प्रतिक्रिया तंत्र पर विशिष्ट विवरण विशेष एएलडी  प्रक्रिया पर दृढ़ता से निर्भर करता है। ऑक्साइड, धातु, नाइट्राइड, सल्फाइड, चाकोजेनाइड्स और फ्लोराइड सामग्री जमा करने के लिए उपलब्ध सैकड़ों प्रक्रिया के साथ, एएलडी  प्रक्रियाओं के यंत्रवत पहलुओं की खोज अनुसंधान का एक सक्रिय क्षेत्र है। कुछ प्रतिनिधि उदाहरण नीचे दिखाए गए हैं।

ऊष्मीय एएलडी
ऊष्मीय  एएलडी  को अपेक्षाकृत उच्च तापमान आमतौर पर 150-350 डिग्री सेल्सियस की आवश्यकता होती है। यह सतह की प्रतिक्रियाओं के माध्यम से होती है, जो सटीक मोटाई नियंत्रण को सक्षम बनाते है, चाहे सब्सट्रेट ज्यामिति और रिएक्टर डिज़ाइन कोई फर्क नहीं पड़ता।

ट्राइमिथाइल एल्युमिनियम टीएमए और पानी से Al2O3 का संश्लेषण सबसे प्रसिद्ध ऊष्मीय एएलडी उदाहरणों में से एक है। टीएमए एक्सपोजर के दौरान, टीएमए अलग-अलग सब्सट्रेट सतह पर रसायनयुक्त होता है और किसी भी शेष टीएमए को कक्ष से बाहर पंप किया जाता है। टीएमए का विघटनकारी रासायनिक शोषण AlCH3 से ढकी सतह को छोड़ देता है। सतह को तब H2O वाष्प के संपर्क में लाया जाता है, जो सतह CH3 के साथ प्रतिक्रिया करके CH4 को प्रतिक्रिया उपोत्पाद के रूप में बनाता है और जिसके परिणामस्वरूप हाइड्रॉक्सिलेटेड Al2O3 सतह बनती है।

प्लाज्मा एएलडी
प्लाज्मा-सहायता प्राप्त एएलडी  पीए- एएलडी  में, प्लाज्मा प्रजातियों की उच्च प्रतिक्रियाशीलता फिल्म की गुणवत्ता से समझौता किए बिना जमाव तापमान को कम करने की अनुमति देती है, साथ ही, अग्रदूतों की एक विस्तृत श्रृंखला का प्रयोग किया जा सकता है और इस प्रकार ऊष्मीय   एएलडी  की तुलना में सामग्री की एक विस्तृत श्रृंखला जमा की जा सकती है।

फोटो-सहायता प्राप्त एएलडी
इस एएलडी  किस्म में, सब्सट्रेट पर सतह की प्रतिक्रियाओं को तेज करने के लिए यूवी प्रकाश का प्रयोग किया जाता है। इसलिए प्रतिक्रिया तापमान को कम किया जा सकता है, जैसा कि प्लाज्मा-सहायता प्राप्त  एएलडी  में होता है। प्लाज्मा-सहायता प्राप्त  एएलडी  की तुलना में, सक्रियण कमजोर होती है, लेकिन तरंग दैर्ध्य, तीव्रता और रोशनी के समय को समायोजित करके नियंत्रित करना अक्सर आसान हो जाता है।

धातु एएलडी
तांबे की धातु एएलडी  ने एक इंटरकनेक्ट एकीकृत परिपथ सामग्री के रूप में तांबे की मांग के कारण बहुत अधिक ध्यान आकर्षित किया है और वह सापेक्ष जिसके द्वारा तांबे को तापीय रूप से निक्षेपित किया जाता है। कॉपर में सकारात्मक मानक इलेक्ट्रोड क्षमता होती है और प्रथम-पंक्ति संक्रमण धातुओं में सबसे आसानी से अपचित होने वाली धातु है। इस प्रकार, कई  एएलडी  प्रक्रियाओं को विकसित किया गया है, जिनमें कई हाइड्रोजन गैस को कोरएक्टेंट के रूप में प्रयोग करते हैं। आदर्श रूप से, कम सतह खुरदरापन के साथ निरंतर फिल्मों को प्राप्त करने के लिए  तांबे की धातु  एएलडी  को ≤100 °C पर व्यक्त किया जाना चाहिए, चूंकि उच्च तापमान के परिणामस्वरूप जमा तांबे का जमाव हो सकता है।

