第1章 原子层沉积技术概述 1
1.1 原子层沉积技术的诞生与发展 1
1.2 原子层沉积技术的应用与前景 9
1.3 原子层沉积技术面临的挑战 11
参考文献 12
第2章 原子层沉积原理 18
2.1 原子层沉积基本原理 18
2.1.1 原子层沉积系统的基本结构 18
2.1.2 原子层沉积中的表面化学特性 19
2.1.3 影响原子层沉积速率的因素 26
2.2 原子层沉积的特点 33
2.3 原子层沉积分类 35
2.3.1 原子层沉积反应室 36
2.3.2 空间原子层沉积 38
2.3.3 电化学原子层沉积 38
2.4 原子层沉积中的原位表征与监控 39
参考文献 45
第3章 原子层沉积前驱体 49
3.1 原子层沉积前驱体的要求 49
3.2 原子层沉积前驱体的种类 50
3.3 原子层沉积前驱体的特点及其应用 51
3.3.1 金属类前驱体 51
3.3.2 非金属类前驱体 57
3.4 原子层沉积前驱体的设计与理论计算 59
3.4.1 金属与配体的配键强度 59
3.4.2 前驱体的热稳定性 60
3.4.3 前驱体的水解活性 61
3.4.4 前驱体设计筛选流程 63
参考文献 64
第4章 原子层沉积材料与生长机理 69
4.1 引言 69
4.2 原子层沉积氧化物 70
4.2.1 H2O作为氧源 71
4.2.2 活性氧作为氧源 72
4.2.3 H2O2作为氧源 73
4.2.4 醇盐作为氧源 74
4.3 原子层沉积氮化物 75
4.3.1 热ALD沉积氮化物 75
4.3.2 PEALD沉积氮化物 77
4.4 原子层沉积半导体 78
4.4.1 元素半导体 79
4.4.2 Ⅲ-Ⅴ族半导体 80
4.4.3 Ⅲ-Ⅵ族半导体 82
4.5 原子层沉积金属 82
4.5.1 贵金属 83
4.5.2 过渡金属 85
4.5.3 活泼金属 87
4.5.4 原子层沉积金属面临的挑战 88
参考文献 89
第5章 原子层沉积理论计算与模拟 95
5.1 理论计算与模拟方法简介 95
5.1.1 量子力学方法 95
5.1.2 分子力学方法 99
5.1.3 分子动力学模拟 99
5.1.4 蒙特卡罗模拟 100
5.2 原子层沉积反应机理的理论计算 101
5.2.1 SiO2 ALD的反应机理 101
5.2.2 Al2O3 ALD的反应机理 107
5.2.3 HfO2 ALD的反应机理 110
5.3 原子层沉积的生长过程模拟 112
5.3.1 动力学蒙特卡罗方法 112
5.3.2 蒙特卡罗与分子动力学相结合的方法 114
5.4 展望与挑战 115
参考文献 116
第6章 等离子体增强原子层沉积技术及其应用 121
6.1 等离子体增强原子层沉积原理 122
6.1.1 等离子体增强原子层沉积基本原理 122
6.1.2 等离子体的性质 124
6.2 等离子体增强原子层沉积的设备 126
6.2.1 自由基增强原子层沉积 127
6.2.2 直接等离子体原子层沉积 127
6.2.3 远程等离子体原子层沉积 128
6.3 等离子体增强原子层沉积的特点 128
6.3.1 降低沉积温度 129
6.3.2 拓宽前驱体、生长薄膜材料和衬底的种类 130
6.3.3 提高沉积速率 130
6.3.4 改进薄膜性能 131
6.3.5 多功能化 132
6.3.6 局限 132
6.4 等离子体增强原子层沉积的应用 134
6.4.1 铜互连的扩散阻挡层 134
6.4.2 高介电常数材料 136
6.4.3 等离子体原位处理 138
6.4.4 低温（室温）沉积 139
6.4.5 其他应用 142
6.5 展望与挑战 142
参考文献 142
第7章 分子层沉积及其应用 148
7.1 分子层沉积概述 148
7.2 分子层沉积材料及其表面化学 151
7.2.1 有机聚合物 151
7.2.2 有机-无机杂化物 156
7.3 分子层沉积的应用 170
7.3.1 有机聚合物 170
7.3.2 有机-无机杂化材料 174
7.4 展望与挑战 183
参考文献 183
第8章 原子层沉积在微电子领域的应用 188
8.1 引言 188
8.2 逻辑器件 188
8.2.1 Si基MOSFET器件 189
8.2.2 Ge基MOSFET器件 191
8.2.3 Ⅲ-Ⅴ族MOSFET器件 193
8.2.4 碳纳米管和二维半导体FET器件 196
