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原子层沉积技术——原理及其应用（第二版）


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原子层沉积技术——原理及其应用（第二版）
  • 书号：9787030820488
    作者：李爱东等
  • 外文书名：
  • 装帧：平装
    开本：B5
  • 页数：636
    字数：800000
    语种：zh-Hans
  • 出版社：科学出版社
    出版时间：2025-08-01
  • 所属分类：
  • 定价： ￥160.00元
    售价： ￥126.40元
  • 图书介质:
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本书是面向研究生和从事材料研发等相关行业的科研人员系统介绍原子层沉积技术原理及其应用的一本专业书籍，共分为十七章。包括原子层沉积的发展历史、原理、设备、前驱体、沉积材料与生长机理以及理论计算与模拟等基础内容，又着重论述等离子体增强原子层沉积和分子层沉积等特色技术，涉及了原子层沉积在微电子、纳米技术、光学、能源、催化、含能材料、生物医学、封装、防腐、分离膜等领域的应用，还特别介绍了正在快速发展中的原子层刻蚀技术。本书内容丰富新颖，在注重原子层沉积基本原理和生长机制阐述的同时，又突出了原子层沉积（刻蚀）材料的先进性和应用的前沿性，反映了原子层沉积（刻蚀）技术中的一些最新进展和成果，是先进技术原理与实际应用的有机结合。
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    第二版前言
    第1章 原子层沉积技术概述
    1.1 原子层沉积技术诞生与发展 1
    1.2 原子层沉积技术现状与应用 11
    1.3 原子层沉积技术挑战与展望 14
    参考文献 15
    第2章 原子层沉积原理
    2.1 原子层沉积基本原理 23
    2.1.1 原子层沉积系统的基本结构 23
    2.1.2 原子层沉积中的表面化学特性 24
    2.1.3 影响原子层沉积速度的因素 30
    2.2 原子层沉积的特点 38
    2.2.1 原子层沉积的特点、优势与局限 38
    2.2.2 原子层沉积的一致性与重复性 40
    2.3 原子层沉积分类 52
    2.3.1 原子层沉积反应室 52
    2.3.2 空间原子层沉积 54
    2.3.3 电化学原子层沉积 55
    2.4 原子层沉积中的原位表征与监控 56
    参考文献 63
    第3章 原子层沉积设备
    3.1 原子层沉积设备概述 68
    3.2 原子层沉积反应器的主要类型 70
    3.2.1 热壁反应器 71
    3.2.2 冷壁反应器 74
    3.3 原子层沉积工业化设备的进展 77
    3.3.1 先进半导体芯片加工设备 77
    3.3.2 光伏高效电池加工设备 81
    3.4 总结与展望 84
    参考文献 85
    第4章 原子层沉积前驱体 87
    4.1 原子层沉积前驱体要求 87
    4.2 原子层沉积前驱体种类 88
    4.3 原子层沉积前驱体特点及其应用 90
    4.3.1 金属类前驱体 90
    4.3.2 非金属类前驱体 102
    4.4 原子层沉积前驱体设计与理论计算 104
    4.4.1 金属与配体的配键强度 104
    4.4.2 前驱体热稳定性 105
    4.4.3 前驱体水解活性 105
    4.4.4 前驱体设计筛选流程 107
    4.4.5 基于ALD反应机理的前驱体设计 108
    参考文献 111
    第5章 原子层沉积材料与生长机理 119
    5.1 引言 119
    5.2 原子层沉积氧化物 120
    5.2.1 H2O作为氧源 121
    5.2.2 活性氧作为氧源 122
    5.2.3 H2O2作为氧源 124
    5.2.4 醇盐作为氧源 124
    5.3 原子层沉积氮化物 125
    5.3.1 热ALD制备氮化物 125
    5.3.2 PEALD制备氮化物 127
    5.4 原子层沉积半导体 129
    5.4.1 元素半导体 129
    5.4.2 III-V族半导体 130
    5.4.3 Ⅱ-Ⅵ族半导体 132
    5.5 原子层沉积金属 133
    5.5.1 贵金属 133
    5.5.2 过渡金属 136
    5.5.3 活泼金属 140
    5.5.4 原子层沉积金属面临的挑战 141
    5.6 原子层沉积其他材料 142
    5.6.1 二维材料 142
    5.6.2 原子层沉积金属氟化物 146
    参考文献 149
    第6章 原子层沉积理论计算与模拟 157
    6.1 理论计算与模拟方法简介 157
    6.1.1 量子力学方法 157
    6.1.2 分子力学方法 161
    6.1.3 分子动力学模拟 161
    6.1.4 蒙特卡罗模拟 162
    6.2 原子层沉积反应机理的理论计算 163
    6.2.1 SiO2ALD的反应机理 163
    6.2.2 Al2O3ALD的反应机理 170
    6.2.3 HfO2ALD的反应机理 172
    6.3 原子层沉积的生长过程模拟 174