कुछ धातुओं को धातु हलाइड्स और एक सिलिकॉन प्रीकर्सर जैसे SiH4, Si2H6 को अभिकारकों के रूप में उपयोग करके फ्लोरोसिलेन उन्मूलन प्रतिक्रियाओं के माध्यम से एएलडी  द्वारा उत्पन्न किया जा सकता है। स्थिर Si-F बंधों के निर्माण के कारण ये अभिक्रियाएँ अत्यधिक उष्माक्षेपी होती हैं। फ्लोरोसिलेन उन्मूलन द्वारा निक्षेपित धातुओं में टंगस्टन और मोलिब्डेनम शामिल हैं। एक उदाहरण के रूप में,WF6 और Si2H6का प्रयोग करके टंगस्टन धातु  एएलडी  के लिए सतह की प्रतिक्रियाओं को अभिकारकों के रूप में व्यक्त किया जा सकता है


 * WSiF2H* + WF6 → WWF5* + SiF3H
 * WF5* + Si2H6 → WSiF2H* + SiF3H + 2 H2

समग्र एएलडी  प्रतिक्रिया है


 * WF6 + Si2H6 → W + SiF3H + 2 H2, ∆H = –181 kcal

विकास दर 4 से 7 Å/चक्र तक भिन्न हो सकती है, जो जमाव तापमान 177 से 325 °C और Si2H6 अभिकारक जोखिम (~104 to 106 L) पर निर्भर करता है, ऐसे कारक जो Si-H बॉन्ड में Si2H6 प्रविष्टि को प्रभावित कर सकते हैं  और टंगस्टन  एएलडी  वृद्धि में एक सिलिकॉन CVD योगदान के परिणामस्वरूप होती है।

कई अन्य धातुओं का ऊष्मीय एएलडी उनकी बहुत ही नकारात्मक विद्युत रासायनिक क्षमता के कारण चुनौतीपूर्ण या वर्तमान में असंभव है। हाल ही में, उपन्यास मजबूत कम करने वाले एजेंटों के अनुप्रयोग ने कई इलेक्ट्रोपोसिटिव धातुओं के लिए कम तापमान वाले ऊष्मीय  एएलडी प्रक्रियाओं की पहली रिपोर्ट को प्रस्तुत किया है। क्रोमियम धातु को क्रोमियम एल्कोक्साइड अग्रदूत और BH3(NHMe2) का प्रयोग करके जमा किया गया था. टाइटेनियम और टिन धातुओं को उनके संबंधित धातु क्लोराइड (MCl4, M = Ti, Sn) और एक बीस (ट्राइमेथिलसिलील) छह-सदस्यीय रिंग कंपाउंड से बनाया गया था। एल्यूमीनियम डाइहाइड्राइड अग्रदूत और AlCl3 का उपयोग करके एल्यूमीनियम धातु को जमा किया गया था.

