Hama Nadhom ajuste l'alimentation en gaz de la chambre à vide dans laquelle les chercheurs de LiU étudient comment les électrons du plasma peuvent être utilisés pour créer des films métalliques minces. Crédit :Magnus Johansson/Université de Linköping
Des ordinateurs, les téléphones portables et tous les autres appareils électroniques contiennent des milliers de transistors reliés entre eux par de minces couches de métal. Les scientifiques de l'Université de Linköping, Suède, ont développé une méthode qui peut utiliser les électrons dans un plasma pour produire ces films.
Les processeurs utilisés dans les ordinateurs et les téléphones d'aujourd'hui sont constitués de milliards de minuscules transistors connectés par de minces films métalliques. Les scientifiques de l'Université de Linköping, LiU, ont maintenant montré qu'il est possible de créer des couches minces de métaux en laissant les électrons libres d'un plasma jouer un rôle actif. Un plasma se forme lorsque de l'énergie est fournie qui arrache les électrons des atomes et des molécules d'un gaz, produire un gaz ionisé. Dans notre vie de tous les jours, les plasmas sont utilisés dans les lampes fluorescentes et dans les écrans plasma. La méthode développée par les chercheurs de LiU utilisant des électrons plasma pour produire des films métalliques est décrite dans un article du J Journal de la science et de la technologie du vide .
« Nous pouvons voir plusieurs domaines d'application passionnants, tels que la fabrication de processeurs et de composants similaires. Avec notre méthode il n'est plus nécessaire de déplacer le substrat sur lequel les transistors sont créés en va-et-vient entre la chambre à vide et un bain-marie, ce qui se produit environ 15 fois par processeur, " dit Henrik Pedersen, professeur de chimie inorganique au Département de physique, Chimie et biologie à l'Université de Linköping.
Une méthode courante de création de films minces consiste à introduire des vapeurs moléculaires contenant les atomes nécessaires au film dans une chambre à vide. Là, ils réagissent entre eux et avec la surface sur laquelle le film mince doit être formé. Cette méthode bien établie est connue sous le nom de dépôt chimique en phase vapeur (CVD). Afin de produire des films de métal pur par CVD, une molécule précurseur volatile est requise qui contient le métal d'intérêt. Lorsque les molécules précurseurs sont absorbées à la surface, des réactions chimiques de surface impliquant une autre molécule sont nécessaires pour créer un film métallique. Ces réactions nécessitent des molécules qui donnent facilement des électrons aux ions métalliques dans les molécules précurseurs, de telle sorte qu'ils soient réduits en atomes métalliques, dans ce qu'on appelle une "réaction de réduction". Les scientifiques de LiU ont plutôt tourné leur attention vers les plasmas.
"Nous avons pensé que les réactions chimiques de surface avaient besoin d'électrons libres, et ceux-ci sont disponibles dans un plasma. Nous avons commencé à expérimenter en permettant aux molécules précurseurs et aux ions métalliques d'atterrir sur une surface, puis d'attirer les électrons d'un plasma vers la surface, " dit Henrik Pedersen.
Une vue dans la chambre à vide montrant le plasma au-dessus de la surface sur laquelle le film métallique est créé. Crédit :Magnus Johansson/Université de Linköping
Des chercheurs en chimie inorganique et en physique des plasmas de l'IFM ont collaboré et démontré qu'il est possible de créer des films métalliques minces sur une surface en utilisant les électrons libres d'une décharge plasma d'argon pour les réactions de réduction. Afin d'attirer les électrons chargés négativement à la surface, ils lui ont appliqué un potentiel positif.
L'étude décrit le travail avec des métaux non nobles tels que le fer, cobalt et nickel, qui sont difficiles à réduire en métal. Le CVD traditionnel a été contraint d'utiliser de puissants agents réducteurs moléculaires dans ces cas. De tels agents réducteurs sont difficiles à fabriquer, gérer et contrôler, car leur tendance à donner des électrons à d'autres molécules les rend très réactives et instables. À la fois, les molécules doivent être suffisamment stables pour être vaporisées et introduites sous forme gazeuse dans la chambre à vide dans laquelle sont déposés les films métalliques.
« Ce qui peut améliorer la méthode utilisant des électrons plasmatiques, c'est qu'elle élimine le besoin de développer et de gérer des agents réducteurs instables. Le développement de la CVD de métaux non nobles est entravé en raison d'un manque d'agents réducteurs moléculaires appropriés qui fonctionnent suffisamment bien, " dit Henrik Pedersen.
Les scientifiques poursuivent désormais des mesures qui les aideront à comprendre et à démontrer comment se déroulent les réactions chimiques à la surface où se forme le film métallique. Ils étudient également les propriétés optimales du plasma. Ils aimeraient également tester différentes molécules précurseurs pour trouver des moyens de rendre les films métalliques plus purs.
