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ALD的革命性历史：斯坦尼斯拉夫·科尔佐夫如何开创这项技术？
原子层沉积（ALD）是一种基于气相化学过程的薄膜沉积技术，通过交替使用两种化学物质来逐步生长薄膜。这项技术的起源可以追溯到1960年代，当时在苏联列宁格勒技术学院，斯坦尼斯拉夫·科尔佐夫与同事瓦伦丁·阿列斯科夫斯基进行了一系列实验，灵感来自于阿列斯科夫斯基在1952年提出的“框架假说”。通过金属氯化物和水反应，科尔佐夫开始探索如何将这一技术推广到其他材料和薄膜上。
“原子层沉积已经成为微电子设备制造的关键过程，其潜力不仅仅在于纳米材料的合成，更在于推动摩尔定律的延续。”
ALD的过程涉及将基材表面暴露于一系列互不重叠的气体先驱物。相比于传统化学气相沉积（CVD），ALD中的先驱物不可同时存在于反应釜中，而是分别以脉冲的形式逐一插入。在每一脉冲中，前驱分子与表面进行自限制反应，这样反应就会在所有可用的表面位点被消耗后停止。因此，通过改变反应的循环次数，可以在各种复杂和大型基材上均匀并精确地成长材料。
历史回顾
1960年代的探索
1965年，科尔佐夫和阿列斯科夫斯基首次将这一全新的技术命名为“分子层堆积”。随后，随着不断的实验，他们将这一技术的理论基础和应用扩展到了微电子学和其他领域。在1974年，图莫·桑托拉在芬兰的Instrumentarium Oy开始开发薄膜发光显示器，并进一步改良了ALD技术，将其命名为原子层外延（ALE）。随着技术的不断进步，ALD在1980年首次在SID会议上公布。
“ALD的首次大型应用案例来自1983年赫尔辛基-万塔机场的航班信息板，这些显示器的成功验证了这一技术的实用性和可扩展性。”
2000年代的技术成熟
随着时间的推移，ALD的应用越来越广泛。在2000年，Micron Technology的研究人员开始开发高-{k}-薄膜，这体现了ALD在半导体领域中的潜力。此外，随着晶片技术的不断升级，ALD的市场需求急剧上升，成为制造小型化和高性能电子设备的关键技术之一。
ALD的反应机制
在每一个典型的ALD过程中，基材交替暴露于两种反应物A和B。这些反应物以自限制的方式与表面反应，意味着一旦表面上的活性位点被消耗，反应便停止。在这一过程中，反应速率及沉积量取决于前驱物的压力和附着概率。这使得ALD技术尤为适合用于厚度和组成均匀的薄膜制作，特别是在微电子设备和纳米材料的应用中。
“ALD过程的一个显著特征是反应速率随着时间的变化，当表面达到饱和时，这一过程便达到了自我限制的稳定状态。”
ALD的应用
微电子学的应用
ALD在微电子学中的应用中显示出其独特的魅力。 ALD技术能够生产薄至纳米级的极薄膜，对于处理器和存储器的制造至关重要。特别是在动态随机存取记忆体（DRAM）中，当特征尺寸小于100纳米时，ALD无疑是唯一可行的方法。这些薄膜的均匀性和高质量生产能力使得ALD被广泛应用于如MOSFET闸极堆叠、非易失性铁电记忆体等多个产品中。
转换金属氮化物
除了薄膜，ALD还成功地生成了高-{k}-氧化物和转换金属氮化物（如TiN和TaN）。这些材料的特性使其在现代集成电路中扮演了金属屏障和闸金属的重要角色。这要求金属屏障必须具备纯度高、密度高、导电性好、均匀性佳等特性，这些都能通过ALD技术实现。
在ALD的发展历程中，斯坦尼斯拉夫·科尔佐夫无疑是这项技术的奠基人，然而，随着科技的进步，未来ALD技术会走向何处，又能带给我们怎样的变革呢?
