Что такое осаждение атомного слоя?

Осаждение атомного слоя - это химический процесс, используемый при изготовлении микропроцессоров, оптических пленок и других тонких синтетических и органических пленок для датчиков, медицинских приборов и современной электроники, где слой материала толщиной всего несколько атомов точно наносится на подложку. , Существует несколько подходов и методов нанесения атомных слоев, и это стало неотъемлемой частью исследований в области нанотехнологий и материаловедения в электротехнике, энергетике и медицине. Процесс часто включает в себя эпитаксию атомного слоя или эпитаксию молекулярного слоя, где очень тонкий слой кристаллического вещества в форме соединения металла или полупроводника кремния прикрепляется к поверхности более толстого слоя аналогичного материала.

Осаждение тонких пленок - это область исследований и производства продукции, которая требует опыта нескольких научных дисциплин из-за тонкого уровня контроля, который должен осуществляться для производства полезных устройств и материалов. Он часто включает исследования и разработки в области физики, химии и различных видов техники от механического до химического машиностроения. Исследования в области химии определяют, как химические процессы происходят на атомном и молекулярном уровнях и каковы самоограничивающие факторы для роста кристаллов и оксидов металлов, так что осаждение атомного слоя может последовательно создавать слои с одинаковыми характеристиками. Камеры химической реакции для осаждения атомного слоя могут производить скорости осаждения 1,1 ангстрем или 0,11 нанометров материала за цикл реакции, контролируя количество различных реагентов-реагентов и температуру камеры. Обычные химические вещества, используемые в таких процессах, включают диоксид кремния, SiO ₂ ; оксид магния, MgO; и нитрид тантала, TaN.

Подобная форма технологии нанесения тонких пленок используется для выращивания органических пленок, которая обычно начинается с фрагментов органических молекул, таких как различные типы полимеров. Гибридные материалы также могут быть получены с использованием органических и неорганических химических веществ для использования в таких продуктах, как стенты, которые могут быть помещены в кровеносные сосуды человека и покрыты лекарствами замедленного действия для борьбы с сердечными заболеваниями. Исследователи из Альберты из Национального института нанотехнологий в Канаде с 2011 года создали аналогичный тонкопленочный слой с традиционным стентом из нержавеющей стали, чтобы поддерживать открытые свернутые артерии. Стент из нержавеющей стали покрыт тонким слоем стеклянного кремнезема, который используется в качестве субстрат, с которым можно связать сахарный углеводный материал толщиной около 60 атомных слоев. Затем углевод взаимодействует с иммунной системой положительным образом, чтобы предотвратить развитие реакции отторжения на присутствие стального стента в артерии.

Существуют сотни химических соединений, используемых для осаждения атомного слоя, и они служат различным целям. Одним из наиболее широко исследованных по состоянию на 2011 год является разработка высококлинических диэлектрических материалов в отрасли интегральных схем. По мере того, как транзисторы становятся все меньше и меньше, ниже размера 10 нм, процесс, известный как квантовое туннелирование, когда электрические заряды протекают через изолирующие барьеры, делает традиционное использование диоксида кремния для транзисторов нецелесообразным. Пленки диэлектрического материала с высоким k, испытываемые при осаждении на атомном слое в качестве заменителей, включают диоксид циркония, ZnO ₂ ; диоксид гафния, HfO ₂ ; и оксид алюминия, Al ₂ O ₃ , так как эти материалы демонстрируют гораздо лучшую устойчивость к туннелированию.