Процессоры, используемые в современных компьютерах и телефонах, состоят из миллиардов крошечных транзисторов, соединенных тонкими металлическими пленками. Ученые из Университета Линчёпинга (LiU) показали, что можно создавать тонкие пленки из металлов, позволяя свободным электронам в плазме играть активную роль.
Плазма образуется при подаче энергии, которая отрывает электроны от атомов и молекул в газе, образуя ионизированный газ. В нашей повседневной жизни плазма используется в люминесцентных лампах и плазменных дисплеях. Метод, разработанный исследователями LiU с использованием плазменных электронов для создания металлических пленок, описан в статье в Journal of Vacuum Science & Technology.
«Мы видим несколько интересных областей применения, таких как производство процессоров и аналогичных компонентов.
Благодаря нашему методу больше нет необходимости перемещать подложку, на которой создаются транзисторы, взад и вперед между вакуумной камерой и водяной баней, что происходит примерно 15 раз на процессор », – говорит Хенрик Педерсен, профессор кафедры неорганической химии. физики, химии и биологии в Университете Линчёпинга.
Обычным методом создания тонких пленок является введение молекулярных паров, содержащих атомы, необходимые для пленки, в вакуумную камеру. Там они вступают в реакцию друг с другом и с поверхностью, на которой должна формироваться тонкая пленка.
Этот хорошо зарекомендовавший себя метод известен как химическое осаждение из паровой фазы (CVD). Для получения пленок из чистого металла методом химического осаждения из паровой фазы требуется летучая молекула-предшественник, которая содержит интересующий металл.
Когда молекулы-предшественники абсорбируются на поверхности, для создания металлической пленки требуются поверхностные химические реакции с участием другой молекулы. Для этих реакций требуются молекулы, которые легко отдают электроны ионам металлов в молекулах-предшественниках, так что они восстанавливаются до атомов металлов в так называемой «реакции восстановления»."Ученые LiU вместо этого обратили внимание на плазму.
"Мы рассудили, что для химических реакций на поверхности необходимы свободные электроны, и они доступны в плазме. Мы начали экспериментировать, позволяя молекулам-предшественникам и ионам металлов приземляться на поверхность, а затем притягивать электроны из плазмы к поверхности », – говорит Хенрик Педерсен.
Исследователи неорганической химии и физики плазмы в IFM объединились и продемонстрировали, что можно создавать тонкие металлические пленки на поверхности, используя свободные электроны в разряде плазмы аргона для реакций восстановления. Чтобы привлечь отрицательно заряженные электроны к поверхности, они приложили к ней положительный потенциал.
В исследовании описывается работа с неблагородными металлами, такими как железо, кобальт и никель, которые трудно превратить в металл. Традиционные сердечно-сосудистые заболевания в этих случаях вынуждены использовать мощные молекулярные восстановители.
Такие восстановители сложно производить, управлять и контролировать, поскольку их склонность отдавать электроны другим молекулам делает их очень реактивными и нестабильными. В то же время молекулы должны быть достаточно стабильными, чтобы испаряться и вводиться в газообразной форме в вакуумную камеру, в которой осаждаются металлические пленки.
"Что может сделать метод с использованием электронов плазмы лучше, так это то, что он устраняет необходимость в разработке нестабильных восстановителей и управлении ими. Развитие сердечно-сосудистых заболеваний неблагородных металлов затруднено из-за отсутствия подходящих молекулярных восстановителей, которые функционируют достаточно хорошо », – говорит Хенрик Педерсен.
В настоящее время ученые продолжают измерения, которые помогут им понять и продемонстрировать, как протекают химические реакции на поверхности, где образуется металлическая пленка. Они также исследуют оптимальные свойства плазмы.
Они также хотели бы протестировать различные молекулы-прекурсоры, чтобы найти способы сделать металлические пленки более чистыми.
Исследование получило финансовую поддержку от Шведского исследовательского совета и проводилось в сотрудничестве с Даниэлем Лундином, приглашенным профессором IFM.