(Phys.org) - La base de nombreux appareils électroniques modernes, comme les puces informatiques, sont des films minces - des couches d'épaisseur nanométrique d'un matériau qui poussent à la surface d'un autre. Alors que les consommateurs continuent d'exiger des produits plus élégants et plus rapides, comprendre l'évolution de la croissance des couches minces aidera les scientifiques à apprendre à adapter les couches minces aux nouvelles technologies.

Dans certains cas, les films grandissent couche par couche, chaque couche d'un atome d'épaisseur, tandis que dans d'autres cas, les atomes déposés sur une surface forment des îlots tridimensionnels qui se développent, frappent et fusionnent en un film continu. Dans ce dernier cas, les scientifiques ont traditionnellement supposé que les îles en croissance sont homogènes, avec des tailles similaires, et fusionner à peu près en même temps. Cependant, dans une étude récente, utilisant des rayons X produits à la National Synchrotron Light Source (NSLS), Des chercheurs de l'Université de Boston (BU) ont étudié la croissance des îles en temps réel, découvrir que le processus est plus dynamique que ne le suggère la vision traditionnelle.

Le groupe a déterminé que l'évolution de l'île correspond au comportement prédit par un modèle simple mais détaillé du dépôt, croissance, et coalescence de gouttelettes liquides, connu sous le nom de modèle Family-Meakin (FM). De plus, ils proposent que d'autres types de films minces développés par le mécanisme des îlots puissent se comporter de la même manière pendant les premiers stades de croissance. Ils décrivent leur travail dans le 7 septembre, 2012, édition de Lettres d'examen physique .

Le physicien de la BU Karl Ludwig explique :« Il est surprenant pour beaucoup de gens qu'il y ait encore des choses fondamentales à apprendre sur un processus aussi apparemment simple que la croissance d'un film mince en trois dimensions. Cependant, comme cela arrive si souvent, lorsque nous avons un nouvel outil qui permet une enquête en temps réel avec des détails sans précédent, on apprend que la réalité est plus complexe, et plus intrigant, qu'on ne l'avait souvent supposé."

Sur la ligne de lumière NSLS X21, à l'aide d'une station de recherche développée pour étudier en temps réel les surfaces des matériaux et les couches minces, le groupe BU a déposé de l'aluminium sur deux surfaces, oxyde de silicium et saphir. Les échantillons ont été placés à l'intérieur d'une chambre à ultravide, et le film mince a été déposé très lentement afin que les scientifiques puissent prendre plusieurs radiographies de la surface pendant la croissance et "observer" l'évolution du film d'aluminium en temps réel.

Les balayages aux rayons X ont suggéré que les atomes déposés se sont initialement rassemblés pour former de minuscules îles d'un diamètre de quelques nanomètres (milliardièmes de mètre) puis ont commencé à fusionner, formant des îlots plus grands d'environ 10 nm de diamètre (l'expérience n'était pas assez longue pour terminer la croissance du film, mais les îles finiraient par fusionner en une couche continue). Cela a ensuite été confirmé par des images au microscope à force atomique (AFM) de l'échantillon, prise une fois l'expérience terminée et l'échantillon extrait de la chambre. Avec des hauteurs finales d'environ 3 nm, les îles étaient "fortement tridimensionnelles". En effet, les images AFM prises à la fin de l'étude ont montré des îles relativement hautes avec des formes approximativement hémisphériques.

Les résultats montrent plusieurs façons dont l'évolution du film concorde avec le comportement des gouttelettes de liquide tel que prédit par la théorie FM - même si le film est solide, pas liquide. Par exemple, l'évolution des îles est similaire, ce qui signifie que la géométrie moyenne à un moment ultérieur ressemble à celle à un moment antérieur, mais avec des échelles de longueur augmentées ("mises à l'échelle") par une loi de puissance.

L'ingrédient clé que le modèle FM intègre, qui manquait dans la vision traditionnelle de la croissance insulaire, est la coalescence des îles pour former de nouvelles, îlots compacts lorsqu'ils se heurtent. Cela conduit à une morphologie caractéristique observée dans les images AFM dans lesquelles de nombreuses petites îles sont dispersées parmi les plus grandes îles qui se forment lorsque les petites se combinent. Une telle coalescence devrait être un phénomène répandu pour les petites îles sur les surfaces, et sa compréhension pourrait conduire à une meilleure maîtrise des films ultra-minces à usage technologique.