Триратна Мунешвар, докторант кафедры химии и материаловедения, и Кен Кадиен, профессор материаловедения, разработали новый метод изготовления тонких пленок — материалов, которые необходимы в современных компьютерах и электронных устройствах — путем адаптации современных атомных технологий. методы нанесения слоев.Осаждение атомного слоя (ALD) — это именно то, что подразумевает название.
Тонкие пленки покрыты слоями толщиной с молекулы таких материалов, как цинк, кремний, азот и т. Д. В процессе производства пленка помещается в небольшую камеру и подготавливается путем обработки «липким» слоем предшественника. Затем газы закачиваются внутрь, покрывая и химически связываясь с рецепторами на слое-предшественнике.
Проблема в том, что некоторые молекулы, находящиеся на поверхности предшественника, настолько велики, что блокируют другие рецепторные точки. Это как пять человек, занимающих 10 мест в автобусе.Однако Мюнешвар заметил, что эти большие молекулы почти сразу же теряют лиганды, которые не соединяются со слоем-предшественником, высвобождая ранее заблокированные рецепторы.
Но к этому моменту газ уже откачан из камеры и не может быть использован повторно. «Хотя было предложено несколько стратегий рециркуляции этого непрореагировавшего газа, остаточные примеси внутри остаются серьезной проблемой», — отмечает он.Мунешвар задался вопросом, может ли он создать более плотный и однородный слой, закачивая газ в камеру меньшими дозами, ожидая всего лишь доли секунды, пока лиганды отслоятся и освободят рецепторы, а затем закачивая еще одну небольшую дозу газа.
Он разработал эту идею, работая доктором философии под руководством Кадьена.«Мой интерес к этому проявился в разговоре с доктором Кадиеном и одним из его коллег, которые сказали, что стоимость прекурсоров является проблемой», — сказал Мунешвар. Затем, во время участия в международной конференции в прошлом году, Мунешвар спросил промышленных инженеров и исследователей о ALD и, в частности, стоимости прекурсоров.«Я спросил одного парня:« А что, если бы я мог вдвое сократить ваши затраты на прекурсоры? » и он понял, какое влияние это окажет на их производственные процессы.
Позже в тот же день, когда я встретил его, мне сказали, что он обсудил эту идею со своим боссом, и они будут очень заинтересованы в нашей работе », — сказал Мунешвар.Вернувшись в университетский городок, Мюнешвар начал подсчитывать цифры и обнаружил, что на бумаге концепция импульсного расслоения является многообещающей.
После доработки своей работы Мунешвар разработал математическую модель, которая продемонстрировала, что этот метод будет работать.«Во многих случаях вы проводите эксперимент, а затем придумываете формулу, объясняющую, что произошло», — сказал Кадиен. «Но Триратна первой написала модель, и она точно предсказала то, что произошло в эксперименте».
Мунешвар и Кадиен опубликовали статью о своем открытии в Journal of Applied Physics. С момента появления статьи к ним связались лидеры отрасли и попросили копии статьи.
Хотя для производства тонкопленочных устройств требуются небольшие количества материалов, таких как цинк или кремний, Кадиен говорит, что затраты не являются незначительными — они могут составлять от 500 до 600 долларов за грамм, а текущие процессы являются расточительными, дозирующие поверхности от 100 до В 10 000 раз больше необходимого количества молекул.«Некоторые из них представляют собой большие молекулы, и в производстве полупроводников, если вы — компания, производящая 10 000 12-дюймовых пластин в неделю — небольшие количества чего-то складываются в большие количества чего-то».
По оценкам, рыночный объем прекурсоров, используемых в ALD, к 2020 году достигнет 400 миллионов долларов США.Оба надеются, что их открытие может привести к совместной работе с новыми отраслевыми партнерами в будущем. Кадиен отмечает, что работа Мунешвара могла иметь длительное влияние на производственную практику, потому что он был готов экспериментировать с доступным ему высокотехнологичным оборудованием.
«В мире существует более 1000 систем осаждения атомных слоев, — сказал Кадиен, — но есть лишь небольшая горстка людей, которые спрашивают, почему и как эти вещи работают, которые пробуют что-то новое. Когда вы делаете это, вы можете придумать такие прорывы ".