Optimierung der Atomlagenabscheidung durch Fluss- und Druckkontrolle

Die Atomlagenabscheidung (ALD) ist ein Untergruppe der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD)), die die zyklische Ablagerungszyklen. Im Gegensatz zu anderen CVD-Verfahren, bei denen die Reaktionen kontinuierlich ablaufen, erfolgen die ALD-Reaktionen in getrennten Schritten, so dass die Schichtdicken genauer gesteuert werden können, sogar bis auf einzelne Atome genau. Während bei anderen CVD-Verfahren die Schichtdicke durch Wachstumsraten und Prozesszeiten bestimmt wird, wird sie bei ALD durch die Gesamtzahl der Abscheidungszyklen gesteuert.

Räumliche und zeitliche ALD sind die beiden Hauptarten der ALD. Bei der zeitlichen ALD werden ein Trägergas und zwei (oder mehr) Gasreaktanten in getrennten Stufen nacheinander verwendet. Bei der räumlichen ALD wird das Substrat in separate Wachstumskammern gebracht, so dass die einzelnen Reaktantengase einander nicht berühren. Einige ALD-Systeme gelten als thermisch, andere als plasmaunterstützt. Thermische Systeme erfordern höhere Betriebstemperaturen, während die plasmaunterstützte ALD eher für Anwendungen bei niedrigeren Temperaturen geeignet ist, da die Reaktanten auf Plasmabasis hergestellt werden. ALD wird bei der Herstellung von Solarzellen, Nanostrukturen, mikroelektronischen Geräten, biomedizinischen Geräten, korrosionsbeständigen Beschichtungen, Metallfilmen, DRAM-Kondensatoren, Permeationsbarrieren und vielem mehr eingesetzt.

 

ALD-Anwendungen erfordern für einen optimalen Betrieb eine präzise Druckregelung sowie einen konstanten und wiederholbaren Fluss von Träger- und Reaktionsgasen. Im Folgenden werden wir erörtern, wie die Massendurchflussregler und Druckregler von Alicat bei verschiedenen ALD-Anwendungen konsistente, genaue und schnelle Ergebnisse liefern.

Solarzellen

Da ALD eine konforme Beschichtung verwendet, bei der alle Oberflächen gleichmäßig beschichtet werden, ist es besonders geeignet für den Bau von Solarzellen. ALD wird bei der Herstellung verschiedener Arten von Solarzellen eingesetzt, darunter industrielle Silizium-, Dünnschicht-, organische und Quantenpunkt-Solarzellen. ALD ist besonders wichtig für die Herstellung von Oberflächenpassivierungsschichten. Der Einsatz von ALD begann bei der Herstellung von Si-Solarzellen unter Verwendung von Al₂O₃die eine Oberflächenpassivierungsschicht bildet, die den Wirkungsgrad von Si-Solarzellen erheblich verbessert.

Damit ALD ordnungsgemäß funktionieren kann, muss der Vakuumdruck unter Betriebsbedingungen sorgfältig aufrechterhalten werden. Alicat's PC-Serie Druckregler sind mit speziellen Funktionen für die Gegendruckregelung von ALD-Systemen erhältlich. Mit einer Leckrate von nur 10e^-9 atm-cc/sec von He mit einer Regelungsreaktionszeit von 30 ms verhindern diese Druckregler eine unsachgemäße Durchmischung und Verunreinigung der ALD-Beschichtungskammern.

Genau wie bei anderen CVD-Anwendungen ist Alicat's MC-Serie von Massendurchflussreglern bieten eine größere Genauigkeit bei der Gasmischung und begrenzen die Verunreinigung durch atmosphärische Gase, die einen ordnungsgemäßen ALD-Betrieb, bei dem reine Reaktions- und Trägergase erforderlich sind, behindern können.

Biomedizinische Geräte

ALD wird für die Abscheidung verschiedener dünner Schichten verwendet auf biomedizinischen Geräten wie Bioelektronik, Implantate, Biosensoren, Geräte zur Verabreichung von Medikamenten, Gerüste für die Gewebezüchtung und Bioassay-Geräte. Dank der jüngsten technologischen Fortschritte bei der ALD, z. B. der ALD bei niedrigeren Temperaturen, kann nun eine größere Anzahl organischer Substrate für verschiedene biomedizinische Anwendungen verwendet werden.

Alicat's MCV-Serie Vakuumgas-Massendurchflussregler verfügen über ein pneumatisch betätigtes, positives Absperrventil, das ein Durchsickern verhindert, und haben eine NIST-rückverfolgbare Genauigkeit von bis zu ±0,5% des Messwerts oder ±0,1% des Skalenendwerts für 98+ Gase und 20 benutzerdefinierte Gasgemische.

Halbleiter

Eine weitere Anwendung, bei der ALD eingesetzt wird, ist Halbleiterherstellung. Das Mooresche Gesetz erklärt, wie die Transistoren immer kleiner werden, so dass sich die Geschwindigkeit und Leistungsfähigkeit von Computern etwa alle zwei Jahre verdoppelt. Die Entwicklung der ALD-Technologie ist wichtig für Beibehaltung des Mooreschen Gesetzes. Gegenwärtig wird ALD in der Halbleiterherstellung für Aufgaben wie High-k-Dielektrika und die Verringerung der Gate-Oxiddicke eingesetzt. In Zukunft wird ALD für Halbleiter mit geringeren Abmessungen wichtig sein, die auf Platten-, Röhren- oder Drahtstrukturen basieren, wie Graphen, WSe2, Kohlenstoff-Nanoröhren und Halbleiter-Nanodrähte, bei denen konforme High-k-Gate-Oxidbeschichtungen verwendet werden, um die Beeinträchtigung der niedrigdimensionalen Materialeigenschaften zu minimieren. Daher wird erwartet, dass ALD bei kontinuierlicher Forschung und Skalierung im Laufe der Zeit für die Halbleiterindustrie immer nützlicher werden wird.

Genau wie bei den zuvor erwähnten ALD-Anwendungen tragen die Vakuumgas-Massendurchflussregler der MCV-Serie und die Druckregler der PC-Serie von Alicat dazu bei, die Wiederholbarkeit und Kontrolle bei der Halbleiterherstellung zu verbessern. Die Regler sind mit minimalen Dichtungsflächen und 0,25 VCRM-Anschlüssen erhältlich, um Leckstellen im Laufe der Zeit zu minimieren.

Metallfolien

Ein weiterer Industriezweig, in dem ALD weit verbreitet ist, ist die Herstellung verschiedener Metallfolien, wie sie für Werkzeuge, Mikroelektronik, Barrieren und Verpackungen verwendet werden. So werden beispielsweise Kartoffelchips-Tüten häufig mit ALD mit einer metallisierten Folie versehen, damit sie während der Lagerung eine gute Sonnenlichtabschirmung und Barriereleistung aufweisen.

Zusätzliche Unterstützung

Ganz gleich, ob Ihr Prozess Präzision, Wiederholbarkeit, Genauigkeit, kundenspezifische Anpassung oder Automatisierung erfordert, die Massedurchflussregler und Druckregler von Alicat bieten die neueste Technik, die einzigartigsten Funktionen und schnelle Ergebnisse für ALD-Anwendungen.