Atomikerroksen kerrostaminen on kemiallinen prosessi, jota käytetään mikroprosessorien, optisten kalvojen ja muiden synteettisten ja orgaanisten ohutkalvojen valmistuksessa antureille, lääketieteellisille laitteille ja kehittyneelle elektroniikalle, jossa vain muutaman atomin paksuinen materiaalikerros kerrostetaan tarkasti alustalle . Atomikerrosten kerrostamiseen on useita lähestymistapoja ja menetelmiä, ja siitä on tullut olennainen piirre nanoteknologian tutkimuksessa ja materiaalitieteellisessä tutkimuksessa sähkötekniikassa, energia- ja lääketieteellisissä sovelluksissa. Prosessiin liittyy usein atomikerroksen epitaksi tai molekyylikerroksen epitaksi, jossa hyvin ohut kerros kiteistä ainetta metallin tai puolijohtavan piiyhdisteen muodossa kiinnitetään paksumman samankaltaisen kerroksen pintaan.
Ohutkalvon kerrostaminen on tuotetutkimuksen ja -tuotannon alue, joka vaatii useiden tieteenalojen asiantuntemusta, koska käyttökelpoisten laitteiden ja materiaalien valmistuksessa on käytettävä hienoa kontrollikerrosta. Siihen liittyy usein tutkimusta ja kehitystä fysiikassa, kemiassa ja erilaisissa tekniikoissa mekaanisesta kemian tekniikkaan. Kemian tutkimus määrittää, miten kemialliset prosessit tapahtuvat atomi- ja molekyylitasolla ja mitkä ovat itserajoittavia tekijöitä kiteiden ja metallioksidien kasvulle, jotta atomikerroksen kerrostuminen voi johdonmukaisesti tuottaa kerroksia, joilla on yhtenäiset ominaisuudet. Kemialliset reaktiokammiot atomikerroksen saostamiseksi voivat tuottaa 1.1 angströmin eli 0.11 nanometrin materiaalin kerrostumisnopeutta reaktiosykliä kohden kontrolloimalla eri reagoivien kemikaalien määrää ja kammion lämpötilaa. Yleisiä tällaisissa prosesseissa käytettäviä kemikaaleja ovat piidioksidi, SiO2; magnesiumoksidi, MgO; ja tantaalinitridi, TaN.
Orgaanisten kalvojen kasvattamiseen käytetään samankaltaista ohutkalvon kerrostustekniikkaa, joka yleensä alkaa orgaanisten molekyylien fragmenteista, kuten erityyppisistä polymeereistä. Hybridimateriaaleja voidaan myös valmistaa käyttämällä orgaanisia ja epäorgaanisia kemikaaleja käytettäväksi tuotteissa, kuten stentteissä, jotka voidaan sijoittaa ihmisen verisuoniin ja päällystää ajanvapauttavilla lääkkeillä sydänsairauksien torjumiseksi. Kanadan kansallisen nanoteknologiainstituutin Albertan tutkijat ovat luoneet samanlaisen ohutkalvokerroksen, jossa on perinteinen ruostumattomasta teräksestä valmistettu stentti tukemaan romahtaneita valtimoita vuodesta 2011. Ruostumattomasta teräksestä valmistettu stentti on päällystetty ohuella lasipitoisella kerroksella, jota käytetään alusta, johon sitoa sokerihiilihydraattimateriaalia, jonka paksuus on noin 60 atomikerrosta. Hiilihydraatti vuorovaikuttaa immuunijärjestelmän kanssa positiivisella tavalla estääkseen kehoa kehittämästä hylkäysvastetta valtimon terässtentin esiintymiselle.
Atomikerroksen kerrostamisessa käytetään satoja kemiallisia yhdisteitä, ja ne palvelevat monia tarkoituksia. Yksi laajimmin tutkituista vuodesta 2011 on korkean k-eristeisten materiaalien kehittäminen integroitujen piirien teollisuudessa. Kun transistorit pienenevät ja pienenevät alle 10 nanometrin koon, prosessi, joka tunnetaan kvanttitunnelina, jossa sähkövaraukset vuotavat eristävien esteiden yli, tekee perinteisen piidioksidin käytön transistoreille epäkäytännölliseksi. Korkea-k dielektriset materiaalikalvot, joita testataan atomikerroksen kerrostumassa korvaamina, ovat zirkoniumdioksidi, ZnO2; hafniumdioksidi, HfO2; ja alumiinioksidi, Al2O3, koska nämä materiaalit osoittavat paljon paremman tunnelinkestävyyden.