研究人员开发了新的原子层沉积工艺

阿拉巴马系统大学的一部分，位于汉斯维尔的阿拉巴马大学(UAH)发明了一种在室温附近将原子薄层作为涂层沉积到基底材料上的新方法。

UAH博士后研究助理Moonhyung Jang博士想到了在购买家用加湿器时使用超声雾化技术蒸发原子层沉积(ALD)中使用的化学药品的想法。

张博士在化学工程系副教授于雷博士的实验室工作。两人发表了有关其发明的论文，并被《真空科学与技术杂志》 A选为编辑推荐。

雷博士说：“ ALD是一种三维薄膜沉积技术，在微电子制造，生产诸如中央处理器，存储器和硬盘驱动器等产品中起着重要作用。”

每个ALD循环都会在层上沉积几个原子深。ALD工艺重复沉积循环数百或数千次。薄膜的均匀性取决于化学前体蒸气与基材之间的表面自限反应。

Lei博士说：“ ALD提供了出色的纳米特征控制，同时可以在大型硅晶片上均匀地沉积材料，以进行批量生产。” “生产强大而小型的智能设备是一项关键技术。”

在网上浏览一个安全且易于使用的家用加湿器时，Jang博士观察到市场上的加湿器要么使用高温直接加热，要么使用室温下的超声雾化器振动来产生水雾。

雷博士说：“月亮突然意识到，后者可能是一种安全，简单的方式，可以为热不稳定的反应性化学物质产生蒸汽。”

“第二天，Moon来讨论这个想法，我们设计了实验以在我们的研究实验室中证明这一想法。整个过程花了将近一年的时间。但是，这个伟大的想法突然出现了。”

ALD过程通常依赖于从其固态或液态形式蒸发的加热的气相分子，类似于使用热量蒸发水的室内加湿器。但是，在该ALD工艺中，某些化学前体不稳定，并且在达到足够的ALD蒸气压之前会分解。

雷博士说：“过去，许多反应性化学药品由于蒸气压低且热不稳定而被认为不适合ALD。” “我们的研究发现，超声雾化器技术能够在低至室温的条件下蒸发反应性化学物质。”

UAH科学家的超声波发明使得可以使用多种热不稳定且不适合直接加热的反应性化学物质。

雷博士说：“由我们的研究小组开发的超声波雾化技术可提供低蒸气压的前驱物，因为前驱物的蒸发是通过组件的超声振动实现的。”

他说：“像家用加湿器一样，超声波雾化会产生由饱和蒸气和微小液滴组成的雾。” “当雾气被载气输送到基板时，微滴不断蒸发。”

该方法使用置于液体化学前体中的压电超声换能器。一旦启动，换能器便开始每秒振动数十万次，并产生化学前体的薄雾。薄雾中的小液滴在真空和温和热处理下在气体歧管中迅速蒸发，留下均匀的沉积材料涂层。

“利用我们手稿中报道的室温超声雾化，可以使用低挥发性和不稳定的前体开发新的ALD工艺，” Lei博士说。“这将为许多ALD流程打开一个新窗口。”

UAH研究人员在他们的论文中通过分别使用热蒸发和室温超声雾化的化学前体比较二氧化钛ALD来证明概念验证。

雷博士说：“ TiO 2薄膜的质量是可比的。”