उत्प्रेरक SiO$2$ एएलडी
SiO2, एएलडी के विश्वसनीय तरीके प्रदान करने में उत्प्रेरकों का प्रयोग सर्वोपरि है। कटैलिसीस के बिना, SiO2 के गठन के लिए अग्रणी सतह प्रतिक्रियाएं आम तौर पर बहुत धीमी होती हैं और केवल असाधारण उच्च तापमान पर होती हैं। SiO2, एएलडी के लिए विशिष्ट उत्प्रेरक में लुईस बेस शामिल हैं या पाइरीडीन और SiO2;  एएलडी  को तब भी शुरू किया जा सकता है जब ये लुईस बेस अन्य सिलिकॉन अग्रदूतों जैसे कि टेट्राएथॉक्सिसिलीन (टीईओएस) के साथ युग्मित  होते हैं। माना जाता है कि लुईस बेस और SiOH* सतह प्रजातियों के बीच या H$2$O आधारित अभिकारक और लुईस बेस के बीच हाइड्रोजन बॉन्डिंग होती है। ऑक्सीजन एक मजबूत न्यूक्लियोफाइल बन जाता है जब लुईस बेस हाइड्रोजन SiOH * सतह प्रजातियों के साथ बंध जाता है क्योंकि SiO-H बंधन प्रभावी रूप से कमजोर हो जाता है। जैसे, SiCl4 में इलेक्ट्रोपोसिटिव Si परमाणु अभिकारक न्यूक्लियोफिलिक हमले के लिए अधिक संवेदनशील होते है। इसी तरह, एक लुईस बेस और H2O  के बीच हाइड्रोजन बॉन्डिंग H2O में इलेक्ट्रोनगेटिव O को एक मजबूत न्यूक्लियोफाइल बनाती है जो मौजूदा SiCl* सतह प्रजातियों में Si पर हमला करने में सक्षम होती है। SiO2, एएलडी के लिए लुईस बेस उत्प्रेरक का प्रयोग कमोबेश एक आवश्यकता है, क्योंकि लुईस बेस उत्प्रेरक के बिना, प्रतिक्रिया तापमान 325 °C से अधिक होना चाहिए और दबाव 103 से अधिक होना चाहिए। टूर आम तौर पर,SiO2, एएलडी करने के लिए सबसे अनुकूल तापमान 32 डिग्री सेल्सियस पर होता है और एक सामान्य जमाव दर 1.35 एंग्स्ट्रॉम प्रति बाइनरी रिएक्शन अनुक्रम है। SiO2, एएलडी के लिए दो सतह प्रतिक्रियाएं, एक समग्र प्रतिक्रिया, और SiO2, एएलडी में लुईस बेस कटैलिसीस का एक योजनाबद्ध चित्रण नीचे दिया गया है।


 * सतह पर प्राथमिक प्रतिक्रियाएं,
 * SiOH* + SiCl$4$ → SiOSiCl$3$* + एचसीएल
 * SiCl* + एच$2$हे → SiOH * + एचसीएल
 * समग्र एएलडी  प्रतिक्रिया:
 * SiCl$4$ + एह$2$हे → SiO$2$ + 4 एचसीएल



माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक अनुप्रयोग
एएलडी विभिन्न विभिन्न सामग्रियों का प्रयोग करके उच्च गुणवत्ता वाली फिल्म निर्माण के अलावा सटीक मोटाई और समान सतहों का उत्पादन करने की क्षमता के कारण माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक के निर्माण के लिए एक उपयोगी प्रक्रिया है। माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक में,  एएलडी  का अध्ययन इलेक्ट्रोड और इंटरकनेक्ट्स (एकीकृत सर्किट) के लिए उच्च-κ (उच्च पारगम्यता) गेट ऑक्साइड, उच्च-κ मेमोरी कैपेसिटर डाइलेक्ट्रिक्स, फेरोइलेक्ट्रिक्स, और धातु और नाइट्राइड जमा करने की एक संभावित तकनीक के रूप में किया जाता है। उच्च-κ गेट ऑक्साइड में, जहां अति पतली फिल्मों का नियंत्रण आवश्यक है, एएलडी के केवल 45 नैनोमीटर  प्रौद्योगिकी पर व्यापक प्रयोग में आने की संभावना है। धातुकरण में, अनुरूप फिल्मों की आवश्यकता होती है; वर्तमान में यह उम्मीद की जाती है कि  एएलडी  का प्रयोग 65 नैनोमीटर  नोड पर मुख्यधारा के उत्पादन में किया जाएगा। डायनेमिक रैंडम एक्सेस मेमोरी (DRAMs) में, अनुरूपता की आवश्यकताएं और भी अधिक होती हैं और  एएलडी  एकमात्र तरीका है जिसका प्रयोग तब किया जा सकता है जब फ़ीचर आकार 100 नैनोमीटर  से छोटा हो जाता है।  एएलडी  का प्रयोग करने वाले कई उत्पादों में रिकॉर्डिंग सिर, MOSFET गेट स्टैक्स, डायनेमिक रैंडम-एक्सेस मेमोरी कैपेसिटर, नॉनवॉलेटाइल फेरोइलेक्ट्रिक मेमोरी और कई अन्य शामिल हैं।

