Vad är en Atomic Layer Deposition?
Atomskiktavlagring är en kemisk process som används vid tillverkning av mikroprocessorer, optiska filmer och andra syntetiska och organiska tunnfilmer för sensorer, medicinska apparater och avancerad elektronik där ett materiallager med bara några få atomer i tjocklek exakt deponeras på ett substrat . Det finns flera tillvägagångssätt och metoder för avsättning av atomskikt, och det har blivit ett viktigt inslag i nanoteknologi och materialvetenskaplig forskning inom elektroteknik, energi och medicinska tillämpningar. Processen involverar ofta atomskiktsepitaxi eller molekylskiktepitaxi, där ett mycket tunt skikt av kristallint ämne i form av en metall- eller halvledande kiselförening är fäst på ytan av ett tjockare lager av liknande material.
Tunnfilmsavlagring är ett område inom produktforskning och produktion som kräver expertis från flera vetenskapliga discipliner på grund av det fina kontrollskiktet som måste utövas för att producera användbara apparater och material. Det involverar ofta forskning och utveckling inom fysik, kemi och olika typer av teknik från mekanisk till kemisk teknik. Forskning inom kemi bestämmer hur kemiska processer äger rum på atom- och molekylnivåer och vilka självbegränsande faktorer är för tillväxt av kristaller och metalloxider, så att atomlagersättningen konsekvent kan producera lager med enhetliga egenskaper. Kemiska reaktionskamrar för avlagring av atomskikt kan producera avsättningshastigheter på 1,1 ångström, eller 0,11 nanometer material per reaktionscykel, genom att kontrollera mängden olika reaktorkemikalier och temperaturen i kammaren. Vanliga kemikalier som används i sådana processer inkluderar kiseldioxid, SiO 2 ; magnesiumoxid, MgO; och tantalnitrid, TaN.
En liknande form av teknik för avsättning av tunn film används för att odla organiska filmer, som vanligtvis börjar med fragment av organiska molekyler, såsom olika typer av polymerer. Hybridmaterial kan också produceras med hjälp av organiska och oorganiska kemikalier för användning i produkter som stentar som kan placeras i mänskliga blodkärl och beläggas med mediciner med tidsfrisättning för att bekämpa hjärtsjukdomar. Alberta-forskare vid National Institute of Nanotechnology i Kanada har skapat ett liknande tunnfilmskikt med en traditionell rostfritt stålstent för att stötta öppna kollapsade arterier från och med 2011. Den rostfria stenten är belagd med ett tunt lager av glaskisel som används som en substrat för att binda sockerkolhydratmaterial som är ungefär 60 atomskikt i tjocklek. Kolhydratet interagerar sedan med immunsystemet på ett positivt sätt för att förhindra att kroppen utvecklar ett avvisande svar på närvaron av stålstenten i artären.
Det finns hundratals kemiska föreningar som används vid avlagring av atomskikt och de tjänar många syften. En av de mest undersökta från och med 2011 är utvecklingen av hög-k dielektriska material i den integrerade kretsindustrin. När transistorer blir mindre och mindre, nedanför storleken på 10 nanometer, en process som kallas kvanttunneling där elektriska laddningar läcker över isolerande barriärer gör den traditionella användningen av kiseldioxid för transistorer opraktisk. Film med hög k dielektriskt material som testas i avlagring av atomskikt som ersättare inkluderar zirkoniumdioxid, ZnO2; hafniumdioxid, Hf02; och aluminiumoxid, Al203, eftersom dessa material visar en mycket bättre motståndskraft mot tunnling.