8.3 存储器件 200
8.3.1 动态随机存储器 201
8.3.2 电荷俘获型存储器 203
8.3.3 阻变存储器 210
8.3.4 铁电随机存储器 213
8.3.5 磁记录存储材料 215
8.4 其他应用 218
8.4.1 金属互连、阻挡层和籽晶层 218
8.4.2 高密度MIM/MOM电容 220
8.5 小结 221
参考文献 221
第9章 原子层沉积在纳米技术领域的应用 227
9.1 原子层沉积在纳米图形制备中的应用 227
9.1.1 选区原子层沉积 227
9.1.2 自对准原子层沉积 235
9.1.3 间隔层限制的双重图形技术 236
9.1.4 ALD辅助的嵌段共聚物光刻 238
9.2 原子层沉积在纳米结构制备中的应用 240
9.2.1 模板辅助的纳米结构的制备 240
9.2.2 催化辅助的纳米结构的制备 241
9.3 原子层沉积在表面、界面工程中的应用 243
9.3.1 表面工程 244
9.3.2 界面工程 247
9.4 原子层沉积在纳米器件中的应用 252
9.4.1 微纳机电系统 252
9.4.2 纳流体器件 254
9.4.3 单分子传感器件 255
9.4.4 磁隧道结器件 256
参考文献 257
第10章 原子层沉积在光学领域的应用 263
10.1 引言 263
10.2 传统光学器件 263
10.3 新型光学器件 266
10.3.1 光子晶体 266
10.3.2 表面等离激元 270
10.3.3 光学微腔 272
10.3.4 其他光学器件 273
10.4 透明导电氧化物 275
10.4.1 原子层沉积制备TCO薄膜 275
10.4.2 应用举例 277
10.5 展望与挑战 279
参考文献 279
第11章 原子层沉积技术在能源领域的应用 283
11.1 引言 283
11.2 原子层沉积技术在锂离子电池领域的应用 283
11.2.1 锂离子电池的简介 283
11.2.2 锂离子电池材料的ALD合成 285
11.2.3 三维全固态锂电池的ALD制备 289
11.2.4 电极材料的表面修饰 291
11.2.5 小结 296
11.3 原子层沉积技术在太阳能电池领域的应用 297
11.3.1 纳米结构光电极的ALD制备 297
11.3.2 基于ALD的电极表面钝化 300
11.3.3 基于ALD的电极表面敏化 302
11.3.4 基于ALD的能带调控 304
11.3.5 小结 305
11.4 其他应用 306
11.4.1 ALD技术在超级电容器领域的应用 306
11.4.2 ALD技术在燃料电池领域的应用 309
11.4.3 ALD技术在光电化学分解水领域的应用 313
11.5 展望与挑战 319
参考文献 320
第12章 原子层沉积在催化领域的应用 329
12.1 引言 329
12.2 颗粒和高深宽比结构的原子层沉积 329
12.2.1 静态颗粒上的原子层沉积 329
12.2.2 流化床原子层沉积 330
12.2.3 旋转式原子层沉积反应室 333
12.2.4 高深宽比结构的原子层沉积 335
12.3 负载型金属催化剂的ALD合成及其应用 337
12.3.1 负载型金属催化剂的ALD合成 337
12.3.2 负载型金属催化剂的稳定化 342
12.3.3 应用举例 344
12.4 氧化物催化剂的ALD合成及其应用 346
12.4.1 氧化物催化剂的ALD合成 346
12.4.2 应用举例 349
参考文献 352
第13章 原子层沉积在生物医学领域的应用 355
13.1 引言 355
13.2 基于生物模板和仿生的原子层沉积 355
13.2.1 蛋白质基纳米结构 355
13.2.2 肽聚集体 357
13.2.3 天然纤维 358
13.2.4 图案型生物材料 359
13.2.5 生物矿化结构 363
13.3 基于聚合物的原子层沉积 363
13.3.1 聚合物基体上原子层沉积反应机理 364
13.3.2 原子层沉积在聚合物基体上的应用 367
13.4 生物相容性涂层原子层沉积及其应用 370
13.4.1 ALD沉积生物相容性涂层 370
13.4.2 植入支架方面的应用 373
13.5 原子层沉积薄膜在生物医学领域的其他应用 375
13.5.1 生物传感器 375
13.5.2 生物检测 376
13.5.3 生物电子器件 376
参考文献 377