Co to jest osadzanie warstw atomowych?
Nanoszenie warstwy atomowej jest procesem chemicznym stosowanym w produkcji mikroprocesorów, błon optycznych i innych cienkich błon syntetycznych i organicznych do czujników, urządzeń medycznych i zaawansowanej elektroniki, w których warstwa materiału o grubości zaledwie kilku atomów jest dokładnie osadzana na podłożu . Istnieje kilka podejść i metod osadzania warstw atomowych, które stały się istotną cechą badań nanotechnologicznych i badań materiałowych w elektrotechnice, energetyce i zastosowaniach medycznych. Proces ten często obejmuje epitaksję warstwy atomowej lub epitaksję warstwy molekularnej, w której bardzo cienka warstwa substancji krystalicznej w postaci metalu lub półprzewodnikowego związku krzemu jest przymocowana do powierzchni grubszej warstwy podobnego materiału.
Osadzanie cienkowarstwowe to dziedzina badań i produkcji produktów, która wymaga wiedzy specjalistycznej kilku dyscyplin naukowych ze względu na cienką warstwę kontroli, którą należy wykonać, aby uzyskać użyteczne urządzenia i materiały. Często obejmuje badania i rozwój w dziedzinie fizyki, chemii i różnych rodzajów inżynierii, od inżynierii mechanicznej do chemicznej. Badania w dziedzinie chemii określają, w jaki sposób zachodzą procesy chemiczne na poziomie atomowym i molekularnym oraz jakie są samoograniczające czynniki wzrostu kryształów i tlenków metali, tak że osadzanie się warstw atomowych może konsekwentnie wytwarzać warstwy o jednolitych cechach. Komory reakcji chemicznych do osadzania warstw atomowych mogą wytwarzać szybkości osadzania wynoszące 1,1 angstremów lub 0,11 nanometra materiału na cykl reakcji, poprzez kontrolowanie ilości różnych reagentów chemicznych i temperatury komory. Typowe chemikalia stosowane w takich procesach obejmują dwutlenek krzemu, SiO2; tlenek magnezu, MgO; i azotek tantalu, TaN.
Podobną formę techniki osadzania cienkich warstw stosuje się do hodowania filmów organicznych, które zwykle zaczynają się od fragmentów cząsteczek organicznych, takich jak różnego rodzaju polimery. Materiały hybrydowe można również wytwarzać przy użyciu organicznych i nieorganicznych chemikaliów do stosowania w produktach takich jak stenty, które mogą być umieszczane w ludzkich naczyniach krwionośnych i pokryte lekami uwalniającymi czas w celu zwalczania chorób serca. Naukowcy z Alberta z National Institute of Nanotechnology w Kanadzie stworzyli podobną cienką warstwę z tradycyjnym stentem ze stali nierdzewnej, aby podpierać otwarte zapadnięte tętnice od 2011 roku. Stent ze stali nierdzewnej jest pokryty cienką warstwą szklanej krzemionki, która jest używana jako podłoże, z którym wiąże się cukrowo-węglowodanowy materiał o grubości około 60 warstw atomowych. Węglowodany oddziałują następnie z układem odpornościowym w pozytywny sposób, aby zapobiec rozwojowi reakcji odrzucenia na obecność stalowego stentu w tętnicy.
Istnieją setki związków chemicznych stosowanych do osadzania warstw atomowych i służą one do wielu celów. Jednym z najszerzej badanych od 2011 r. Jest opracowanie materiałów dielektrycznych o wysokiej k w branży układów scalonych. Gdy tranzystory stają się coraz mniejsze, poniżej 10 nanometrów, proces znany jako tunelowanie kwantowe, w którym ładunki elektryczne przeciekają przez bariery izolacyjne, sprawia, że tradycyjne stosowanie dwutlenku krzemu w tranzystorach jest niepraktyczne. Folie z materiału dielektrycznego o wysokiej k badane w osadzaniu warstw atomowych jako zamienniki obejmują ditlenek cyrkonu, ZnO2; dwutlenek hafnu, HfO 2 ; oraz tlenek glinu, Al 2 O 3 , ponieważ materiały te wykazują znacznie lepszą odporność na tunelowanie.