1. 原子层沉积技术
ALD技术也叫原子层外延技术，其基本原理是将前驱气体交替脉冲式进入腔体，在衬底上通过化学反应形成薄膜。通常ALD技术制备薄膜由多个周期循环往复，每个周期包含4个步骤：
(1)脉冲步骤1(Pulse1)：将第一种前驱气体通过惰性气体脉冲式通入腔体内，并在衬底表面形成化学吸附；
(2)净化步骤1(Purge1)：腔体内通入惰性气体，未在衬底表面吸附的多余第一种前驱气体通过惰性气体排出腔体外；
(3)脉冲步骤2(Pulse2)：将第二种前驱气体通过惰性气体脉冲式通入腔体内，并与化学吸附在衬底表面的第一种前驱气体发生反应；
(4)净化步骤2(Purge2)：腔体内通入惰性气体，未在衬底表面吸附的多余第二种前驱气体通过惰性气体排出腔体外。
可以看出，ALD技术是通过控制生长周期的次数来控制薄膜的厚度、成分，因此具有易控制的特点。表1给出几种常用淀积薄膜方法的比较。
表1 几种常用薄膜生长方法的比较
可以看出，ALD技术除了淀积速率较慢外，具有以下优势：
(1)通过气体化学吸附，衬底能够大面积均匀覆盖薄膜；
(2)薄膜生长所需的淀积温度低；
(3)通过控制循环次数来控制膜厚，能够淀积精度较高的薄膜，薄膜厚度越薄，ALD技术优势越明显；
(4)可以淀积不同元素组份的薄膜，且容易控制。
本文淀积Al2O3薄膜的设备如图1所示。样品的加热温度为20-350℃，Al2O3折射率可达1.75(@632nm)，200℃下生长速率为1A/min。ALD技术制备Al2O3的前驱气体通常是三甲基铝(Al(CH3)3，缩写为TMA)和水蒸气(H2O)，其循环过程为：
(1)通入的第一种前驱气体TMA与Al2O3自带的AlOH*羟基发生反应，生成Al、O、Al(CH3)2
*和CH4气体，反应式如式(1)所示；
AlOH*+Al(CH3)3→Al0-O-Al(CH3)2*+CH4 (1)
(2)通入的第二种前驱气体H2O与第一步的Al(CH3)2*发生反应形成AlOH*和CH4气体，反应式如式(2)所示；
Al(CH3)*+H2O→AlOH*+CH4 (2)
(3)通入惰性气体，将CH4气体排除腔体外。
图1 原子层沉积设备
2. Al2O3作介质层的优势
人们起初使用SiO2作为介质层，但随着器件特征尺寸越来越小，介质层越来越薄，极易引发隧穿效应形成隧穿电流，因此需要寻找质量较高的高κ材料作为介质层。在GaN基MOS器件中，Al2O3相较于其他介质材料具有以下优势：
(1)Al2O3材料耐压性好，击穿场强高(10-30MV/cm)；
2)与Si3N4相比，相同厚度下，Al2O3栅极电容特性较好；相同栅电容下，Al2O3介电常数更高，介质层越厚，绝缘性能越好；
(3)与HfO2相比，Al2O3结晶温度较高，在高温时不易出现晶化现象;
(4)Al2O3介电常数和禁带宽度均较大，能与GaN表面形成更大能带偏移，降低栅极漏电流；
(5)Al2O3提高了沟道的电子迁移率和电子饱和速率，提高了器件的输运特性；
(6)Al2O3为非晶态结构，具有各向异性，不易引发栅极漏电流增大现象。