Forskere udvikler en ny atomlagsaflejringsproces

En ny måde at afsætte tynde lag af atomer som en belægning på et substratmateriale ved nær stuetemperatur er blevet opfundet ved University of Alabama i Huntsville (UAH), en del af University of Alabama System.

UAH postdoktorale forskningsmedarbejder Dr. Moonhyung Jang fik ideen til at bruge en ultralydsforstøvningsteknologi til at fordampe kemikalier, der bruges i atomlagaflejring (ALD), mens han handlede efter en hjemmebefugter.

Dr. Jang arbejder i Dr. Yu Leis laboratorium, en lektor ved Institut for Kemiteknik. Parret har udgivet et papir om deres opfindelse, der er blevet udvalgt som redaktørens valg i Journal of Vacuum Science &Technology A .

"ALD er en tredimensionel tyndfilmaflejringsteknik, der spiller en vigtig rolle i fremstilling af mikroelektronik, ved fremstilling af emner såsom centrale behandlingsenheder, hukommelse og harddiske, " siger Dr. Lei.

Hver ALD-cyklus afsætter et lag nogle få atomer dybt. En ALD-proces gentager deponeringscyklussen hundreder eller tusinder af gange. Ensartetheden af ​​de tynde film afhænger af en overflade-selvbegrænsende reaktion mellem den kemiske precursordamp og substraterne.

"ALD tilbyder enestående kontrol af nanometerfunktioner, mens de aflejrer materialer ensartet på store siliciumwafere til fremstilling af store mængder, " Dr. Lei siger. "Det er en nøgleteknik at producere kraftfulde og små smarte enheder."

Mens du søger online efter en sikker og brugervenlig hjemmefugter, Dr. Jang observerede, at luftfugtere på markedet enten bruger direkte opvarmning ved høj temperatur eller ultralydsforstøvervibrationer ved stuetemperatur til at generere vandtågen.

"Moon indså pludselig, at sidstnævnte kunne være en sikker og enkel måde at generere dampe til reaktive kemikalier, der er termisk ustabile, " siger Dr. Lei.

"Den næste dag, Moon kom for at diskutere ideen, og vi designede eksperimenterne for at bevise konceptet i vores forskningslaboratorium. Hele processerne tog næsten et år. Men den gode idé kom til Moon som et glimt."

ALD-processer er typisk afhængige af opvarmede gasfasemolekyler, der fordampes fra deres faste eller flydende form, svarende til rumbefugtere, der bruger varme til at fordampe vand. Men i den ALD-proces, nogle kemiske prækursorer er ikke stabile og kan nedbrydes, før de når et tilstrækkeligt damptryk til ALD.

"I fortiden, mange reaktive kemikalier blev anset for uegnede til ALD på grund af deres lave damptryk og fordi de er termisk ustabile, " siger Dr. Lei. "Vores forskning viste, at ultralydsforstøverteknikken muliggjorde fordampning af de reaktive kemikalier ved så lavt som stuetemperatur."

UAH-forskernes ultralydsopfindelse gør det muligt at anvende en lang række reaktive kemikalier, der er termisk ustabile og ikke egnede til direkte opvarmning.

"Ultralyd forstøvning, som udviklet af vores forskningsgruppe, leverer prækursorer med lavt damptryk, fordi fordampningen af ​​prækursorer blev foretaget gennem ultralydsvibrering af modulet, " siger Dr. Lei.

"Som husholdningsbefugteren, ultralydsforstøvning genererer en tåge bestående af mættet damp og små små dråber, " siger han. "Dråberne i mikrostørrelse fordamper kontinuerligt, når tågen leveres til substraterne af en bæregas."

Processen bruger en piezoelektrisk ultralydstransducer placeret i en flydende kemisk prækursor. Når først startet, transduceren begynder at vibrere et par hundrede tusinde gange i sekundet og genererer en tåge af det kemiske prækursor. De små væskedråber i tågen fordampes hurtigt i gasmanifolden under vakuum og mild varmebehandling, efterlader et jævnt lag af aflejringsmaterialet.

"Ved at bruge stuetemperatur ultralydsforstøvning rapporteret af vores manuskript, nye ALD-processer kunne udvikles ved hjælp af lav flygtighed og ustabile prækursorer, " Dr. Lei siger. "Det vil åbne et nyt vindue til mange ALD-processer."

I deres papir, UAH-forskerne demonstrerer proof of concept ved at sammenligne titaniumoxid ALD ved hjælp af termisk fordampede og stuetemperatur ultralydsforstøvede kemiske prækursorer, henholdsvis.

"TiO ₂ tynd filmkvalitet er sammenlignelig, " siger Dr. Lei.