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Une nouvelle façon de déposer de fines couches d'atomes en tant que revêtement sur un matériau de substrat à des températures proches de la pièce a été inventée à l'Université d'Alabama à Huntsville (UAH), une partie du système de l'Université de l'Alabama.
L'associé de recherche postdoctoral UAH, le Dr Moonhyung Jang, a eu l'idée d'utiliser une technologie d'atomisation par ultrasons pour évaporer les produits chimiques utilisés dans le dépôt de couche atomique (ALD) lors de l'achat d'un humidificateur domestique.
Le Dr Jang travaille dans le laboratoire du Dr Yu Lei, professeur agrégé au Département de génie chimique. Le couple a publié un article sur leur invention qui a été sélectionné comme le choix d'un éditeur dans le Journal of Vacuum Science &Technology A .
"L'ALD est une technique de dépôt de couches minces en trois dimensions qui joue un rôle important dans la fabrication de la microélectronique, dans la production d'articles tels que les unités centrales de traitement, mémoire et disques durs, " dit le Dr Lei.
Chaque cycle ALD dépose une couche de quelques atomes de profondeur. Un processus ALD répète le cycle de dépôt des centaines ou des milliers de fois. L'uniformité des films minces repose sur une réaction auto-limitante de surface entre la vapeur de précurseur chimique et les substrats.
« ALD offre un contrôle exceptionnel des caractéristiques nanométriques tout en déposant des matériaux de manière uniforme sur de grandes plaquettes de silicium pour une fabrication en grand volume, " dit le Dr Lei. " C'est une technique clé pour produire des appareils intelligents puissants et petits. "
En parcourant en ligne un humidificateur domestique sûr et facile à utiliser, Le Dr Jang a observé que les humidificateurs sur le marché utilisent soit un chauffage direct à haute température, soit une vibration d'atomiseur à ultrasons à température ambiante pour générer le brouillard d'eau.
"Moon s'est soudain rendu compte que ce dernier pouvait être un moyen sûr et simple de générer des vapeurs pour des produits chimiques réactifs qui sont thermiquement instables, " dit le Dr Lei.
"Le lendemain, Moon est venu discuter de l'idée et nous avons conçu les expériences pour prouver le concept dans notre laboratoire de recherche. L'ensemble du processus a duré près d'un an. Mais la bonne idée est venue à Moon comme un éclair."
Les procédés ALD reposent généralement sur des molécules en phase gazeuse chauffées qui sont évaporées de leur forme solide ou liquide, similaire aux humidificateurs d'ambiance qui utilisent la chaleur pour vaporiser l'eau. Pourtant, dans ce processus ALD, certains précurseurs chimiques ne sont pas stables et peuvent se décomposer avant d'atteindre une pression de vapeur suffisante pour l'ALD.
"Autrefois, de nombreux produits chimiques réactifs ont été considérés comme ne convenant pas à l'ALD en raison de leur faible pression de vapeur et parce qu'ils sont thermiquement instables, ", explique le Dr Lei. "Nos recherches ont révélé que la technique de l'atomiseur à ultrasons permettait d'évaporer les produits chimiques réactifs à une température aussi basse que la température ambiante."
L'invention des ultrasons des scientifiques de l'UAH permet d'utiliser une large gamme de produits chimiques réactifs qui sont thermiquement instables et ne conviennent pas au chauffage direct.
"Atomisation par ultrasons, tel que développé par notre groupe de recherche, fournit des précurseurs à faible tension de vapeur car l'évaporation des précurseurs s'est faite par vibration ultrasonore du module, " dit le Dr Lei.
"Comme l'humidificateur domestique, l'atomisation par ultrasons génère un brouillard constitué de vapeur saturée et de gouttelettes microscopiques, " dit-il. " Les gouttelettes microscopiques s'évaporent en continu lorsque le brouillard est délivré aux substrats par un gaz porteur. "
Le procédé utilise un transducteur ultrasonore piézo-électrique placé dans un précurseur chimique liquide. Une fois commencé, le transducteur se met à vibrer quelques centaines de milliers de fois par seconde et génère un brouillard du précurseur chimique. Les petites gouttelettes de liquide dans le brouillard sont rapidement évaporées dans le collecteur de gaz sous vide et traitement thermique doux, laissant une couche uniforme du matériau de dépôt.
"En utilisant l'atomisation par ultrasons à température ambiante rapportée par notre manuscrit, de nouveaux procédés ALD pourraient être développés en utilisant des précurseurs à faible volatilité et instables, " dit le Dr Lei. " Cela ouvrira une nouvelle fenêtre sur de nombreux processus ALD. "
Dans leur papier, les chercheurs de l'UAH démontrent une preuve de concept en comparant l'oxyde de titane ALD à l'aide de précurseurs chimiques atomisés par ultrasons thermiquement évaporés et à température ambiante, respectivement.
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