गेट ऑक्साइड
उच्च-κ आक्साइड एल्यूमीनियम ऑक्साइड का जमाव | अल2O3, ज़िरकोनियम डाइऑक्साइड | ZrO2, और हेफ़नियम (IV) ऑक्साइड|HfO2 एएलडी के सबसे व्यापक रूप से जांचे जाने वाले क्षेत्रों में से एक रहा है। उच्च-κ ऑक्साइड के लिए प्रेरणा सामान्यतः प्रयोग किए जाने वाले सिलिकॉन डाइऑक्साइड | SiO2 के माध्यम से उच्च टनलिंग करंट की समस्या से आती है।2MOSFETs में गेट डाइलेक्ट्रिक जब इसे 1.0 नैनोमीटर  और नीचे की मोटाई तक घटाया जाता है। उच्च-κ ऑक्साइड के साथ, आवश्यक समाई घनत्व के लिए एक मोटा गेट ढांकता हुआ बनाया जा सकता है, इस प्रकार संरचना के माध्यम से टनलिंग करंट को कम किया जा सकता है।

ट्रांज़िशन-धातु नाइट्राइड्स
संक्रमण-धातु नाइट्राइड, जैसे टाइटेनियम नाइट्राइड और टैंटलम नाइट्राइड, बाधा धातु और धातु का द्वार दोनों के रूप में संभावित प्रयोग पाते हैं। धातु अवरोधों का प्रयोग आधुनिक एकीकृत परिपथों में प्रयोग किए जाने वाले तांबे कॉपर इंटरकनेक्ट को घेरने के लिए किया जाता है, ताकि आसपास की सामग्री, जैसे इंसुलेटर और सिलिकॉन सब्सट्रेट में Cu के प्रसार से बचा जा सके, और साथ ही, प्रत्येक Cu इंटरकनेक्ट के आसपास इंसुलेटर से फैलने वाले तत्वों द्वारा Cu संदूषण को रोका जा सके। धातु बाधाओं की एक परत के साथ। धातु बाधाओं की सख्त मांगें हैं: उन्हें शुद्ध होना चाहिए; सघन; प्रवाहकीय; अनुरूप; पतला; धातुओं और इंसुलेटर के प्रति अच्छा आसंजन है। प्रक्रिया तकनीक से संबंधित आवश्यकताओं को एएलडी  द्वारा पूरा किया जा सकता है। सबसे अधिक अध्ययन किया गया  एएलडी  नाइट्राइड TiN है जो TiCl से निक्षेपित होता है4 और एनएच3.

धातु फिल्में
धातु एएलडी  में रुचि की प्रेरणाएँ हैं:

Cu इंटरकनेक्ट बाधाओं के लिए # संक्रमण-धातु नाइट्राइड (जैसे TiN, TaN, WN)
 * 1) Cu इंटरकनेक्ट और W प्लग, या कम से कम Cu बीज परतें डब्ल्यू सीवीडी के लिए सीयू इलेक्ट्रोडपोजिशन और डब्ल्यू बीज के लिए,
 * 1) फेरोइलेक्ट्रिक रैम (एफआरएएम) और डीआरएएम कैपेसिटर इलेक्ट्रोड के लिए महान धातुएं
 * 2) मल्टीगेट डिवाइस के लिए हाई- और लो-समारोह का कार्य धातु | डुअल-गेट MOSFETs।

चुंबकीय रिकॉर्डिंग सिर
चुंबकीय रिकॉर्डिंग सिर कणों को ध्रुवीकृत करने के लिए विद्युत क्षेत्रों का प्रयोग करते हैं और हार्ड डिस्क पर चुंबकीय पैटर्न छोड़ते हैं। अल$2$O$2$ एएलडी  का प्रयोग इन्सुलेशन की समान, पतली परतें बनाने के लिए किया जाता है।  एएलडी  का प्रयोग करके, उच्च स्तर की सटीकता के लिए इन्सुलेशन मोटाई को नियंत्रित करना संभव है। यह चुम्बकीय कणों के अधिक सटीक पैटर्न और इस प्रकार उच्च गुणवत्ता वाली रिकॉर्डिंग की अनुमति देता है।

