Plasmaelektroner kan bruges til at fremstille metalliske film

computere, mobiltelefoner og alle andre elektroniske enheder indeholder tusindvis af transistorer forbundet med tynde metalfilm. Forskere ved Linköpings Universitet, Sverige, har udviklet en metode, der kan bruge elektronerne i et plasma til at producere disse film.

Processorerne, der bruges i nutidens computere og telefoner, består af milliarder af bittesmå transistorer forbundet med tynde metalliske film. Forskere ved Linköpings Universitet, LiU, har nu vist, at det er muligt at skabe tynde film af metaller ved at lade de frie elektroner i et plasma spille en aktiv rolle. Et plasma dannes, når der tilføres energi, der river elektroner væk fra atomerne og molekylerne i en gas, at producere en ioniseret gas. I vores hverdag, plasmaer bruges i lysstofrør og i plasmaskærme. Metoden udviklet af LiU-forskerne ved at bruge plasmaelektroner til at producere metalliske film er beskrevet i en artikel i J ural for Vacuum Science &Technology .

"Vi kan se flere spændende anvendelsesområder, såsom fremstilling af processorer og lignende komponenter. Med vores metode er det ikke længere nødvendigt at flytte substratet, som transistorerne er skabt på, frem og tilbage mellem vakuumkammeret og et vandbad, hvilket sker omkring 15 gange pr. processor, ”siger Henrik Pedersen, professor i uorganisk kemi ved Institut for Fysik, Kemi og biologi ved Linköpings universitet.

En almindelig metode til at skabe tynde film er at indføre molekylære dampe indeholdende de atomer, der er nødvendige for filmen, i et vakuumkammer. Der reagerer de med hinanden og den overflade, som den tynde film skal dannes på. Denne veletablerede metode er kendt som kemisk dampaflejring (CVD). For at producere film af rent metal ved CVD, der kræves et flygtigt forløbermolekyle, der indeholder det interessante metal. Når prækursormolekylerne er blevet absorberet på overfladen, overfladekemiske reaktioner, der involverer et andet molekyle, er nødvendige for at skabe en metalfilm. Disse reaktioner kræver molekyler, der let donerer elektroner til metalionerne i precursormolekylerne, sådan at de reduceres til metalatomer, i det, der er kendt som en "reduktionsreaktion". LiU-forskerne vendte i stedet deres opmærksomhed mod plasmaer.

"Vi ræsonnerede, at det, overfladekemi-reaktionerne havde brug for, var frie elektroner, og disse er tilgængelige i et plasma. Vi begyndte at eksperimentere med at lade precursor-molekylerne og metalionerne lande på en overflade og derefter tiltrække elektroner fra et plasma til overfladen, ”siger Henrik Pedersen.

Forskere i uorganisk kemi og i plasmafysik ved IFM har samarbejdet og demonstreret, at det er muligt at skabe tynde metalliske film på en overflade ved hjælp af de frie elektroner i en argonplasmaudladning til reduktionsreaktionerne. For at tiltrække de negativt ladede elektroner til overfladen, de anvendte et positivt potentiale på tværs af det.

Undersøgelsen beskriver arbejde med ikke-ædle metaller som jern, kobolt og nikkel, som er svære at reducere til metal. Traditionel CVD er blevet tvunget til at bruge kraftfulde molekylære reduktionsmidler i disse tilfælde. Sådanne reduktionsmidler er vanskelige at fremstille, styre og kontrollere, da deres tendens til at donere elektroner til andre molekyler gør dem meget reaktive og ustabile. På samme tid, molekylerne skal være tilstrækkeligt stabile til at blive fordampet og indført i gasform i vakuumkammeret, hvori de metalliske film aflejres.

"Det, der kan gøre metoden ved at bruge plasmaelektroner bedre, er, at den fjerner behovet for at udvikle og håndtere ustabile reduktionsmidler. Udviklingen af ​​CVD af ikke-ædelmetaller hæmmes på grund af mangel på egnede molekylære reduktionsmidler, der fungerer tilstrækkeligt godt, og det er ikke-ædle metaller, der kan udvikle og håndtere ustabile reduktionsmidler. siger Henrik Pedersen.

Forskerne fortsætter nu med målinger, der skal hjælpe dem med at forstå og være i stand til at demonstrere, hvordan de kemiske reaktioner foregår på overfladen, hvor den metalliske film dannes. De undersøger også plasmaets optimale egenskaber. De vil også gerne teste forskellige precursor-molekyler for at finde måder at gøre de metalliske film renere på.