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采用三异丙醇铝（ATIP）的氧化铝（Al?O?）原子层沉积：一项实验与理论相结合的研究

DOI：10.1021/acs.jpcc.8b09198 期刊：The Journal of Physical Chemistry C 出版年份：2018 更新时间：2025-09-23 15:19:57
摘要： 铝前驱体在Al2O3原子层沉积（ALD）过程中起着关键作用。迄今为止，三甲基铝（TMA）是实验和理论研究中最广泛使用的前驱体之一。然而，由于三甲基铝具有自燃性且与水极度反应，在工业规模应用中可能存在安全风险。铝醇盐提供了有前景的替代方案，但受到的关注较少。本研究以三异丙醇铝（ATIP）作为铝醇盐前驱体的典型代表，对Al2O3 ALD过程进行了理论与实验相结合的研究。实验结果表明，在150°C至175°C温度范围内，采用ATIP与水的热ALD过程具有1.8 ?/周期的最大生长速率（GPC）?；谠恢势追治龊兔芏确汉砺郏―FT）计算，氧化铝薄膜的形成主要发生在水脉冲阶段，通过水与吸附前驱体之间的配体交换反应实现；而在ATIP脉冲阶段仅发生ATIP的吸附和/或其解离。设计以醇盐基团为基本配体的杂配体前驱体虽具挑战性，但对未来工业规模的Al2O3 ALD极具前景。
作者： Truong Ba Tai，LiAo Cao，Felix Mattelaer，Geert Rampelberg，Jolien Dendooven，Christophe Detavernier，Marie-Fran?oise Reyniers，J. Ruud van Ommen，Fatemeh Sadat Minaye Hashemi
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

以三异丙醇铝（ATIP）作为铝醇盐前驱体的典型代表，研究Al?O?原子层沉积（ALD）工艺，以评估其作为三甲基铝（TMA）安全、低成本替代方案的潜力。

研究成果

研究表明，三异丙醇铝（ATIP）可作为Al2O3原子层沉积（ALD）的安全低成本前驱体，在150-175°C下实现1.8 ?/周期的最大单循环生长量。密度泛函理论（DFT）计算揭示水脉冲过程中的配体交换反应对成膜至关重要，其低能垒特性有助于异丙氧基配体的有效脱除。该研究为工业级ALD应用中杂配位前驱体的设计提供了理论依据。

研究不足

该研究的局限性在于采用晶体γ-Al2O3（100）表面模型进行DFT计算，这可能无法完全体现原子层沉积薄膜的非晶特性。此外，实验生长速率和薄膜密度可能随不同衬底材料及工艺条件而变化。

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