    6.3.1 动力学蒙特卡罗方法 174
    6.3.2 蒙特卡罗与分子动力学组合方法 175
    6.3.3 机器学习势分子动力学方法 177
    6.4 挑战与展望 178
    参考文献 179
    第7章 等离子体增强原子层沉积技术及其应用 185
    7.1 等离子体增强原子层沉积原理 186
    7.1.1 等离子体增强原子层沉积基本原理 186
    7.1.2 等离子体的性质 187
    7.2 等离子体增强原子层沉积的设备 189
    7.2.1 自由基增强原子层沉积 190
    7.2.2 直接等离子体原子层沉积 190
    7.2.3 远程等离子体原子层沉积 191
    7.2.4 空心阴极等离子体原子层沉积 191
    7.3 等离子体增强原子层沉积的特点 192
    7.3.1 降低沉积温度 192
    7.3.2 拓宽前驱体、生长薄膜材料和衬底的种类 193
    7.3.3 提高沉积速率 193
    7.3.4 改进薄膜性能 195
    7.3.5 多功能化 196
    7.3.6 局限 196
    7.4 等离子体增强原子层沉积生长的材料与工艺 198
    7.4.1 金属 199
    7.4.2 氧化物 199
    7.4.3 SiO2与 SiNx 200
    7.4.4 氮化物 200
    7.4.5 其他材料 201
    7.5 等离子体增强原子层沉积的应用 201
    7.5.1 铜互连的扩散阻挡层 201
    7.5.2 高介电常数材料 203
    7.5.3 等离子体质位处理 205
    7.5.4 低温（室温）沉积 206
    7.5.5 其他应用 208
    7.6 展望与挑战 209
    参考文献 209
    第8章 分子层沉积及其应用 217
    8.1 分子层沉积概述 217
    8.2 分子层沉积材料及其表面化学 220
    8.2.1 有机聚合物 220
    8.2.2 有机－无机杂化物 225
    8.2.3 金属有机骨架材料 240
    8.2.4 有机-无机杂化介孔薄膜 244
    8.3 分子层沉积应用 247
    8.3.1 有机聚合物 248
    8.3.2 有机-无机杂化材料 252
    8.3.3 金属有机骨架材料 262
    8.3.4 有机-无机杂化介孔薄膜 265
    8.4 挑战与展望 269
    参考文献 269
    第9章 原子层沉积在微电子领域的应用 276
    9.1 引言 276
    9.2 逻辑器件 277
    9.2.1 Si基MOSFET器件 277
    9.2.2 Ge基MOSFET器件 279
    9.2.3 III-V族MOSFET器件 282
    9.2.4 碳纳米管和二维半导体FET器件 285
    9.3 存储器件与类神经突触器件 290
    9.3.1 动态随机存储器 291
    9.3.2 电荷俘获型存储器 294
    9.3.3 相变存储器 300
    9.3.4 阻变存储器 303
    9.3.5 铁电随机存储器 306
    9.3.6 磁记录存储材料 309
    9.3.7 类神经突触的忆阻器 313
    9.4 其他应用 321
    9.4.1 金属互连、阻挡层和籽晶层 321
    9.4.2 高密度MIM/MOM电容 322
    9.5 小结 324
    参考文献 324
    10.1 原子层沉积在纳米图形制备中的应用 331
    10.1.1 选区原子层沉积 331
    10.1.2 自对准原子层沉积 341
    10.1.3 间隔层限制的双重图形技术 342
    10.1.4 ALD辅助的嵌段共聚物光刻 344
    10.2 原子层沉积在纳米结构制备中的应用 346
    10.2.1 模板辅助的纳米结构的制备 346
    10.2.2 催化辅助的纳米结构的制备 348
    10.3 原子层沉积在表面、界面工程中的应用 349
    10.3.1 表面工程 350
    10.3.2 界面工程 353
    10.4 原子层沉积在纳米器件中的应用 358
    10.4.1 微纳机电系统 358
    10.4.2 纳流体器件 360
    10.4.3 单分子传感器件 362
    10.4.4 磁隧道结器件 362
    10.4.5 气敏传感器 363
    参考文献 366
    第11章 原子层沉积在光学领域的应用 373
    11.1 引言 373
    11.2 传统光学器件 373
    11.3 新型光学器件 377
    11.3.1 光子晶体 377
    11.3.2 表面等离激元 380
    11.3.3 光学微腔 385
    11.3.4 其他光学器件 387
    11.4 透明导电电极 389
    11.4.1 原子层沉积制备透明导电氧化物薄膜 389
    11.4.2 ALD稳定金属基透明电极 391
    11.4.3 应用举例 392
    11.5 传感与探测器件 394
    11.5.1 光电探测器 394
    11.5.2 光纤传感 400
    11.6 发光显示 406
    11.6.1 发光材料制备 406
    11.6.2 表面修饰 408
    11.7 机遇与挑战 411
    参考文献 412
