1. GaCl₃ 作为 ALD 前驱体的核心特点
GaCl₃（氯化镓）因其独特的化学性质，被广泛验证为沉积 Ga₂O₃、GaN、GaS 等Ⅲ族化合物薄膜的优质前驱体，特别适用于 亚 1nm～几 nm 级的界面工程。
其优势包括：
(1) 挥发性与热稳定性适中
固态 GaCl₃ 在较低温度下就能形成可控蒸汽压（60–120 ℃即可稳定供气）。
不易发生热分解，适合自限制反应的 ALD 工艺窗口。
(2) 高纯度（5N）保证界面膜超低缺陷
5N 高纯度（99.999%）可确保沉积膜中 金属杂质、碳杂质、氧氯缺陷 被严格控制。
薄膜的电学性能、漏电流和介面态密度显著降低。
(3) 与多种共反应物兼容
GaCl₃ 可与以下反应物形成典型 ALD 自限反应：
H₂O / O₃ → Ga₂O₃（高品质超薄氧化镓）
NH₃ / N₂H₄ → GaN（高迁移率界面层）
H₂S → GaS（二硫化镓类二维材料）
2. GaCl₃ 在 ALD 超薄界面膜中的关键应用
(1) MOSFET / HEMT 器件中的界面钝化层
适用材料体系：
| 体系 | 作用膜层 | ALD 膜厚 | GaCl₃ 的贡献 |
| | | -- | |
| GaN HEMT | Ga₂O₃、GaN | 0.5–5 nm | 降低界面态、抑制漏电 |
| Si/High-k | Ga₂O₃ | <1 nm | 提升栅介质可靠性、增强热稳定性 |
| SiC 功率器件 | Ga₂O₃ | 1–3 nm | 抑制界面缺陷密度（Dit） |
Ga₂O₃ 的高禁带宽度（4.8–5.1 eV）使其成为优质的界面钝化材料。
(2) 固态电池界面膜（SEI/CEI）
GaCl₃-ALD 膜可用作：
固液界面的 超薄防腐保护层
固态电解质 / 电极界面稳定层
提升界面离子导通性
Ga₂O₃ 层稳定性高，可避免电解液腐蚀，提高循环寿命。
(3) 二维材料（MoS₂、GaS）界面工程
GaCl₃-ALD 可沉积 原子级 GaS 或高质量 Ga₂O₃，用于：
调控二维材料能带结构
提升电子迁移率
增强器件稳定性
适用于下一代柔性电子与高频器件。
(4) 化合物半导体外延前界面清洗 / 钝化
利用 ALD Ga₂O₃ 可：
抑制 GaN 表面氧化缺陷
增强外延层成核均匀性
提高外延片迁移率和击穿电压
适合 GaN、Ga₂O₃、InGaN 等外延工艺。
3. GaCl₃ 用于 ALD 的反应机理（专业版）
GaCl₃ + H₂O（或 O₃） → Ga–O 键的形成
典型反应步骤（以 H₂O 为例）：
步进反应：
1. 吸附：
GaCl₃ (g) → GaCl₃*（结合到表面羟基）
2. 配体交换：
GaCl₃+ –OH→ –O–GaCl₂+ HCl (g)
3. 水脉冲处理：
GaCl₂+ 2H₂O → –Ga(OH)₂+ 2HCl (g)
4. 脱水成膜：
加热后：2 –Ga(OH)₂→ Ga₂O₃ + 2H₂O
这是纯粹的 ALD 自限制反应，保证了单层生长控制。
4. 利用 GaCl₃ 实现的 ALD 薄膜性能
(1) Ga₂O₃ 薄膜
厚度均匀性：优于 ±1%
氯残留极低（<10⁻³）
介电常数：8–14
可形成优质绝缘界面
(2) GaN 超薄膜
适用于高频、微波器件界面
可在低温（≤350 ℃）沉积
兼容 Si、SiC、GaN 基底
(3) GaS 2D 薄膜
用于光电、传感器、柔性器件
可实现亚 1 nm 级层控生长
5. 产业化前景
GaCl₃-ALD 的典型应用方向
1. GaN HEMT / p-GaN 栅界面优化
2. 功率器件外延前钝化（SiC、GaN）
3. 高 k 栅介质界面处理
4. 固态电池薄膜工程
5. 二维材料电子学（MoS₂、GaS、BP 等）
6. 新型超宽禁带半导体（β-Ga₂O₃）工艺
GaCl₃ 在 ALD 超薄界面膜领域具备不可替代的地位。其高纯度、稳定性与优异的化学反应特性使其能够实现原子级精度的 Ga₂O₃、GaN、GaS 等薄膜沉积，是未来高性能功率器件、射频器件、固态电池和先进逻辑器件的关键材料。