Технологии

АТОМНО-СЛОЕВОЕ ОСАЖДЕНИЕ (АСО):
(МОЛЕКУЛЯРНОЕ НАСЛАИВАНИЕ (МН)):

Процесс формирования ультратонких пленок путем попеременных поверхностных реакций на поверхности подложки известно на Западе как Atomic Layer Deposition (ALD). Данный метод под названием «молекулярное наслаивание» был разработан в 60-x годах прошлого столетия научной школой член-корреспондента АН СССР Валентина Борисовича Алесковского. Значительный вклад в развитие данной технологии также внес профессор ЛТИ им. Ленсовета Станислав Иванович Кольцов. Формирование ультратонких пленок может проводиться как термическим способом, так и плазма-стимулированным методом (ПС-АСО).

 

Принцип технологии и преимущества

Процесс формирования ультратонких пленок путем попеременных поверхностных реакций на поверхности подложки известно на Западе как Atomic Layer Deposition (ALD). Данный метод под названием «молекулярное наслаивание» был разработан в 60-x годах прошлого столетия научной школой член-корреспондента АН СССР Валентина Борисовича Алесковского. Значительный вклад в развитие данной технологии также внес профессор ЛТИ им. Ленсовета Станислав Иванович Кольцов [1]. Молекулярное наслаивание (МН) – это технология получения тонких пленок, основанная на попеременных химических реакциях между парами прекурсоров и твердым телом. В основе технологии МН лежит сформулированная В. Б. Алесковским в 1953 г. гипотеза об «остовном» строении твердых веществ [2], согласно которой в строении твердого тела всегда можно выделить остов и облекающие его атомы или группы атомов, играющих роль функциональных групп. Принцип молекулярного наслаивания наглядно иллюстрируется в случаях роста органических полимеров. Общая схема процесса МН представлена на рисунке

В первой полуреакции (А) происходит напуск прекурсора 1, имеющего не менее двух функциональных групп. После взаимодействия органического прекурсора 1 с поверхностными функциональными группами происходит напуск прекурсора 2, также содержащего не менее двух функциональных групп. Тем самым, благодаря наличию нескольких функциональных групп в случае прекурсоров 1 и 2, обеспечивается присутствие поверхностных функциональных групп после взаимодействия каждого прекурсора с поверхностью. МН полимерных пленок осуществляется с помощью реакций поликонденсации органических бифункциональных прекурсоров с поверхностными функциональными группами. