Qu'est-ce qu'un dépôt de couche atomique?
Le dépôt de couche atomique est un processus chimique utilisé dans la fabrication de microprocesseurs, de films optiques et d'autres films minces synthétiques et organiques pour capteurs, dispositifs médicaux et composants électroniques avancés dans lesquels une couche de matériau de seulement quelques atomes d'épaisseur est déposée avec précision sur un substrat. . Il existe plusieurs approches et méthodes de dépôt de couches atomiques, et il est devenu une caractéristique essentielle de la recherche en nanotechnologie et de la science des matériaux en génie électrique, en énergie et dans les applications médicales. Le processus implique souvent une épitaxie par couche atomique ou par couche moléculaire, une très mince couche de substance cristalline se présentant sous la forme d'un métal ou d'un composé de silicium semi-conducteur est fixée à la surface d'une couche plus épaisse d'un matériau similaire.
Le dépôt de couches minces est un domaine de recherche et de production de produits qui nécessite l'expertise de plusieurs disciplines scientifiques en raison de la fine couche de contrôle qui doit être exercée pour produire des dispositifs et des matériaux utiles. Il implique souvent des travaux de recherche-développement en physique, en chimie et dans divers types d'ingénierie, du génie mécanique au génie chimique. La recherche en chimie détermine la manière dont les processus chimiques se déroulent aux niveaux atomique et moléculaire et quels sont les facteurs auto-limitants pour la croissance des cristaux et des oxydes métalliques, de sorte que le dépôt de couches atomiques puisse produire de manière cohérente des couches aux caractéristiques uniformes. Les chambres de réaction chimique pour le dépôt de couches atomiques peuvent produire des vitesses de dépôt de 1,1 nanomètre (0,11 nanomètres) par cycle de réaction en contrôlant la quantité de divers produits chimiques réactifs et la température de la chambre. Les produits chimiques couramment utilisés dans ces procédés comprennent le dioxyde de silicium, SiO 2 ; oxyde de magnésium, MgO; et le nitrure de tantale, TaN.
Une forme similaire de technique de dépôt en couche mince est utilisée pour développer des films organiques, qui commencent généralement par des fragments de molécules organiques tels que divers types de polymères. Des matériaux hybrides peuvent également être produits à l'aide de produits chimiques organiques et inorganiques destinés à être utilisés dans des produits tels que des stents pouvant être placés dans les vaisseaux sanguins humains et recouverts de médicaments à libération prolongée pour lutter contre les maladies du cœur. Des chercheurs albertains de l'Institut national de nanotechnologie au Canada ont créé une couche similaire à l'aide d'un stent en acier inoxydable traditionnel pour soutenir les artères effondrées ouvertes à partir de 2011. Le stent en acier inoxydable est recouvert d'une fine couche de silice de verre utilisée substrat auquel lier une substance glucidique de sucre d’une épaisseur approximative de 60 couches. L'hydrate de carbone interagit ensuite positivement avec le système immunitaire pour empêcher le corps de développer une réaction de rejet à la présence du stent en acier dans l'artère.
Il existe des centaines de composés chimiques utilisés dans le dépôt de couches atomiques et ils servent à de nombreuses fins. L’un des domaines les plus étudiés à partir de 2011 est le développement de matériaux diélectriques à haute résistance thermique dans l’industrie des circuits intégrés. Au fur et à mesure que les transistors deviennent de plus en plus petits, en dessous de la taille de 10 nanomètres, un processus appelé tunnel quantique dans lequel des charges électriques fuient à travers des barrières isolantes rend l'utilisation traditionnelle du dioxyde de silicium pour les transistors peu pratique. Les films de matériau diélectrique à k élevé testés pour le dépôt de couches atomiques en remplacement comprennent le dioxyde de zirconium, ZnO 2 ; dioxyde d'hafnium, HfO 2 ; et l'oxyde d'aluminium, Al 2 O 3 , car ces matériaux démontrent une bien meilleure résistance au tunneling.