¿Qué es una deposición de capa atómica?
La deposición de capa atómica es un proceso químico utilizado en la fabricación de microprocesadores, películas ópticas y otras películas finas sintéticas y orgánicas para sensores, dispositivos médicos y electrónica avanzada donde una capa de material de solo unos pocos átomos de espesor se deposita con precisión sobre un sustrato . Existen varios enfoques y métodos para depositar capas atómicas, y se ha convertido en una característica esencial de la investigación en nanotecnología y la investigación en ciencia de materiales en ingeniería eléctrica, energía y aplicaciones médicas. El proceso a menudo involucra epitaxia de capa atómica o epitaxia de capa molecular, donde una capa muy delgada de sustancia cristalina en forma de un metal o un compuesto de silicio semiconductor se une a la superficie de una capa más gruesa de material similar.
La deposición de película delgada es un área de investigación y producción de productos que requiere la experiencia de varias disciplinas científicas debido a la fina capa de control que se debe ejercer para producir dispositivos y materiales útiles. A menudo implica investigación y desarrollo en física, química y varios tipos de ingeniería, desde mecánica hasta química. La investigación en química determina cómo los procesos químicos tienen lugar a niveles atómicos y moleculares y cuáles son los factores autolimitantes para el crecimiento de cristales y óxidos metálicos, de modo que la deposición de la capa atómica puede producir consistentemente capas con características uniformes. Las cámaras de reacción química para la deposición de la capa atómica pueden producir tasas de deposición de 1.1 angstroms, o 0.11 nanómetros de material por ciclo de reacción, al controlar la cantidad de diversos químicos reactivos y la temperatura de la cámara. Los productos químicos comunes utilizados en tales procesos incluyen dióxido de silicio, SiO 2 ; óxido de magnesio, MgO; y nitruro de tantalio, TaN.
Se utiliza una forma similar de técnica de deposición de película delgada para hacer crecer películas orgánicas, que generalmente comienzan con fragmentos de moléculas orgánicas, como varios tipos de polímeros. Los materiales híbridos también se pueden producir utilizando productos químicos orgánicos e inorgánicos para su uso en productos como stents que se pueden colocar en los vasos sanguíneos humanos y recubrirse con medicamentos de liberación prolongada para combatir las enfermedades del corazón. Los investigadores de Alberta en el Instituto Nacional de Nanotecnología de Canadá han creado una capa de película delgada similar con un stent de acero inoxidable tradicional para apuntalar las arterias colapsadas a partir de 2011. El stent de acero inoxidable está recubierto con una capa delgada de sílice de vidrio que se utiliza como sustrato al cual unir material de carbohidratos de azúcar que tiene aproximadamente 60 capas atómicas de espesor. El carbohidrato luego interactúa con el sistema inmune de manera positiva para evitar que el cuerpo desarrolle una respuesta de rechazo a la presencia del stent de acero en la arteria.
Hay cientos de compuestos químicos utilizados en la deposición de la capa atómica y tienen numerosos propósitos. Uno de los más investigados a partir de 2011 es el desarrollo de materiales dieléctricos de alta k en la industria de circuitos integrados. A medida que los transistores se hacen cada vez más pequeños, por debajo del tamaño de 10 nanómetros, un proceso conocido como túnel cuántico donde las cargas eléctricas se escapan a través de barreras aislantes hace que el uso tradicional de dióxido de silicio para los transistores sea poco práctico. Las películas de material dieléctrico de alta k que se prueban en deposición de capa atómica como reemplazos incluyen dióxido de circonio, ZnO 2 ; dióxido de hafnio, HfO 2 ; y óxido de aluminio, Al 2 O 3 , ya que estos materiales demuestran una resistencia mucho mejor al túnel.