Atomikerroskasvatus

Atomikerroskasvatus eli ALD (engl. atomic layer deposition) on kemiallinen kaasufaasipinnoitustekniikka, jolla valmistetaan hyvin ohuita epäorgaanisia ohutkalvoja vuorottaisia itsekyllästyviä kaasu-kiinteäreaktioitaselvennä hyödyntäen.[1][2] ALD-menetelmän etuna on erityisesti sen kyky peittää monimutkaisetkin kolmiulotteiset rakenteet koostumukseltaan ja ominaisuuksiltaan tasaisella pinnoitteella. Menetelmän vanhempi nimi on atomikerrosepitaksia eli ALE (engl. atomic layer epitaxy).[3][4] ALE-lyhennettä käytetään nykyään merkityksessä atomikerrosetsaus (engl. atomic layer etching). Molekyylikerroskasvatus eli MLD (engl. molecular layer deposition) on muunnelma atomikerroskasvatuksesta, jossa käytetään polymeerisia lähtöaineita.

Tyypillisessä ALD-reaktorissa tapahtuvassa prosessissa substraatin pinta aktivoidaan ensimmäisellä kemiallisella reaktiolla. Prosessin paine ja lämpötila on valittu siten, että pintaan jää vain yksi adsorboitunut molekyylikerros. Välihuuhtelun jälkeen toinen lähtöaine päästetään pinnoituskammioon. Aktivoitu pinta reagoi toisen lähtöaineen kanssa muodostaen ohuen kerroksen haluttua epäorgaanista materiaalia. Tyypillisesti yhdessä reaktiokierroksessa kasvaa vähemmän kuin yksi monokerros haluttua materiaalia. Tyypillisesti kahden reaktiovaiheen sekä välihuuhtelujen muodostamaa reaktiosykliä toistetaan ja näin voidaan muodostaa halutun paksuinen kalvo, jonka paksuus riippuu toistettujen syklien lukumäärästä. Käyttötarkoituksesta riippuen kalvojen paksuus voi olla nanometrin osia tai jopa useita mikrometrejä. Pinnoituskerroksen paksuuden tarkan hallinnan lisäksi menetelmän etuna on myös erittäin hyvä pinnanlaatu.[3]

ALD-menetelmän keksi ja patentoi suomalainen Tuomo Suntola vuonna 1974, tarkoituksenaan valmistaa ohuita elektroluminesenssinäyttöjä.[3] ALD on kehitetty erillisesti myös Neuvostoliitossa 1960-luvulla.[5][6] Klassinen esimerkki ALD:n käytöstä on sinkkisulfidi ZnS-kalvon kasvattaminen.[2][4] Prekursoreina käytetään sinkkikloridia ZnCl2 ja divetysulfidia H2S. Sinkkikloridi kemisorboidaan substraatin pinnalle, minkä jälkeen divetysulfidi tuodaan kammioon. Lähtöaineet reagoivat keskenään muodostaen yksittäisen kerroksen sinkkisulfidimolekyylejä. Lähtöaineiden valinta on tärkeä osa onnistunutta ALD-prosessia. Yleisessä käytössä ovat muun muassa metallikloridit, metallo-orgaaniset yhdisteet sekä epämetalleista erilaiset yksinkertaiset hydridit, kuten vesi, divetysulfidi, ammoniakki ja vetyfluoridi.[1]

Lähteet

  1. ↑ a b Ville Miikkulainen, Markku Leskelä, Mikko Ritala, Riikka L. Puurunen: Crystallinity of inorganic films grown by atomic layer deposition: Overview and general trends. Journal of Applied Physics, 14.1.2013, nro 2, s. 021301. doi:10.1063/1.4757907 ISSN 0021-8979 Artikkelin verkkoversio.
  2. ↑ a b Steven M. George: Atomic Layer Deposition: An Overview. Chemical Reviews, 13.1.2010, nro 1, s. 111–131. doi:10.1021/cr900056b ISSN 0009-2665 Artikkelin verkkoversio.
  3. ↑ a b c Suntola, T., Antson, J., Pakkala, A., Lindfors, S.: Elektroluminesenssinäytöt --- uutta puolijohdetekniikkaa. Sähkö, 1980, 53(12), 368..
  4. ↑ a b Riikka L. Puurunen: A Short History of Atomic Layer Deposition: Tuomo Suntola's Atomic Layer Epitaxy. Chemical Vapor Deposition, 1.12.2014, nro 10-11-12, s. 332–344. doi:10.1002/cvde.201402012 ISSN 1521-3862 Artikkelin verkkoversio. (englanti)
  5. ↑ Esko Ahvenniemi, Andrew R. Akbashev, Saima Ali, Mikhael Bechelany, Maria Berdova, Stefan Boyadjiev: Review Article: Recommended reading list of early publications on atomic layer deposition—Outcome of the “Virtual Project on the History of ALD”. Journal of Vacuum Science & Technology A: Vacuum, Surfaces, and Films, 16.12.2016, nro 1, s. 010801. doi:10.1116/1.4971389 ISSN 0734-2101 Artikkelin verkkoversio.
  6. ↑ Anatolii A. Malygin, Victor E. Drozd, Anatolii A. Malkov, Vladimir M. Smirnov: From V. B. Aleskovskii's “Framework” Hypothesis to the Method of Molecular Layering/Atomic Layer Deposition. Chemical Vapor Deposition, 1.12.2015, nro 10-11-12, s. 216–240. doi:10.1002/cvde.201502013 ISSN 1521-3862 Artikkelin verkkoversio. (englanti)

Aiheesta muualla