Прорыв в микроэлектронике. Ученые разработали новый процесс осаждения атомных слоев

Доктор Мунхён Джанг, научный сотрудник UAH, придумал использовать технологию ультразвукового распыления для испарения химикатов, используемых при осаждении атомного слоя (ALD), при покупке домашнего увлажнителя воздуха. Доктор Джанг работает в лаборатории доктора Ю Лэя, доцента кафедры химического машиностроения. 

«ALD - это метод осаждения трехмерных тонких пленок, который играет важную роль в производстве микроэлектроники, в производстве таких элементов, как центральные процессоры, память и жесткие диски», - говорит д-р Лей.

Каждый цикл ALD создает слой глубиной в несколько атомов. Процесс ALD повторяет цикл осаждения сотни или тысячи раз. Однородность тонких пленок зависит от поверхностной самоограничивающейся реакции между парами химического прекурсора и подложками.

«ALD предлагает исключительный контроль нанометровых характеристик при равномерном нанесении материалов на большие кремниевые пластины для крупносерийного производства», - говорит доктор Лей. «Это ключевой метод для производства мощных и небольших интеллектуальных устройств».

Просматривая в Интернете безопасный и простой в использовании домашний увлажнитель воздуха, доктор Джанг заметил, что представленные на рынке увлажнители используют либо прямой нагрев при высокой температуре, либо ультразвуковую вибрацию распылителя при комнатной температуре для создания водяного тумана.

«Мун внезапно осознал, что последний может быть безопасным и простым способом генерировать пары реактивных химикатов, которые термически нестабильны», - говорит доктор Лей. «На следующий день Мун пришел, чтобы обсудить идею, и мы разработали эксперименты, чтобы доказать эту концепцию в нашей исследовательской лаборатории. Весь процесс занял почти год. Но великая идея пришла к Муну как вспышка».

В процессах ALD обычно используются нагретые молекулы в газовой фазе, которые испаряются из твердой или жидкой формы, аналогично комнатным увлажнителям, использующим тепло для испарения воды. Однако в этом процессе ALD некоторые химические прекурсоры нестабильны и могут разлагаться до достижения давления пара, достаточного для ALD.

«В прошлом многие реактивные химические вещества считались непригодными для ALD из-за их низкого давления пара и термической нестабильности», - говорит д-р Лей. «Наше исследование показало, что технология ультразвукового распыления позволяет испарять химически активные вещества при комнатной температуре».

Изобретение ученых UAH в области ультразвука позволяет использовать широкий спектр химически активных веществ, которые термически нестабильны и не подходят для прямого нагрева.

«Ультразвуковое распыление, разработанное нашей исследовательской группой, позволяет получать прекурсоры с низким давлением пара, поскольку испарение прекурсоров происходило посредством ультразвуковой вибрации модуля», - говорит доктор Лей. «Как и в случае с бытовым увлажнителем воздуха, ультразвуковое распыление создает туман, состоящий из насыщенного пара и микрокапель. Капли микронного размера непрерывно испаряются, когда туман доставляется к подложкам с газом-носителем».

В этом процессе используется пьезоэлектрический ультразвуковой преобразователь, помещенный в жидкий химический прекурсор. После запуска преобразователь начинает вибрировать несколько сотен тысяч раз в секунду и создает туман химического предшественника. Небольшие капельки жидкости в тумане быстро испаряются в газовом коллекторе под действием вакуума и мягкой термообработки, оставляя после себя ровный слой осаждаемого материала, пишет phys.org.

«Используя ультразвуковое распыление при комнатной температуре, о котором сообщается в нашей работе, новые процессы ALD могут быть разработаны с использованием низколетучих и нестабильных прекурсоров», - говорит доктор Лей. «Это откроет новое окно для многих процессов ALD».