    第12章 原子层沉积技术在能源领域的应用 420
    12.1 引言 420
    12.2 原子层沉积技术在锂离子电池领域的应用 420
    12.2.1 锂离子电池的简介 420
    12.2.2 锂离子电池材料的ALD合成 422
    12.2.3 三维全国态锂电池的ALD制备 427
    12.2.4 电极材料的表面修饰 429
    12.2.5 ALD抑制锂金属枝晶 434
    12.2.6 小结 440
    12.3 原子层沉积技术在大阳能电池领域的应用 441
    12.3.1 纳米结构光电极的ALD制备 441
    12.3.2 基于ALD的电极表面钝化 444
    12.3.3 基于ALD的电极表面钝化 446
    12.3.4 基于ALD的能带调控 448
    12.3.5 ALD在钙钛矿太阳能电池中的应用 449
    12.3.6 小结 451
    12.4 其他应用 452
    12.4.1 ALD技术在超级电容器领域的应用 452
    12.4.2 ALD技术在燃料电池领域的应用 456
    12.4.3 ALD技术在光电化学分解水领域的应用 460
    12.4.4 ALD技术在大阳能光热转化领域的应用 465
    12.5 展望与挑战 467
    参考文献 467
    13.2.1 静态颗粒上的原子层沉积 479
    13.2.2 流化床原子层沉积 480
    13.2.3 旋转式原子层沉积 484
    13.2.4 高深宽比结构的原子层沉积 486
    13.3 负载型金属催化剂的ALD 合成及其应用 489
    13.3.1 负载型金属催化剂的ALD 合成 489
    13.3.2 负载型金属催化剂的稳定化 494
    13.3.3 应用举例 495
    13.4 氧化物催化剂的ALD合成及其应用 497
    13.4.1 氧化物催化剂的ALD合成 497
    13.4.2 应用举例 500
    13.5 单原子催化剂的ALD合成及其应用 503
    13.5.1 单原子催化剂及其ALD合成、应用的概述 504
    13.5.2 单原子催化剂的ALD制备、表征与应用举例 507
    13.5.3 基于ALD的单原子催化剂的展望与挑战 514
    参考文献 515
    第14章 原子层沉积在含能材料领域的应用 520
    14.1 引言 520
    14.2 原子层沉积技术在可控合成亚稳态分子间复合物方面的应用 521
    14.2.1 双组分亚稳态分子间复合物 521
    14.2.2 多组分亚稳态分子间复合物 527
    14.3 原子层沉积技术在提升含能材料安全性方面的应用 529
    14.3.1 高能固体燃料 529
    14.3.2 高能炸药 533
    14.4 原子层沉积技术在改善含能材料稳定性方面的应用 535
    14.4.1 高能固体燃料 535
    14.4.2 高能氧化剂 540
    14.5 原子层沉积技术在精准构建燃烧催化剂方面的应用 541
    14.5.1 高氯酸铵复合型燃烧催化剂 542
    14.5.2 负载型金属氧化物燃烧催化剂 543
    参考文献 548
    第15章 原子层沉积在生物医学领域的应用 551
    15.1 引言 551
    15.2 基于生物模板和仿生的原子层沉积 551
    15.2.1 蛋白质基纳米结构 552
    15.2.2 肽聚集体 553
    15.2.3 天然纤维 554
    15.2.4 图案型生物材料 556
    15.2.5 生物矿化结构 559
    15.3 基于聚合物的原子层沉积 559
    15.3.1 聚合物基体上原子层沉积反应机理 560
    15.3.2 原子层沉积在聚合物基体上的应用 564
    15.4 生物相容性涂层原子层沉积及其应用 566
    15.4.1 ALD生长生物相容性涂层 566
    15.4.2 植入支架方面的应用 568
    15.4.3 牙科材料方面的应用 571
    15.5 原子层沉积薄膜在生物医学领域的其他应用 573
    15.5.1 生物传感器 573
    15.5.2 生物检测 575
    15.5.3 生物电子器件 575
    参考文献 576
    第16章 原子层沉积在其他领域的应用 581
    16.1 引言 581
    16.2 原子层沉积在封装领域的应用 581
    16.2.1 有机发光二极管的封装 583
    16.2.2 有机钙钛矿太阳能电池的封装 590
    16.3 原子层沉积在金属防腐保护领域的应用 591
    16.4 原子层沉积在分离膜领域的应用 596
    16.5 小结 600
    参考文献 600
    17.2 原子层刻蚀原理 606
    17.2.1 基本原理 606
    17.2.2 等离子体原子层刻蚀原理 608
    17.2.3 热原子层刻蚀原理 612
    17.2.4 原子层刻蚀的特点 619
    17.3 原子层刻蚀材料 621
    17.3.1 等离子体原子层刻蚀材料 621
    17.3.2 热原子层刻蚀材料 626
    17.4 原子层刻蚀的应用 629
    17.5 展望与挑战 631
    参考文献 632
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