डीआरएएम संधारित्र
DRAM कैपेसिटर एएलडी  का एक और अनुप्रयोग है। एक व्यक्तिगत DRAM सेल डेटा का एक बिट स्टोर कर सकता है और इसमें एक MOSFET और एक कैपेसिटर होता है। कैपेसिटर के आकार को कम करने के लिए प्रमुख प्रयास किए जा रहे हैं जो अधिक मेमोरी घनत्व के लिए प्रभावी रूप से अनुमति देगा। कैपेसिटेंस को प्रभावित किए बिना कैपेसिटर के आकार को बदलने के लिए, विभिन्न सेल ओरिएंटेशन का प्रयोग किया जा रहा है। इनमें से कुछ में स्टैक्ड या ट्रेंच कैपेसिटर शामिल हैं। ट्रेंच कैपेसिटर के उद्भव के साथ, इन कैपेसिटर के निर्माण की समस्या सामने आती है, विशेष रूप से सेमीकंडक्टर्स का आकार घटने के साथ।  एएलडी  ट्रेंच सुविधाओं को 100 नैनोमीटर  से अधिक करने की अनुमति देता है। सामग्री की एकल परतों को जमा करने की क्षमता सामग्री पर बहुत अधिक नियंत्रण की अनुमति देती है। अपूर्ण फिल्म विकास के कुछ मुद्दों को छोड़कर (बड़े पैमाने पर अपर्याप्त मात्रा या कम तापमान वाले सबस्ट्रेट्स के कारण), एएलडी डाइइलेक्ट्रिक्स या बैरियर जैसी पतली फिल्मों को जमा करने का एक प्रभावी साधन प्रदान करता है।

फोटोवोल्टिक अनुप्रयोग
सौर सेलों में एएलडी तकनीक का प्रयोग समय के साथ अधिक प्रमुख होता जा रहा है। अतीत में, इसका प्रयोग क्रिस्टलीय-सिलिकॉन (सी-सी) सौर कोशिकाओं में सतह निष्क्रियता परतों, तांबा इंडियम गैलियम सेलेनाइड (सीआईजीएस) सौर कोशिकाओं में बफर परतों और डाई-संवेदी सौर कोशिकाओं (डीएसएससी) में बाधा परतों को जमा करने के लिए किया जाता है। उदाहरण के लिए, एएलडी  उगाए गए एल्युमिनियम ऑक्साइड|Al का उपयोग2O3सौर सेल अनुप्रयोगों के लिए श्मिट एट अल द्वारा व्यक्त किया गया था। इसका प्रयोग PERC (निष्क्रिय उत्सर्जक और पीछे की कोशिका) सौर कोशिकाओं के विकास के लिए एक सतह निष्क्रियता परत के रूप में किया गया था। चार्ज ट्रांसपोर्ट लेयर्स (सीटीएल) जमा करने के लिए एएलडी तकनीक का प्रयोग पेरोव्स्काइट सौर कोशिकाओं के लिए व्यापक रूप से खोजा जा रहा है। मोटाई पर सटीक नियंत्रण के साथ उच्च गुणवत्ता और अनुरूप फिल्मों को जमा करने की  एएलडी  की क्षमता CTL और पेरोसाइट परत के बीच के इंटरफेस को बारीक करने में बहुत फायदा दे सकती है। इसके अलावा, यह बड़े क्षेत्रों में समान और पिन-होल मुक्त फिल्म प्राप्त करने में उपयोगी हो सकता है। ये पहलू एएलडी को पेरोसाइट सौर कोशिकाओं के प्रदर्शन को और बेहतर बनाने और स्थिर करने में एक आशाजनक तकनीक बनाते हैं।

पतली फिल्म कप्लर्स
जैसे ही फोटोनिक एकीकृत सर्किट (PICs) उभरते हैं, अक्सर इलेक्ट्रॉनिक इंटीग्रेटेड सर्किट के समान तरीके से, ऑन-चिप ऑप्टिकल डिवाइस संरचनाओं की एक विस्तृत विविधता की आवश्यकता होती है। एक उदाहरण नैनोफोटोनिक कपलर है जो ऑप्टिकल वेवगाइड्स के चौराहे पर एक माइक्रोमीटर-आकार के बीमप्लिटर के रूप में व्यवहार करता है। जिसमें ऑप्टिकल-गुणवत्ता इंटरफेस बनाने के लिए उच्च पहलू अनुपात खाइयों (~100 नैनोमीटर चौड़ाई x 4 माइक्रोमीटर गहराई) को पहले नक़्क़ाशी द्वारा परिभाषित किया जाता है और फिर एएलडी द्वारा एल्यूमीनियम ऑक्साइड के साथ वापस भरा जाता है।

जैव चिकित्सा एप्लिकेशन
बायोमेडिकल उपकरणों पर सतह के गुणों को समझना और निर्दिष्ट करने में सक्षम होना बायोमेडिकल उद्योग में महत्वपूर्ण है, विशेष रूप से उन उपकरणों के संबंध में जो शरीर में प्रत्यारोपित किए जाते हैं। एक सामग्री अपनी सतह पर पर्यावरण के साथ संपर्क करती है, इसलिए सतह के गुण काफी हद तक सामग्री के पर्यावरण के साथ बातचीत को निर्देशित करते हैं। भूतल रसायन और सतह स्थलाकृति प्रोटीन सोखना, सेलुलर इंटरैक्शन और प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया को प्रभावित करती है। बायोमेडिकल अनुप्रयोगों में कुछ वर्तमान उपयोगों में लचीले सेंसर बनाना, नैनोपोरस मेम्ब्रेन को संशोधित करना, पॉलिमर एएलडी, और पतली विक्षनरी बनाना शामिल है: बायोकम्पैटिबल कोटिंग्स।  एएलडी  का प्रयोग TiO जमा करने के लिए किया गया है$2$ डायग्नोस्टिक टूल के रूप में ऑप्टिकल वेवगाइड सेंसर बनाने के लिए फिल्में। इसके अलावा, एएलडी लचीले संवेदन उपकरणों को बनाने में फायदेमंद है जिनका प्रयोग किया जा सकता है, उदाहरण के लिए, एथलीटों के कपड़ों में आंदोलन या हृदय गति का पता लगाने के लिए। एएलडी लचीले जैविक क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर (ओएफईटी) के लिए एक संभावित निर्माण प्रक्रिया है क्योंकि यह कम तापमान वाली जमाव विधि है। विक्षनरी: दवा वितरण, प्रत्यारोपण और ऊतक इंजीनियरिंग में बायोमेडिकल उद्योग में नैनोपोरस सामग्री उभर रही है। नैनोपोरस सामग्रियों की सतहों को संशोधित करने के लिए एएलडी  का प्रयोग करने का लाभ यह है कि, कई अन्य तरीकों के विपरीत, प्रतिक्रियाओं की संतृप्ति और आत्म-सीमित प्रकृति का अर्थ है कि गहराई से एम्बेडेड सतहों और इंटरफेस को एक समान फिल्म के साथ लेपित किया जाता है। एएलडी  प्रक्रिया में नैनोपोरस सतहों के छिद्रों का आकार और भी कम हो सकता है क्योंकि अनुरूप कोटिंग छिद्रों के अंदरूनी हिस्से को पूरी तरह से कोट कर देगी। ताकना के आकार में यह कमी कुछ अनुप्रयोगों में लाभप्रद हो सकती है।

प्लास्टिक के लिए एक पारगम्य बाधा के रूप में
एएलडी का प्रयोग प्लास्टिक के लिए एक पारगमन अवरोधक के रूप में किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, यह प्लास्टिक पर ओएलईडी के एनकैप्सुलेशन के लिए एक विधि के रूप में अच्छी तरह से स्थापित है।  एएलडी का प्रयोग 3 डी प्रिंटिग|3-डी प्रिंटेड प्लास्टिक के पुर्जों को निर्वात वातावरण में इस्तेमाल करने के लिए भी किया जा सकता है।  एएलडी  का प्रयोग रोल टू रोल प्रक्रियाओं में प्लास्टिक पर अवरोध बनाने के लिए किया जा सकता है।

