科学家开发出新型原子层沉积工艺
科技盲盒2020-10-28 11:29
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阿拉巴马大学Huntsville分校（UAH）的研究人员发明了一种在室温附近将原子薄层作为涂层沉积在基底材料上的新方法。UAH博士后研究助理Moonhyung Jang博士在选购家用加湿器时，有了在原子层沉积（ALD）中使用超声波雾化技术来蒸发化学物质的想法。
Jang博士在化学工程系副教授Yu Lei博士的实验室工作，两人就他们的发明发表了一篇论文，并被选为《Journal of Vacuum Science & Technology》A版的编辑选题。
ALD是一种三维薄膜沉积技术，在微电子制造、在CPU、存储器和硬盘等的生产过程中发挥着重要作用。每个ALD周期都会沉积一层几个原子厚的薄膜，一个ALD工艺会重复数百次或数千次的沉积周期。薄膜的均匀性依赖于化学前体蒸汽和基材之间的表面自限反应。
Lei博士说："ALD提供了对纳米特征的特殊控制，同时将材料均匀地沉积在大型硅片上，以实现大批量制造，它是生产很多智能设备的关键技术。"
在网上浏览安全易用的家用加湿器时，Jang博士观察到市面上的加湿器一般都是采用高温直接加热或常温下超声波雾化器振动来产生水雾。这时Jang博士突然意识到，对于热不稳定的活性化学物质来说，后者可能是一种安全而简单的产生蒸汽的方法。
ALD工艺通常依靠加热气相分子，使其从固态或液态中蒸发出来，类似于房间加湿器利用热量使水汽化。然而在ALD工艺中，一些化学前体并不稳定，在达到ALD所需的足够蒸汽压力之前就会分解。
Lei博士说："过去，许多活性化学物质都被认为不适合ALD，因为它们的蒸汽压低，而且热稳定性较差。而我们的研究发现，超声波雾化器技术能够在低至室温下蒸发活性化学品。"UAH科学家的新发明使得热稳定性差、不适合直接加热的活性化学物质广泛使用成为可能。
Lei博士介绍道："我们开发的超声雾化蒸发技术，可以提供低蒸气压的前驱体，因为前驱体的蒸发是通过模块的超声振动进行的。就像家用加湿器一样，超声波雾化产生了由饱和蒸汽和微尺寸液滴组成的雾气，当雾气被载气输送到基材上时，微尺寸的液滴不断蒸发。"
该过程使用一个压电式超声波换能器放置在液体化学前体中。启动后，换能器开始每秒振动几十万次，并产生化学前体的雾气。在真空和温和热处理下，雾气中的小液滴在气体管道中迅速蒸发，留下均匀的沉积材料涂层。
"利用我们研发的室温超声雾化技术，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工艺打开一扇新的大门。"
在论文中，UAH的研究人员通过比较分别使用热蒸发和室温超声雾化化学前驱体的氧化钛ALD来进行概念验证，获得的TiO2薄膜质量两者基本相当。
论文标题为《tert-butoxides as precursors for atomic layer deposition of alkali metal containing thin films》
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