原子沉積系統(tǒng)是通過將氣相前驅(qū)體脈沖交替地通入反應(yīng)器并在沉積基體上化學(xué)吸附并反應(yīng)而形成沉積膜的一種方法(技術(shù))。當(dāng)前驅(qū)體達(dá)到沉積基體表面，它們會在其表面化學(xué)吸附并發(fā)生表面反應(yīng)。在前驅(qū)體脈沖之間需要用惰性氣體對原子層沉積反應(yīng)器進(jìn)行清洗。由此可知沉積反應(yīng)前驅(qū)體物質(zhì)能否在被沉積材料表面化學(xué)吸附是實(shí)現(xiàn)原子層沉積的關(guān)鍵。氣相物質(zhì)在基體材料的表面吸附特征可以看出，任何氣相物質(zhì)在材料表面都可以進(jìn)行物理吸附，但是要實(shí)現(xiàn)在材料表面的化學(xué)吸附必須具有一定的活化能，因此能否實(shí)現(xiàn)原子層沉積，選擇合適的反應(yīng)前驅(qū)體物質(zhì)是很重要的。
 

　　原子沉積系統(tǒng)的表面反應(yīng)具有自限制性(self-limiting)，實(shí)際上這種自限制性特征正是原子層沉積技術(shù)的基礎(chǔ)。不斷重復(fù)這種自限制反應(yīng)就形成所需要的薄膜。
 

　　原子層沉積的自限制特征 ：根據(jù)沉積前驅(qū)體和基體材料的不同，原子層沉積有兩種不同的自限制機(jī)制，即化學(xué)吸附自限制(CS)和順次反應(yīng)自限制(RS)過程。
 

　　化學(xué)吸附自限制沉積過程中，一種反應(yīng)前驅(qū)體輸入到基體材料表面并通過化學(xué)吸附(飽和吸附)保持在表面。當(dāng)二種前驅(qū)體通入反應(yīng)器，起就會與已吸附于基體材料表面的前驅(qū)體發(fā)生反應(yīng)。兩個(gè)前驅(qū)體之間會發(fā)生置換反應(yīng)并產(chǎn)生相應(yīng)的副產(chǎn)物，直到表面的前驅(qū)體*消耗，反應(yīng)會自動停止并形成需要的原子層。因此這是一種自限制過程，而且不斷重復(fù)這種反應(yīng)形成薄膜。
 

　　與化學(xué)吸附自限制過程不同，順次反應(yīng)自限制原子層沉積過程是通過活性前驅(qū)體物質(zhì)與活性基體材料表面化學(xué)反應(yīng)來驅(qū)動的。這樣得到的沉積薄膜是由于前驅(qū)體與基體材料間的化學(xué)反應(yīng)形成的。圖a和b分別給出了這兩種自限制反應(yīng)過程的示意圖。由圖可知，化學(xué)吸附自限制過程的是由吸附前驅(qū)體1(ML2)與前驅(qū)體2(AN2)直接反應(yīng)生成MA原子層(薄膜構(gòu)成)，主要反應(yīng)可以以方程式⑴表示。對于順次反應(yīng)自限制過程首先是活化劑(AN)活化基體材料表面；然后注入的前驅(qū)體1(ML2)在活化的基體材料表面反應(yīng)形成吸附中間體(AML)，這可以用反應(yīng)方程式⑵表示。反應(yīng)⑵隨著活化劑AN的反應(yīng)消耗而自動終止，具有自限制性。當(dāng)沉積反應(yīng)前驅(qū)體2(AN2)注入反應(yīng)器后，就會與上述的吸附中間體反應(yīng)并生成沉積原子層。