Che cos'è una deposizione di strati atomici?
La deposizione di strati atomici è un processo chimico utilizzato nella produzione di microprocessori, pellicole ottiche e altri film sottili sintetici e organici per sensori, dispositivi medici ed elettronica avanzata in cui uno strato di materiale con pochi atomi di spessore viene depositato con precisione su un substrato . Esistono diversi approcci e metodi per depositare strati atomici ed è diventato una caratteristica essenziale della ricerca sulle nanotecnologie e della ricerca nella scienza dei materiali in ingegneria elettrica, energia e applicazioni mediche. Il processo spesso coinvolge epitassia di strato atomico o epitassia di strato molecolare, in cui uno strato molto sottile di sostanza cristallina sotto forma di un metallo o di un composto di silicio semiconduttore è attaccato alla superficie di uno strato più spesso di materiale simile.
La deposizione di film sottili è un'area di ricerca e produzione di prodotti che richiede l'esperienza di diverse discipline scientifiche a causa del sottile livello di controllo che deve essere esercitato per produrre dispositivi e materiali utili. Spesso comporta ricerca e sviluppo in fisica, chimica e vari tipi di ingegneria, dall'ingegneria meccanica a quella chimica. La ricerca in chimica determina come avvengono i processi chimici a livello atomico e molecolare e quali sono i fattori autolimitanti per la crescita di cristalli e ossidi metallici, in modo che la deposizione di strati atomici possa produrre costantemente strati con caratteristiche uniformi. Le camere di reazione chimiche per la deposizione di strati atomici possono produrre velocità di deposizione di 1,1 angstrom, o 0,11 nanometri di materiale per ciclo di reazione, controllando la quantità di varie sostanze chimiche reagenti e la temperatura della camera. I prodotti chimici comuni utilizzati in tali processi includono biossido di silicio, SiO 2 ; ossido di magnesio, MgO; e nitruro di tantalio, TaN.
Una forma simile di tecnica di deposizione di film sottili viene utilizzata per coltivare film organici, che di solito inizia con frammenti di molecole organiche come vari tipi di polimeri. I materiali ibridi possono anche essere prodotti utilizzando prodotti chimici organici e inorganici per l'uso in prodotti come gli stent che possono essere posizionati nei vasi sanguigni umani e rivestiti con farmaci a rilascio temporale per combattere le malattie cardiache. I ricercatori dell'Alberta del National Institute of Nanotechnology in Canada hanno creato uno strato simile di film sottile con uno stent tradizionale in acciaio inossidabile per sostenere le arterie crollate aperte a partire dal 2011. Lo stent in acciaio inossidabile è rivestito con un sottile strato di silice di vetro che viene utilizzato come substrato a cui legare materiale di carboidrati di zucchero che ha uno spessore di circa 60 strati atomici. Il carboidrato interagisce quindi con il sistema immunitario in modo positivo per impedire al corpo di sviluppare una risposta di rigetto alla presenza dello stent d'acciaio nell'arteria.
Esistono centinaia di composti chimici usati nella deposizione di strati atomici e servono a numerosi scopi. Uno dei più ampiamente studiati a partire dal 2011 è lo sviluppo di materiali dielettrici di alta qualità nell'industria dei circuiti integrati. Man mano che i transistor diventano sempre più piccoli, al di sotto della dimensione di 10 nanometri, un processo noto come tunnel quantistico in cui le cariche elettriche attraversano le barriere isolanti rende poco pratico l'uso tradizionale del biossido di silicio per i transistor. Film di materiale dielettrico ad alto k in fase di test nella deposizione di strati atomici poiché le sostituzioni includono biossido di zirconio, ZnO 2 ; biossido di afnio, HfO 2 ; e ossido di alluminio, Al 2 O 3 , poiché questi materiali dimostrano una resistenza molto migliore al tunnel.