गुणवत्ता और उसका नियंत्रण
एएलडी प्रक्रिया की गुणवत्ता को कई अलग-अलग इमेजिंग तकनीकों का प्रयोग करके यह सुनिश्चित करने के लिए मॉनिटर किया जा सकता है कि  एएलडी  प्रक्रिया सुचारू रूप से हो रही है और सतह पर एक अनुरूप परत का निर्माण कर रही है। एक विकल्प क्रॉस-सेक्शनल स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (एसईएम) या ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (टीईएम) का प्रयोग है।  एएलडी  परत की गुणवत्ता का आकलन करने के लिए छवियों का उच्च आवर्धन उचित है। एक्स-रे परावर्तकता (एक्सआरआर) एक ऐसी तकनीक है जो मोटाई, घनत्व और सतह खुरदरापन सहित पतली-फिल्म गुणों को मापती है। एक अन्य ऑप्टिकल गुणवत्ता मूल्यांकन उपकरण स्पेक्ट्रोस्कोपिक दीर्घवृत्त है।  एएलडी  द्वारा प्रत्येक परत के जमाव के बीच इसका अनुप्रयोग फिल्म की विकास दर और भौतिक विशेषताओं के बारे में जानकारी प्रदान करता है। एएलडी प्रक्रिया के दौरान इस विश्लेषण उपकरण को लागू करना, जिसे कभी-कभी सीटू स्पेक्ट्रोस्कोपिक इलिप्सोमेट्री के रूप में संदर्भित किया जाता है,  एएलडी  प्रक्रिया के दौरान फिल्मों की विकास दर पर अधिक नियंत्रण की अनुमति देता है। इस प्रकार का गुणवत्ता नियंत्रण एएलडी प्रक्रिया के दौरान बाद में टीईएम इमेजिंग, या एक्सआरआर के रूप में फिल्मों का आकलन करने के बजाय होता है। इसके अतिरिक्त, रदरफोर्ड बैकस्कैटरिंग स्पेक्ट्रोस्कोपी (आरबीएस), एक्स - रे फ़ोटोइलैक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (एक्सपीएस), बरमा इलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (एईएस), और चार-टर्मिनल संवेदन का प्रयोग एएलडी द्वारा जमा की गई पतली फिल्मों के संबंध में गुणवत्ता नियंत्रण जानकारी प्रदान करने के लिए किया जा सकता है।

लाभ
एएलडी एक परमाणु रूप से निर्दिष्ट मोटाई के लिए फिल्म बनाने के लिए एक बहुत ही नियंत्रित तरीका प्रदान करता है। साथ ही, विभिन्न बहुपरत संरचनाओं का विकास सीधा है। उपकरण की संवेदनशीलता और सटीकता के कारण, यह छोटे, लेकिन कुशल अर्धचालक बनाने में माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक और नैनो प्रौद्योगिकी के क्षेत्र में बहुत फायदेमंद है।  एएलडी  में आमतौर पर अपेक्षाकृत कम तापमान और एक उत्प्रेरक का प्रयोग शामिल होता है, जो थर्मोकेमिकल के अनुकूल होता है। कार्बनिक और जैविक नमूनों जैसे नरम सब्सट्रेट्स के साथ काम करते समय कम तापमान फायदेमंद होता है। कुछ अग्रदूत जो अभी भी ऊष्मीय रूप से अस्थिर हैं, उनका प्रयोग तब तक किया जा सकता है जब तक कि उनकी अपघटन दर अपेक्षाकृत धीमी हो।

