10月16日，利用原子层沉积（ALD）专利技术进行材料性能优化的Forge Nano公司宣布获得通用汽车旗下负责风投业务GM Ventures的1000万美元投资，而加上此次C轮融资，Forge Nano已募资过亿（美元），投资者中不乏大众汽车、三井金属、LG、住友集团、Air Liquide、软银SBI Investment等人们耳熟能详的名字。能够众多工业科技金融巨头关注和投资当然有点东西，本文就来聊聊Forge Nano以及它的核心Atomic Armor™专利技术。
Forge Nano是一家总部位于美国科罗拉多州丹佛市的材料科技公司，通过原子层沉积技术和设备，为众多行业用户提供从粉体到器件的纳米级表面涂层改性服务。
一、原子层沉积（ALD）原理及工艺
原子层沉积（ALD）简单说是一种基于自限性化学反应，能够精确控制薄膜厚度的薄膜沉积技术。所谓自限性化学反应就是该反应进程会自然停止在某个特定的状态，而不会继续生成更多的产物。比如原子层沉积，通过交替引入两种前驱体气体，前驱体分子会与表面活性位点发生反应，在基材表面形成单层原子或分子。每个活性位点通常只能反应一次，可反应的位点都被占据，反应就会停止。此时，排出多余的前驱体和反应副产物，引入第二种前驱体气体，该气体会与第一步形成的薄膜反应，进一步沉积下一层原子。周而复始交替引入前驱体，逐层沉积，直到达到所需的薄膜厚度。
原子层沉积（ALD）流程示意图（图源：Forge Nano，下同）
如上图所示，ALD可以通过多次重复反应来非常精确地控制薄膜的厚度，薄膜具有良好的均匀性和一致性，且附着力通常较强，适合在苛刻环境中使用。关于ALD工艺装备和相关前驱体气体分类的详细介绍，请参考阅读：
二、原子层沉积（ALD）解决方案及装备
选择将原子层沉积（ALD）商业化，Forge Nano给出的理由是：这是目前唯一能够提供埃级精度化学键合涂层的沉积技术，这种使用气相反应步骤逐个原子层构建的涂层具有均匀的厚度，即使在多孔基材上也几乎没有针孔。该公司要做的就是开发高通量工艺，可以经济地生产出经济实惠的纳米涂层材料。Forge Nano将设备划分为实验室级、中试级和批量级三个阶梯，下文重点介绍，也是产业界最关注的批量级设备上。
1.粉末
LITHOS系统用于涂覆从纳米粉末到颗粒的基材，批量大小范围为10–1000公斤。为提高气体与固体的接触，反应釜采用旋转搅拌作业。
批量级LITHOS系统
旋转搅拌反应釜的处理能力超过1.2吨/天
文章开头提到通用汽车对Forge Nano的投资，其中就包括一项战略合作伙伴协议，可能利用Forge Nano的高通量ALD设备来涂覆通用汽车电动汽车电池的阴极活性材料，以提高性能和使用寿命。Forge Nano将在科罗拉多州总部制造原型锂离子电池，充分展示出这项粉体改性技术的能力。值得一提的是，美国能源部对这项技术支持并提供了巨额资助，Forge Nano就此成立了Forge Battery分公司，预计从2026年开始以每年1GWh的速度生产商业锂离子电池，并将工厂扩大到每年3GWh，其首款通过验证的商业产品比能量达到300Wh/kg。
2.半导体
TEPHRA™系统是一种晶圆ALD涂层集群平台，可满足200mm及以下规格晶圆的金属阻隔超薄、均匀、无针孔的薄膜制备，服务于先进封装、功率半导体、射频器件 (RFD)、microLED、微机电系统 (MEMS) 等。
TEPHRA™系统ALD涂层集群
可为硅通孔和玻璃通孔工艺进行高纵横比涂层作业
关联到AI以及相关硬件，该设备可以为先进的3D集成封装（包括硅通孔和玻璃通孔）提供高深宽比结构（超越10:1的纵横比）的氮化物和金属沉积。而这已经对等离子增强化学气相沉积（PECVD）工艺发起挑战并正在进行替代——等离子体使用高能离子化学基团和紫外线辐射会破坏半导体表面的精细状态。这些表面状态的的存在会导致跳跃导电，从而降低栅极的击穿电压。ALD的热性质不需要破坏性等离子体或高能离子进行沉积，有助于保持精细的表面电子状态，并提高电路可靠性。
小结
Forge Nano开发的实验室级（桌面）旋转式设备可进行微量（100ml）样品涂层研究，中试级流化床设备则兼顾前驱体与样品接触，并有效提升单批次产能。展望应用市场，比如制药，药用粉末主要是有机固体，其流动性、润湿性、压实性和分散性较差，ALD涂层在胶囊、片剂、丸剂、吸入剂或眼药等生产中可增强加工性能；比如3D打印，金属合金粉末会因为氧化影响烧结和产品性能，ALD涂层可用于保障粉体质量延长保质期；还比如金属软磁材料，铁磁颗粒之间的ALD涂层可阻断电流循环，从而有效减少涡流损耗……
随着相关设备和工艺的完善，随着应用端对材料和器件性能要求的提升，ALD涂层在粉体工业领域的印象里还将持续提升，成为不可忽视的产业升级推动力！
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