有机金属和金属卤化物前体在SiO₂表面上的吸附在薄膜沉积工艺如原子层沉积（ALD）中起着重要作用。在氧化铝（Al₂O₃）膜的情况下，生长特性受到前体结构的影响，前体结构控制沉积期间的化学反应性和几何约束。

近日，斯坦福大学Stacey F. Bent采用一系列Al(CH₃)_xCl_3−x(x=0，1，2，3)和Al(C_yH_2y+1)₃(y=1，2，3)前驱体，结合实验光谱技术、密度泛函理论（DFT）计算和蒙特卡罗模拟对前驱体分子间的差异进行了系统的研究。

文章要点

1）结果表明，反应性和空间位阻共同影响ALD的表面反应。前驱体中氯配体数量的增加使沉积温度升高，这归因于由于更高的Lewis酸度而使中间物种更有利地结合，而前驱体之间的差异被证明是由于吸附活化势垒和依赖于尺寸的饱和覆盖率的变化而导致的。

2）理论和实验结果的比较表明，Al(C_yH_2y+1)₃前驱体在表面吸附时容易发生两次配体交换反应，而Al(C_yH_2y+1)₃前驱体吸附时只有一次Cl-配体交换反应。通过对ALD前体的第一性原理设计，结合薄膜生长的实验分析，这项工作使人们能够充分了解前体化学对ALD过程的影响。

参考文献

Il-Kwon Oh, et al, Elucidating the Reaction Mechanism of Atomic Layer Deposition of Al₂O₃ with a Series of Al(CH₃)_xCl_3−x and Al(C_yH_2y+1)₃ Precursors, J. Am. Chem. Soc., 2022

DOI: 10.1021/jacs.2c03752

https://doi.org/10.1021/jacs.2c03752