Атомно-слоевое осаждение — это химический процесс, используемый при производстве микропроцессоров, оптических пленок и других синтетических и органических тонких пленок для датчиков, медицинских устройств и передовой электроники, при котором слой материала толщиной всего в несколько атомов точно осаждается на подложку. . Существует несколько подходов и методов нанесения атомарных слоев, и это стало неотъемлемой частью исследований в области нанотехнологий и материаловедческих исследований в области электротехники , энергетика и медицинские приложения. Этот процесс часто включает атомно-слоевую эпитаксию или эпитаксию молекулярного слоя, где очень тонкий слой кристаллического вещества в форме металла или полупроводника соединение кремния прикрепляется к поверхности более толстым слоем аналогичного материала.
Осаждение тонких пленок — это область исследования и производства продуктов, требующая опыта нескольких научных дисциплин из-за тонкого уровня контроля, который необходимо осуществлять для производства полезных устройств и материалов. Он часто включает исследования и разработки в области физики, химии и различных типов техники, от механики до химическая инженерия. Исследования в области химии определяют, как протекают химические процессы на атомном и молекулярном уровнях и каковы самоограничивающие факторы роста кристаллов и оксидов металлов, чтобы осаждение атомарных слоев могло постоянно давать слои с однородными характеристиками. Камеры для химических реакций для осаждения атомарных слоев могут производить скорость осаждения 1,1 ангстрема или 0,11 нанометра материала за цикл реакции за счет контроля количества различных реагентов и температуры камеры. Общие химические вещества, используемые в таких процессах, включают диоксид кремния, SiO2; оксид магния, MgO; и нитрид тантала, TaN.
Аналогичная форма метода напыления тонкой пленки используется для выращивания органических пленок, которое обычно начинается с фрагментов органических молекул, таких как различные типы полимеров. Гибридные материалы также могут быть получены с использованием органических и неорганических химикатов для использования в таких продуктах, как стенты, которые можно помещать в кровеносные сосуды человека и покрывать лекарствами с пролонгированным высвобождением для борьбы с сердечными заболеваниями. Исследователи из Альберты из Национального института нанотехнологий в Канаде создали аналогичный тонкопленочный слой из традиционной нержавеющей стали. стент для поддержки открытых коллапсированных артерий по состоянию на 2011 год. Стент из нержавеющей стали покрыт тонким слоем стеклянного диоксида кремния, который используется в качестве подложки, к которой связывается сахароуглеводный материал толщиной примерно 60 атомных слоев. Затем углевод положительно взаимодействует с иммунной системой, предотвращая развитие в организме реакции отторжения на присутствие стального стента в артерии.
Существуют сотни химических соединений, используемых при атомно-слоевом осаждении, и они служат множеству целей. Одним из наиболее широко исследованных по состоянию на 2011 год является разработка диэлектрических материалов с высоким значением k для производства интегральных схем. По мере того, как транзисторы становятся все меньше и меньше, вплоть до размеров менее 10 нанометров, процесс, известный как квантовое туннелирование, когда электрические заряды просачиваются через изолирующие барьеры, делает традиционное использование диоксида кремния для транзисторов непрактичным. Пленки диэлектрического материала с высоким значением k, которые проходят испытания в атомарном осаждении слоев, в качестве заменителей включают диоксид циркония, ZnO2; диоксид гафния, HfO2; и оксид алюминия, Al2O3, как эти материалы демонстрируют гораздо лучшую устойчивость к туннелированию.