Las películas delgadas juegan un papel clave en la producción de productos electrónicos. Pueden cultivarse directamente sobre la superficie de un sustrato mediante el proceso de deposición química en fase de vapor (CVD), que implica una reacción de compuestos precursores en fase vapor. Basado en espectroscopía Raman in situ durante CVD simulado en un reactor personalizado, se examinó la descomposición de un precursor de carbonitruro de tungsteno en condiciones realistas. En el Revista europea de química inorgánica , los investigadores han propuesto un mecanismo de descomposición.

Una de las principales ventajas de la ECV sobre las técnicas físicas es su crecimiento de película conforme, que permite una cobertura uniforme de superficies tridimensionales complejas, incluyendo estructuras extremadamente finas en obleas. Este crecimiento de película conforme es necesario para la preparación de barreras de difusión para circuitos integrados metalizados con cobre. Los átomos de cobre de las pistas conductoras tienden a difundirse en el silicio o sílice circundante, alterando las propiedades eléctricas y eventualmente provocando fallas de los componentes microelectrónicos. Si bien las barreras de difusión actuales consisten en bicapas de tantalio / nitruro de tantalio aplicadas mediante deposición física de vapor, Se han considerado materiales alternativos aplicados por CVD. El carbonitruro de tungsteno (WNxCy) es un candidato prometedor debido a su baja resistividad, estabilidad térmica y mecánica adecuada, y mínima reactividad química con otros materiales utilizados en circuitos integrados.

Para establecer un proceso de CVD adecuado, la naturaleza del compuesto precursor es esencial. Sus características físicas y químicas y los mecanismos de sus vías de descomposición son fundamentales para controlar la deposición y las propiedades del material depositado. "Desafortunadamente, la gran mayoría de la caracterización de la descomposición se realiza utilizando técnicas que no capturan las condiciones de ECV, "dice Lisa McElwee-White. Trabajando con su equipo en la Universidad de Florida (Gainesville, NOSOTROS.), ella pudo superar estas limitaciones simulando el proceso de CVD en un especial, Reactor a medida. Este reactor está equipado con un espectrómetro Raman, permitiendo la observación de los productos de reacción en fase gaseosa in situ. La espectroscopia Raman se basa en alteraciones de los modos vibracional y rotacional de las moléculas. Como compuesto precursor, los investigadores eligieron el complejo de tungsteno imido Cl ₄ (CH ₃ CN) WNiPr, un precursor conocido de la CVD asistida por aerosol (AA) de películas delgadas de carbonitruro de tungsteno.

Basado en los intermedios observados combinados con los resultados de datos analíticos computacionales y ex situ previos, los investigadores pudieron proponer un probable mecanismo de descomposición del precursor que estudiaron. Incluye una reacción conocida como metátesis de enlace σ entre el enlace precursor W-Cl y H2. Esta reacción suele ser desfavorable en condiciones de reacción organometálicas convencionales. "Que ocurra esta reacción podría deberse a las altas temperaturas y condiciones especiales dentro de nuestro reactor CVD, ", dice McElwee-White. Otro paso es la homólisis del enlace imido del precursor en la posición N (imido) -C. Este paso también es una reacción de alta energía que requiere altas temperaturas". Nuestros hallazgos podrían explicar la temperatura de deposición limitante observada para crecimiento de WNxCy a partir de complejos imido ".