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Effect of Various Oxidants on Reaction Mechanisms, Self‐Limiting Natures and Structural Characteristics of Al2O3 Films Grown by Atomic Layer Deposition
Advanced Materials Interfaces ( IF 4.3 ) Pub Date : 2018-04-26 , DOI: 10.1002/admi.201701248 Haoran Wang 1 , Yunfei Liu 1 , Hui Liu 1 , Zheng Chen 1 , Pengpeng Xiong 1 , Xiangchen Xu 1 , Fangyi Chen 2 , Kun Li 1 , Yu Duan 1
Advanced Materials Interfaces ( IF 4.3 ) Pub Date : 2018-04-26 , DOI: 10.1002/admi.201701248 Haoran Wang 1 , Yunfei Liu 1 , Hui Liu 1 , Zheng Chen 1 , Pengpeng Xiong 1 , Xiangchen Xu 1 , Fangyi Chen 2 , Kun Li 1 , Yu Duan 1
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The present study investigates the Al2O3 films grown by low‐temperature atomic layer deposition (ALD) with water vapor (H2O), oxygen plasma (O2 plasma), and ozone gas (O3) serving as oxidants. The reaction processes with different oxidants are examined by in situ quadrupole mass spectrometry analysis of the gas phase species, which reveals a possible sequential reaction mechanism of trimethylaluminum and O2 plasma. The coefficient of standard deviation (CSD) of the oscillation frequency change of the in situ quartz crystal microbalance (Δf) to represent the self‐limiting nature of the films is used, and an obvious relationship is observed between the CSD of Δf values and the density of ALD films, which suggests the intrinsic relationship between the structural characteristics and the self‐limiting natures of the ALD processes outside the temperature window. Fourier transform infrared spectroscopy reveals a large number of OCO, CO, and CH bonds remaining in the H2O‐based Al2O3 films, and the smallest concentration of carbon species is found to remain in the O3‐based Al2O3 films, which explains the sources of the different self‐limiting natures and structural characteristics for the different oxidant‐based Al2O3 films.
中文翻译：
各种氧化剂对原子层沉积Al2O3薄膜反应机理，自限性和结构特性的影响
本研究研究了以水蒸气（H 2 O），氧等离子体（O 2等离子体）和臭氧气体（O 3）为氧化剂通过低温原子层沉积（ALD）生长的Al 2 O 3膜。通过气相物种的原位四极杆质谱分析检查了与不同氧化剂的反应过程，这揭示了三甲基铝和O 2等离子体的可能的顺序反应机理。原位石英晶体微量天平的振荡频率变化的标准偏差（CSD）的系数（Δ ˚F）代表膜的自限性，并且在Δf值的CSD与ALD膜的密度之间观察到明显的关系，这表明结构特征与膜的自限性之间的内在联系ALD在温度范围之外进行处理。傅里叶变换红外光谱表明，在基于H 2 O的Al 2 O 3膜中保留了大量OCO，CO和CH键，并且发现最小的碳物质浓度保留在O 3-中。基于Al 2 O 3薄膜，解释了不同的基于氧化剂的Al 2 O 3薄膜具有不同的自限性和结构特征的原因。
更新日期：2018-04-26
中文翻译：
各种氧化剂对原子层沉积Al2O3薄膜反应机理，自限性和结构特性的影响
本研究研究了以水蒸气（H 2 O），氧等离子体（O 2等离子体）和臭氧气体（O 3）为氧化剂通过低温原子层沉积（ALD）生长的Al 2 O 3膜。通过气相物种的原位四极杆质谱分析检查了与不同氧化剂的反应过程，这揭示了三甲基铝和O 2等离子体的可能的顺序反应机理。原位石英晶体微量天平的振荡频率变化的标准偏差（CSD）的系数（Δ ˚F）代表膜的自限性，并且在Δf值的CSD与ALD膜的密度之间观察到明显的关系，这表明结构特征与膜的自限性之间的内在联系ALD在温度范围之外进行处理。傅里叶变换红外光谱表明，在基于H 2 O的Al 2 O 3膜中保留了大量OCO，CO和CH键，并且发现最小的碳物质浓度保留在O 3-中。基于Al 2 O 3薄膜，解释了不同的基于氧化剂的Al 2 O 3薄膜具有不同的自限性和结构特征的原因。
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