研究人员开发出新的原子层沉积工艺
阿拉巴马大学亨茨维尔分校 (UAH) 发明了一种在接近室温下将原子薄层作为涂层沉积到基板材料上的新方法，该大学是阿拉巴马大学系统的一部分。
UAH 博士后研究助理 Moonhyung Jang 博士在购买家用加湿器时萌生了使用超声波雾化技术蒸发原子层沉积(ALD) 中使用的化学物质的想法。
张博士在化学工程系副教授余磊博士的实验室工作。两人发表了一篇关于他们发明的论文，该论文已被《真空科学与技术杂志 A》选为编辑精选。
“ALD 是一种三维薄膜沉积技术，在微电子制造、中央处理器、内存和硬盘驱动器等产品的生产中发挥着重要作用，”雷博士说。
每个 ALD 循环都会在几个原子深的地方沉积一层。ALD 工艺将沉积循环重复数百或数千次。薄膜的均匀性依赖于化学前体蒸气和基板之间的表面自限反应。
“ALD 提供对纳米特征的卓越控制，同时在大硅片上均匀沉积材料以进行大批量制造，”雷博士说。“这是生产功能强大的小型智能设备的关键技术。”
而对于安全和易于使用的家用加湿器在线浏览，张医生指出，加湿器市场上使用或者在高温下或超声雾化器振动直接加热，在室温下产生的水雾。
“Moon 突然意识到，后者可能是一种安全且简单的方法，可以为热不稳定的反应性化学物质生成蒸汽，”雷博士说。
“第二天，Moon 来讨论这个想法，我们在我们的研究实验室设计了实验来证明这个概念。整个过程花了将近一年的时间。但这个伟大的想法像闪光一样来到了 Moon。”
ALD 工艺通常依赖于加热的气相分子，这些分子从固体或液体形式蒸发，类似于使用热量蒸发水的室内加湿器。然而，在该 ALD 工艺中，一些化学前体不稳定，可能会在达到 ALD 的足够蒸气压之前分解。
“过去，许多反应性化学品被认为不适合 ALD，因为它们的蒸气压低且热不稳定，”雷博士说。“我们的研究发现，超声波雾化器技术能够在低至室温的情况下蒸发反应性化学物质。”
UAH 科学家的超声波发明使得使用各种热不稳定且不适合直接加热的反应性化学品成为可能。
“由我们的研究小组开发的超声波雾化提供低蒸气压前体，因为前体的蒸发是通过模块的超声波振动实现的，”雷博士说。
“就像家用加湿器一样，超声波雾化会产生由饱和蒸汽和微小液滴组成的雾气，”他说。“当雾气通过载气输送到基板时，微型液滴会不断蒸发。”
该过程使用放置在液体化学前体中的压电超声换能器。一旦启动，换能器开始每秒振动几十万次，并产生化学前体雾。雾中的小液滴在真空和温和的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。
“使用我们手稿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，”雷博士说。“它将为许多 ALD 工艺打开一个新窗口。”
在他们的论文中，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体的氧化钛 ALD 来证明概念。
“TiO 2薄膜的质量相当，”雷博士说。
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