原子层沉积系统主要由反应室、前驱体输送系统、气体控制系统和真空系统等部分构成。反应室是核心反应区域，需营造均匀的温度和压力环境，常见的有冷壁与热壁两种设计，分别通过冷却或加热反应室壁，实现对前驱体反应的精准调控。前驱体输送系统包含前驱体源及输送管道，保障前驱体稳定供应。气体控制系统则负责精确控制前驱体和惰性气体的引入与冲洗流程。真空系统的作用不容小觑，它维持低压环境，为气体流动和反应的可控性提供坚实保障。
在工作原理方面，原子层沉积系统借助气相前驱体脉冲交替通入反应器，使其在沉积基体上化学吸附并反应，进而形成沉积膜。沉积过程中，新一层原子膜的化学反应与前一层紧密相关，每次反应仅沉积一层原子，呈现出自限制性。具体存在化学吸附自限制和顺次反应自限制两种机制。化学吸附自限制时，第一种前驱体在基体表面化学吸附，第二种前驱体与之反应，直至表面第一种前驱体耗尽，反应自动停止，如此循环成膜；顺次反应自限制则由活性前驱体与活性基体材料表面化学反应驱动，每个半反应完成后材料表面功能基团改变，沉积完成时表面恢复初始活化基团状态。
原子层沉积系统在众多领域展现出广阔应用前景。在微纳电子领域，可用于制造晶体管栅极介电层和金属栅电极，助力提升芯片性能；微电子机械系统（MEMS）中，能够对器件表面进行精确修饰；光电子材料和器件方面，可用于制备高质量的光学薄膜，改善光学性能；集成电路互连线扩散阻挡层、平板显示器、互连线势垒层等领域也都离不开它的身影。此外，在各类薄膜（小于 100nm）制备中，原子层沉积系统能凭借其原子级厚度控制能力，实现对薄膜厚度、成份和结构的高度精准调控。
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