O que é uma deposição de camada atômica?

A deposição de camada atômica é um processo químico usado na fabricação de microprocessadores, filmes ópticos e outros filmes finos sintéticos e orgânicos para sensores, dispositivos médicos e eletrônicos avançados, onde uma camada de material com apenas alguns átomos de espessura é precisamente depositada em um substrato . Existem várias abordagens e métodos para depositar camadas atômicas, e isso se tornou um recurso essencial da pesquisa em nanotecnologia e da ciência dos materiais em engenharia elétrica, energia e aplicações médicas. O processo geralmente envolve epitaxia da camada atômica ou epitaxia da camada molecular, onde uma camada muito fina de substância cristalina na forma de um metal ou composto de silicone semicondutor é anexada à superfície de uma camada mais espessa de material semelhante.

A deposição de filmes finos é uma área de pesquisa e produção de produtos que requer o conhecimento de várias disciplinas científicas devido à fina camada de controle que deve ser exercida para produzir dispositivos e materiais úteis. Geralmente envolve pesquisa e desenvolvimento em física, química e vários tipos de engenharia, da mecânica à engenharia química. A pesquisa em química determina como os processos químicos ocorrem nos níveis atômico e molecular e quais são os fatores autolimitantes para o crescimento de cristais e óxidos metálicos, para que a deposição da camada atômica possa produzir consistentemente camadas com características uniformes. As câmaras de reação química para deposição de camada atômica podem produzir taxas de deposição de 1,1 angstroms, ou 0,11 nanômetro de material por ciclo de reação, controlando a quantidade de vários produtos químicos reagentes e a temperatura da câmara. Os produtos químicos comuns usados ​​nesses processos incluem dióxido de silício, SiO ₂ ; óxido de magnésio, MgO; e nitreto de tântalo, TaN.

Uma forma semelhante de técnica de deposição de filme fino é usada para produzir filmes orgânicos, que geralmente começam com fragmentos de moléculas orgânicas, como vários tipos de polímeros. Os materiais híbridos também podem ser produzidos usando produtos químicos orgânicos e inorgânicos para uso em produtos como stents que podem ser colocados em vasos sanguíneos humanos e revestidos com medicamentos de liberação do tempo para combater doenças cardíacas. Pesquisadores de Alberta, no Instituto Nacional de Nanotecnologia do Canadá, criaram uma camada semelhante de filme fino com um stent de aço inoxidável tradicional para sustentar artérias abertas a partir de 2011. O stent de aço inoxidável é revestido com uma fina camada de sílica de vidro que é usada como um substrato ao qual ligar o material de carboidratos de açúcar com aproximadamente 60 camadas atômicas de espessura. O carboidrato então interage com o sistema imunológico de maneira positiva para impedir que o corpo desenvolva uma resposta de rejeição à presença do stent de aço na artéria.

Existem centenas de compostos químicos usados ​​na deposição da camada atômica e eles servem a vários propósitos. Um dos mais amplamente pesquisados ​​a partir de 2011 é o desenvolvimento de materiais dielétricos de alto k na indústria de circuitos integrados. À medida que os transistores ficam cada vez menores, abaixo do tamanho de 10 nanômetros, um processo conhecido como tunelamento quântico, no qual cargas elétricas vazam através de barreiras isolantes, torna impraticável o uso tradicional de dióxido de silício para transistores. Filmes de material dielétrico de alto k sendo testados na deposição da camada atômica como substituições incluem dióxido de zircônio, ZnO ₂ ; dióxido de háfnio, HfO2; e óxido de alumínio, Al ₂ O ₃ , pois esses materiais demonstram uma resistência muito melhor ao tunelamento.