नुकसान
सब्सट्रेट्स की उच्च शुद्धता बहुत महत्वपूर्ण है, और इस तरह, उच्च लागतें सुनिश्चित होंगी। हालांकि यह लागत आवश्यक उपकरणों की लागत के सापेक्ष अधिक नहीं हो सकती है, किसी को अपने वांछित उत्पाद के पक्ष में स्थितियां खोजने से पहले कई परीक्षण चलाने की आवश्यकता हो सकती है। एक बार परत बन जाने और प्रक्रिया पूरी हो जाने के बाद, अंतिम उत्पाद से अतिरिक्त अग्रदूतों को हटाने की आवश्यकता हो सकती है। कुछ अंतिम उत्पादों में 1% से कम अशुद्धियाँ मौजूद होती हैं।

आर्थिक व्यवहार्यता
उपकरण की गुणवत्ता और दक्षता के आधार पर परमाणु परत जमाव उपकरण कहीं भी $200,000 से $800,000 तक हो सकते हैं। इन यंत्रों का एक चक्र चलाने के लिए कोई निर्धारित लागत नहीं है; लागत प्रयोग किए गए सबस्ट्रेट्स की गुणवत्ता और शुद्धता के साथ-साथ मशीन के संचालन के तापमान और समय के आधार पर भिन्न होती है। कुछ सब्सट्रेट दूसरों की तुलना में कम उपलब्ध हैं और विशेष परिस्थितियों की आवश्यकता होती है, क्योंकि कुछ ऑक्सीजन के प्रति बहुत संवेदनशील होते हैं और फिर अपघटन की दर बढ़ा सकते हैं। माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक उद्योग में परंपरागत रूप से आवश्यक बहुघटक ऑक्साइड और कुछ धातुएं आमतौर पर लागत प्रभावी नहीं होती हैं।

प्रतिक्रिया समय
एएलडी की प्रक्रिया बहुत धीमी है और इसे इसकी प्रमुख सीमा के रूप में जाना जाता है। उदाहरण के लिए, अल2O3 प्रति चक्र 0.11 नैनोमीटर  की दर से जमा किया जाता है, जो चक्र अवधि और पम्पिंग गति के आधार पर प्रति घंटे 100–300 नैनोमीटर  प्रति घंटे की औसत जमाव दर के अनुरूप हो सकता है। स्थानिक  एएलडी  का प्रयोग करके इस समस्या को दूर किया जा सकता है, जहाँ सब्सट्रेट को एक विशेष  एएलडी  शावरहेड के नीचे अंतरिक्ष में ले जाया जाता है, और दोनों अग्रदूत गैसों को गैस पर्दे/बीयरिंग द्वारा अलग किया जाता है। इस तरह, 60 नैनोमीटर  प्रति मिनट की जमाव दर तक पहुंचा जा सकता है।  एएलडी  का प्रयोग आमतौर पर माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक और नैनोप्रौद्योगिकी  के लिए सबस्ट्रेट्स बनाने के लिए किया जाता है, और इसलिए, मोटी परमाणु परतों की आवश्यकता नहीं होती है। कई सबस्ट्रेट्स का प्रयोग उनकी नाजुकता या अशुद्धता के कारण नहीं किया जा सकता है। अशुद्धताएं आमतौर पर 0.1-1% पर पाई जाती हैं क्योंकि कुछ वाहक गैसों को अवशेष छोड़ने के लिए जाना जाता है और ऑक्सीजन के प्रति संवेदनशील भी हैं।

रासायनिक सीमाएं
अग्रदूत अस्थिर होना चाहिए, लेकिन अपघटन के अधीन नहीं है, क्योंकि अधिकांश अग्रदूत ऑक्सीजन/वायु के प्रति बहुत संवेदनशील होते हैं, इस प्रकार प्रयोग किए जा सकने वाले सबस्ट्रेट्स पर एक सीमा होती है। कुछ जैविक सबस्ट्रेट्स गर्मी के प्रति बहुत संवेदनशील होते हैं और उनमें तेजी से अपघटन दर हो सकती है जो इष्ट नहीं हैं और बड़े अशुद्धता स्तर पैदा करते हैं। बहुत सारी पतली-फिल्म सब्सट्रेट सामग्री उपलब्ध हैं, लेकिन माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक में प्रयोग के लिए आवश्यक महत्वपूर्ण सबस्ट्रेट्स को प्राप्त करना कठिन हो सकता है और बहुत महंगा हो सकता है।

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