Was ist eine Atomlagenabscheidung?
Atomlagenabscheidung ist ein chemischer Prozess, der bei der Herstellung von Mikroprozessoren, optischen Filmen und anderen synthetischen und organischen Dünnfilmen für Sensoren, medizinische Geräte und fortschrittliche Elektronik eingesetzt wird. Dabei wird eine Materialschicht mit nur wenigen Atomen genau auf einem Substrat abgeschieden . Es gibt verschiedene Ansätze und Methoden zum Abscheiden von Atomlagen, und diese sind zu einem wesentlichen Merkmal der Nanotechnologieforschung und der materialwissenschaftlichen Forschung in den Bereichen Elektrotechnik, Energie und Medizin geworden. Das Verfahren beinhaltet häufig eine Atomlagenepitaxie oder eine Molekularlagenepitaxie, bei der eine sehr dünne Schicht einer kristallinen Substanz in Form eines Metalls oder einer halbleitenden Siliciumverbindung an der Oberfläche einer dickeren Schicht eines ähnlichen Materials angebracht wird.
Dünnschichtabscheidung ist ein Bereich der Produktforschung und -produktion, der aufgrund der feinen Kontrollschicht, die zur Herstellung nützlicher Geräte und Materialien ausgeübt werden muss, das Fachwissen mehrerer wissenschaftlicher Disziplinen erfordert. Dabei geht es häufig um Forschung und Entwicklung in den Bereichen Physik, Chemie und verschiedene Arten von Ingenieurwissenschaften, von Maschinenbau bis Chemieingenieurwesen. Die Forschung in der Chemie bestimmt, wie chemische Prozesse auf atomarer und molekularer Ebene ablaufen und welche selbstlimitierenden Faktoren für das Wachstum von Kristallen und Metalloxiden verantwortlich sind, so dass durch Atomlagenabscheidung durchgehend Schichten mit einheitlichen Eigenschaften erzeugt werden können. Chemische Reaktionskammern für die Atomlagenabscheidung können Abscheidungsraten von 1,1 Angström oder 0,11 Nanometer Material pro Reaktionszyklus erzeugen, indem die Menge verschiedener Reaktantenchemikalien und die Temperatur der Kammer gesteuert werden. Übliche Chemikalien, die in solchen Prozessen verwendet werden, umfassen Siliciumdioxid, SiO 2 ; Magnesiumoxid, MgO; und Tantalnitrid, TaN.
Eine ähnliche Form der Dünnfilmabscheidungstechnik wird zum Züchten von organischen Filmen verwendet, die üblicherweise mit Fragmenten organischer Moleküle wie verschiedenen Arten von Polymeren beginnen. Hybridmaterialien können auch unter Verwendung von organischen und anorganischen Chemikalien für die Verwendung in Produkten wie Stents hergestellt werden, die in menschliche Blutgefäße eingebracht und mit zeitverzögerten Medikamenten zur Bekämpfung von Herzerkrankungen beschichtet werden können. Alberta-Forscher am National Institute of Nanotechnology in Kanada haben ab 2011 eine ähnliche Dünnfilmschicht mit einem herkömmlichen Edelstahlstent hergestellt, um offene kollabierte Arterien zu stützen Substrat, an das Zuckerkohlenhydratmaterial mit einer Dicke von etwa 60 Atomlagen gebunden werden soll. Das Kohlenhydrat interagiert dann auf positive Weise mit dem Immunsystem, um zu verhindern, dass der Körper eine Abstoßungsreaktion auf das Vorhandensein des Stahlstents in der Arterie entwickelt.
Es gibt Hunderte von chemischen Verbindungen, die bei der Atomlagenabscheidung verwendet werden und die zahlreichen Zwecken dienen. Eines der am häufigsten untersuchten Themen seit 2011 ist die Entwicklung von dielektrischen High-k-Materialien in der Industrie für integrierte Schaltkreise. Da Transistoren immer kleiner werden und die Größe von 10 Nanometern unterschreitet, macht ein als Quantentunneling bezeichneter Prozess, bei dem elektrische Ladungen über isolierende Barrieren entweichen, die herkömmliche Verwendung von Siliziumdioxid für Transistoren unpraktisch. Filme aus dielektrischem High-k-Material, die bei der Atomlagenabscheidung als Ersatz getestet werden, umfassen Zirkoniumdioxid, ZnO 2 ; Hafniumdioxid, HfO 2 ; und Aluminiumoxid, Al 2 O 3 , da diese Materialien eine viel bessere Tunnelbeständigkeit aufweisen.