Wat is een atomaire laagafzetting?
Atoomlaagafzetting is een chemisch proces dat wordt gebruikt bij de vervaardiging van microprocessoren, optische films en andere synthetische en organische dunne films voor sensoren, medische apparaten en geavanceerde elektronica waarbij een laag materiaal met slechts enkele atomen dik precies wordt afgezet op een substraat . Er zijn verschillende benaderingen en methoden voor het neerslaan van atoomlagen, en het is een essentieel kenmerk geworden van onderzoek op het gebied van nanotechnologie en materiaalkunde in elektrotechniek, energie en medische toepassingen. Het proces omvat vaak atoomlaagepitaxie of moleculaire laagepitaxie, waarbij een zeer dunne laag kristallijne substantie in de vorm van een metaal of halfgeleidende siliciumverbinding is bevestigd aan het oppervlak van een dikkere laag van vergelijkbaar materiaal.
Dunne-filmdepositie is een gebied van productonderzoek en -productie dat de expertise van verschillende wetenschappelijke disciplines vereist vanwege de fijne controlelaag die moet worden uitgeoefend om bruikbare apparaten en materialen te produceren. Het omvat vaak onderzoek en ontwikkeling in de natuurkunde, scheikunde en verschillende soorten engineering, van mechanische tot chemische engineering. Onderzoek in de chemie bepaalt hoe chemische processen plaatsvinden op atomaire en moleculaire niveaus en wat de zelfbeperkende factoren zijn voor de groei van kristallen en metaaloxiden, zodat depositie van atomaire lagen consistent lagen met uniforme eigenschappen kan produceren. Chemische reactiekamers voor depositie van atoomlagen kunnen afzettingssnelheden produceren van 1,1 Angstrom of 0,11 nanometer materiaal per reactiecyclus, door de hoeveelheid verschillende reagenschemicaliën en de temperatuur van de kamer te regelen. Gebruikelijke chemicaliën die in dergelijke processen worden gebruikt, omvatten siliciumdioxide, Si02; magnesiumoxide, MgO; en tantaal nitride, TaN.
Een vergelijkbare vorm van dunne filmafzettingstechniek wordt gebruikt om organische films te laten groeien, die meestal begint met fragmenten van organische moleculen zoals verschillende soorten polymeren. Hybride materialen kunnen ook worden geproduceerd met behulp van organische en anorganische chemicaliën voor gebruik in producten zoals stents die in menselijke bloedvaten kunnen worden geplaatst en bekleed met time release-medicijnen om hartziekten te bestrijden. Alberta-onderzoekers van het National Institute of Nanotechnology in Canada hebben een soortgelijke dunne filmlaag gemaakt met een traditionele roestvrijstalen stent om open ingeklapte slagaders te ondersteunen vanaf 2011. De roestvrijstalen stent is bedekt met een dunne laag glazen silica die wordt gebruikt als een substraat waaraan suiker-koolhydraatmateriaal met een dikte van ongeveer 60 atoomlagen wordt gebonden. De koolhydraten werken vervolgens op een positieve manier samen met het immuunsysteem om te voorkomen dat het lichaam een afwijzingsreactie ontwikkelt op de aanwezigheid van de stalen stent in de slagader.
Er worden honderden chemische verbindingen gebruikt bij de depositie van atoomlagen en ze dienen talloze doeleinden. Een van de meest onderzochte vanaf 2011 is de ontwikkeling van hoogwaardige diëlektrische materialen in de industrie van geïntegreerde schakelingen. Naarmate transistoren kleiner en kleiner worden, kleiner dan 10 nanometer, maakt een proces dat bekend staat als kwantumtunneling waarbij elektrische ladingen over isolatiebarrières lekken het traditionele gebruik van siliciumdioxide voor transistoren onpraktisch. Hoge-k diëlektrische materiaalfilms die worden getest in atomaire laagafzetting als vervangingen omvatten zirkoniumdioxide, Zn02; hafniumdioxide, Hf02; en aluminiumoxide, A1203, omdat deze materialen een veel betere weerstand tegen tunneling vertonen.