En la Universidad de Alabama en Huntsville (UAH) se inventó una nueva forma de depositar capas delgadas de átomos como recubrimiento sobre un material de sustrato a temperaturas cercanas a la ambiente. una parte del sistema de la Universidad de Alabama.

El Dr. Moonhyung Jang, asociado de investigación postdoctoral de la UAH, tuvo la idea de utilizar una tecnología de atomización ultrasónica para evaporar los productos químicos utilizados en la deposición de la capa atómica (ALD) mientras compraba un humidificador doméstico.

El Dr. Jang trabaja en el laboratorio del Dr. Yu Lei, profesor asociado en el Departamento de Ingeniería Química. La pareja ha publicado un artículo sobre su invento que ha sido seleccionado como elegido por un editor en el Revista de ciencia y tecnología del vacío A .

"ALD es una técnica de deposición de película delgada tridimensional que juega un papel importante en la fabricación de microelectrónica, en la producción de artículos como unidades centrales de procesamiento, memoria y discos duros, "dice el Dr. Lei.

Cada ciclo de ALD deposita una capa de unos pocos átomos de profundidad. Un proceso ALD repite el ciclo de deposición cientos o miles de veces. La uniformidad de las películas delgadas se basa en una reacción superficial autolimitante entre el vapor precursor químico y los sustratos.

"ALD ofrece un control excepcional de las características nanométricas mientras deposita materiales de manera uniforme en grandes obleas de silicio para la fabricación de grandes volúmenes, "Dice el Dr. Lei." Es una técnica clave para producir dispositivos inteligentes pequeños y potentes ".

Mientras busca en línea un humidificador doméstico seguro y fácil de usar, El Dr. Jang observó que los humidificadores en el mercado utilizan calentamiento directo a alta temperatura o vibración de atomizador ultrasónico a temperatura ambiente para generar agua nebulizada.

"Moon se dio cuenta de repente de que este último podría ser una forma segura y sencilla de generar vapores para productos químicos reactivos que son térmicamente inestables, "dice el Dr. Lei.

"El día siguiente, Moon vino a discutir la idea y diseñamos los experimentos para probar el concepto en nuestro laboratorio de investigación. Todos los procesos tardaron casi un año. Pero la gran idea llegó a Moon como un relámpago ".

Los procesos ALD generalmente se basan en moléculas en fase gaseosa calentadas que se evaporan de su forma sólida o líquida, similar a los humidificadores de habitación que utilizan calor para vaporizar el agua. Sin embargo, en ese proceso ALD, algunos precursores químicos no son estables y pueden descomponerse antes de alcanzar una presión de vapor suficiente para ALD.

"En el pasado, Muchos productos químicos reactivos se consideraron no adecuados para ALD debido a su baja presión de vapor y porque son térmicamente inestables. "dice el Dr. Lei." Nuestra investigación encontró que la técnica del atomizador ultrasónico permitía evaporar los químicos reactivos a temperaturas tan bajas como la de la habitación ".

La invención de ultrasonido de los científicos de la UAH hace posible el uso de una amplia gama de productos químicos reactivos que son térmicamente inestables y no aptos para el calentamiento directo.

"Atomización ultrasónica, desarrollado por nuestro grupo de investigación, suministra precursores de baja presión de vapor porque la evaporación de los precursores se realizó mediante vibración ultrasónica del módulo, "Dice el Dr. Lei.

"Como el humidificador doméstico, La atomización ultrasónica genera una niebla que consta de vapor saturado y gotitas de tamaño micro, ", dice." Las gotas de tamaño micro se evaporan continuamente cuando un gas portador entrega la niebla a los sustratos ".

El proceso utiliza un transductor ultrasónico piezoeléctrico colocado en un precursor químico líquido. Una vez iniciado, el transductor comienza a vibrar unos cientos de miles de veces por segundo y genera una neblina del precursor químico. Las pequeñas gotas de líquido en la niebla se evaporan rápidamente en el colector de gas al vacío y con un tratamiento térmico suave. dejando una capa uniforme del material de deposición.

"Utilizando la atomización ultrasónica a temperatura ambiente informada por nuestro manuscrito, Se podrían desarrollar nuevos procesos ALD utilizando precursores inestables y de baja volatilidad, "Dice el Dr. Lei." Se abrirá una nueva ventana a muchos procesos ALD ".

En su papel Los investigadores de la UAH demuestran una prueba de concepto comparando el óxido de titanio ALD utilizando precursores químicos atomizados ultrasónicos térmicamente evaporados y a temperatura ambiente. respectivamente.

"El TiO ₂ la calidad de la película fina es comparable, "dice el Dr. Lei.