来源：厦门毅睿科技有限公司官网

原子层沉积（ALD）技术凭借其独特的自限制表面化学反应原理，在诸多行业中发挥着关键作用。而不同类型的 ALD 设备在性能和应用领域上存在显著差异，以满足多样化的工业需求。

一、按反应机理分类的设备差异

1.1 热 ALD 设备

热 ALD 设备是最基础的 ALD 设备类型。其工作原理基于热驱动的化学反应，在相对较高的温度环境下（通常为 200 - 500℃），前驱体分子被加热气化后，交替通入反应腔室与基底表面发生化学吸附反应。例如在沉积氧化铝薄膜时，铝源前驱体（如三甲基铝，TMA）和氧源前驱体（如水汽，H₂O）在基底表面依次进行反应，通过精确控制反应温度、气体脉冲时间和循环次数，实现原子级别的薄膜生长。

性能方面，热 ALD 设备的优势在于能够沉积出高度纯净、结晶质量良好的薄膜，因为热反应有助于前驱体分子充分反应，减少杂质残留。同时，其薄膜的台阶覆盖率和厚度均匀性表现出色，在具有高深宽比的纳米结构（如半导体通孔、MEMS 器件深槽）中，仍能保持优异的台阶覆盖率（>95%）与厚度均匀性（±5% 以内）。然而，热 ALD 设备也存在局限性，较高的反应温度限制了其在对温度敏感基底材料（如部分塑料、有机材料）上的应用，且沉积速率相对较慢，通常 < 0.1nm/min，这在一定程度上影响了生产效率。

在应用领域上，热 ALD 设备广泛应用于半导体制造中的高 k 介质层沉积，如在 10nm 及以下制程的芯片中，沉积 HfO₂、ZrO₂等高 k 材料作为栅极氧化层，有效降低栅极漏电流，提升晶体管性能与芯片集成度。在光伏产业中，热 ALD 设备可用于制备硅基电池表面的钝化膜，如 PERC 电池中的 Al₂O₃钝化膜，减少光生载流子复合，提高电池光电转换效率。此外，在催化材料领域，热 ALD 设备可在多孔载体表面沉积活性金属原子，制备高活性的纳米催化剂。

1.2 等离子体增强 ALD（PE - ALD）设备

PE - ALD 设备引入了等离子体技术，通过等离子体激发前驱体分子，使其在较低温度下（通常为 50 - 300℃）就能发生反应，极大地拓展了 ALD 技术的应用范围。在 PE - ALD 过程中，等离子体源（如射频等离子体、微波等离子体）将前驱体气体激发成活性离子或自由基，这些活性物种与基底表面反应活性更高，沉积速率更快。

来源：厦门毅睿科技有限公司面向7nm以下先进工艺的微波等离子体增强原子层沉积（MW-PEALD）系统

性能上，PE - ALD 设备的突出优势是能够在低温下进行薄膜沉积，这使得它可以在对温度敏感的基底上，如柔性电子器件的塑料衬底、生物医疗领域的聚合物材料上实现高质量薄膜沉积。同时，由于等离子体的激发作用，PE - ALD 设备的沉积速率相较于热 ALD 设备有显著提升，可达到 0.1 - 0.5nm/min 甚至更高。此外，通过调节等离子体参数（如功率、频率、气体流量比等），能够精确调控薄膜的成分、结构和性能，制备出具有特殊性能的薄膜，如具有特定取向的晶体薄膜、梯度成分薄膜等。不过，等离子体的引入也可能带来一些问题，如等离子体中的高能粒子可能对基底表面造成一定损伤，需要精确控制等离子体参数以避免这种情况。

应用领域方面，PE - ALD 设备在半导体制造的先进封装工艺中具有重要应用，可用于制备高质量的阻挡层和互连层薄膜，提升 3D IC 封装的电气可靠性与热稳定性。在新型显示技术中，如 OLED、Micro - LED 显示，PE - ALD 设备可在低温下在玻璃或塑料衬底上沉积有机功能薄膜和无机薄膜，用于改善显示性能、提高器件寿命。在生物医疗领域，PE - ALD 设备用于在生物传感器表面沉积敏感薄膜，提升传感器对疾病标志物的检测灵敏度与选择性；在植入器械表面沉积生物相容性薄膜，降低免疫反应风险，延长器械使用寿命。

1.3 光辅助 ALD 设备

光辅助 ALD 设备利用光辐射（如紫外光、可见光）来促进前驱体分子的反应。光的作用可以降低反应活化能，使反应在更温和的条件下进行，同时能够实现对薄膜生长过程的精确控制。在光辅助 ALD 过程中，光照射到前驱体分子或基底表面，激发分子内的电子跃迁，产生激发态分子，这些激发态分子具有更高的反应活性，从而加速薄膜沉积过程。

从性能来看，光辅助 ALD 设备的优势在于能够实现更精准的薄膜生长控制，通过调节光的波长、强度和照射时间，可以精确调控薄膜的生长速率、厚度和成分。例如，在制备纳米结构的薄膜时，光的局域作用可以实现选择性区域沉积，制备出具有复杂图案的薄膜结构。此外，光辅助 ALD 设备在低温下也能高效工作，对基底材料的兼容性较好，且能减少因高温或等离子体作用可能带来的基底损伤。然而，光辅助 ALD 设备对光学系统要求较高，设备成本相对较高，且光的传输和吸收在复杂反应腔室环境中存在一定挑战，需要精细的光学设计和优化。

