原子層堆積とは何ですか？

原子層堆積は、マイクロプロセッサ、光学フィルム、およびセンサー、医療機器、高度な電子機器用のその他の合成および有機薄膜の製造に使用される化学プロセスで、厚さ数原子の材料層が基板上に正確に堆積されます。 原子層を堆積するためのアプローチと方法がいくつかあり、電気工学、エネルギー、および医療用途におけるナノテクノロジー研究および材料科学研究の重要な特徴となっています。 このプロセスは、原子層エピタキシーまたは分子層エピタキシーを伴うことが多く、金属または半導体シリコン化合物の形をした結晶物質の非常に薄い層が、同様の材料のより厚い層の表面に付着します。

薄膜堆積は、有用なデバイスおよび材料を生産するために実行する必要がある制御の微細な層のために、いくつかの科学分野の専門知識を必要とする製品研究および生産の分野です。 多くの場合、物理学、化学、および機械工学から化学工学までのさまざまな種類の工学の研究開発が含まれます。 化学の研究により、原子および分子レベルで化学プロセスがどのように行われるか、および結晶および金属酸化物の成長に対する自己制限因子が何であるかが決定されます。 原子層堆積用の化学反応チャンバは、さまざまな反応性化学物質の量とチャンバの温度を制御することにより、反応サイクルあたり1.1オングストロームまたは0.11ナノメートルの材料の堆積速度を生成できます。 そのようなプロセスで使用される一般的な化学物質には、二酸化ケイ素、SiO _{2が含まれ}ます。 酸化マグネシウム、MgO; 窒化タンタル、TaN。

同様の形式の薄膜堆積技術を使用して有機膜を成長させます。これは通常、さまざまな種類のポリマーなどの有機分子の断片から始まります。 ハイブリッド材料は、人間の血管に配置し、心臓病と戦うための徐放性薬物でコーティングできるステントなどの製品で使用するために、有機および無機化学物質を使用して製造することもできます。 カナダの国立ナノテクノロジー研究所のアルバータ州の研究者は、2011年の時点で、開いた崩壊動脈を支えるために、従来のステンレス鋼ステントで同様の薄膜層を作成しました。ステンレス鋼ステントは、厚さ約60原子層の糖質炭水化物材料を結合する基板。 次に、炭水化物は免疫系と積極的に相互作用し、身体が動脈内のスチールステントの存在に対して拒絶反応を起こさないようにします。

原子層堆積には数百の化合物が使用されており、それらは多くの目的に役立ちます。 2011年の時点で最も広く研究されているものの1つは、集積回路産業における高誘電率材料の開発です。 トランジスタがますます小さくなり、サイズが10ナノメートル以下になると、絶縁障壁を越えて電荷が漏れる量子トンネリングとして知られるプロセスにより、トランジスタに従来の二酸化シリコンを使用することが非現実的になりました。 代替として原子層堆積でテストされているHigh-k誘電体材料膜には、二酸化ジルコニウム、ZnO _{2が含まれ}ます。 二酸化ハフニウム、HfO ₂ ; 酸化アルミニウム、Al ₂ O ₃は、これらの材料がトンネリングに対してはるかに優れた耐性を示すためです。