在应用领域，光辅助 ALD 设备在纳米光子学领域具有重要应用，可用于制备高性能的光学薄膜，如用于光波导、微纳光学器件的低损耗介质薄膜和高反射率金属薄膜。在量子计算领域，光辅助 ALD 设备用于制备量子比特所需的高质量薄膜，保障量子比特的稳定性与相干性，为量子计算机的发展提供关键技术支撑。在柔性电子领域，光辅助 ALD 设备可在柔性衬底上实现高精度的薄膜图案化沉积，助力柔性显示、可穿戴电子设备等产品性能提升，推动柔性电子产业向轻薄化、高性能方向发展。

二、按设备结构与产能分类的差异

2.1 单腔室 ALD 设备

单腔室 ALD 设备结构相对简单，仅有一个反应腔室用于进行薄膜沉积。在每个沉积循环中，前驱体气体、惰性气体依次通入该腔室完成反应。这种设备的优点是成本较低，设备占地面积小，易于维护和操作，且在小批量、研发性质的薄膜制备任务中具有较高的灵活性。由于只有一个腔室，能够方便地对工艺参数进行调整和优化，适用于对新薄膜材料、新工艺的探索性研究。例如，科研机构在研发新型二维材料薄膜时，可利用单腔室 ALD 设备，通过不断尝试不同的前驱体组合和工艺条件，快速获取实验数据，优化薄膜制备工艺。

然而，单腔室 ALD 设备的产能较低，每次只能处理一片或少量几片基底，不适合大规模工业化生产。在工业生产中，尤其是对产量需求巨大的半导体芯片制造、光伏电池生产等行业，单腔室 ALD 设备的生产效率无法满足要求。因此，单腔室 ALD 设备主要应用于高校、科研院所的实验室研究，以及一些对产量要求不高、对薄膜质量和工艺灵活性要求较高的小众高端制造领域，如制备用于高端光学仪器的特殊薄膜、生物医疗领域的定制化植入器械表面薄膜等。

2.2 多腔室 ALD 设备

多腔室 ALD 设备由多个反应腔室组成，通常具备自动化的基底传输系统。不同的反应腔室可以同时进行不同阶段的沉积反应，或者针对同一批基底进行连续的多步沉积工艺。例如，在半导体芯片制造中，可能需要在芯片表面依次沉积多种不同材料的薄膜，多腔室 ALD 设备可以在不同腔室分别完成高 k 介质层、金属栅极层等的沉积，通过自动化传输系统将芯片在各腔室间高效转移，大大提高了生产效率。

来源：厦门毅睿科技官网

性能上，多腔室 ALD 设备显著提升了产能，相比单腔室设备，其每小时能够处理更多数量的基底，满足大规模工业化生产的需求。同时，由于各腔室分工明确，能够更好地控制每个沉积步骤的工艺参数，进一步提高薄膜质量的一致性和稳定性。不过，多腔室 ALD 设备结构复杂，成本较高，设备的安装、调试和维护需要专业的技术团队，对操作人员的要求也更高。

在应用领域，多腔室 ALD 设备广泛应用于半导体制造产业，满足大规模芯片生产对薄膜沉积的高精度、高产能需求。在光伏产业中，随着光伏电池产能的不断扩张，多腔室 ALD 设备也逐渐成为主流，用于高效光伏电池的大规模生产，如在 TOPCon 电池的量产中，多腔室 ALD 设备可快速、精确地在大量电池片表面沉积隧穿层、钝化层等关键薄膜。此外，在一些对产品一致性要求极高的高端制造业，如汽车传感器制造、高端医疗器械制造等领域，多腔室 ALD 设备也发挥着重要作用，用于生产高质量、性能一致的产品。

2.3 批量式 ALD 设备

批量式 ALD 设备专门为大规模批量生产设计，能够同时处理大量的基底。它通常采用独特的反应腔室设计，如旋转圆盘式、连续式输送带等结构，使大量基底能够在同一时间内接受薄膜沉积处理。以旋转圆盘式批量 ALD 设备为例，多个基底被放置在可旋转的圆盘上，圆盘在反应腔室内旋转，依次经过前驱体气体通入区、惰性气体吹扫区等不同功能区域，实现薄膜的逐层沉积。

批量式 ALD 设备在产能方面具有绝对优势，能够在短时间内完成大量基底的薄膜沉积，极大地提高了生产效率，降低了单位产品的生产成本。例如，在光伏产业中，微导纳米推出的 “夸父” 批量式 ALD 系统，产能较上一代产品提升 10%，在维持卓越设备性能的同时，有效满足了光伏电池片大规模生产的需求。在性能方面，通过优化反应腔室的气体流场分布、温度均匀性控制等技术手段，批量式 ALD 设备能够保证在处理大量基底时，薄膜的厚度均匀性和质量一致性与单腔室或多腔室设备相当。然而，批量式 ALD 设备的初始投资成本极高，且设备的工艺调整相对复杂，一旦确定生产工艺，后期更改工艺参数可能需要较长时间的调试和验证。

其应用领域主要集中在对产品需求量巨大、对成本控制较为严格的行业，如光伏产业是批量式 ALD 设备的重要应用领域，大规模的光伏电池片生产需要高效、低成本的薄膜沉积设备，批量式 ALD 设备正好满足这一需求。在 LED 照明产业中，批量式 ALD 设备用于在大量 LED 芯片表面沉积保护膜、荧光粉层等，提高 LED 的发光效率和稳定性，实现大规模生产。此外，在一些新兴的大规模制造业，如锂离子电池电极材料的表面镀膜、大规模生产的微机电系统（MEMS）器件的薄膜制备等领域，批量式 ALD 设备也开始得到广泛应用。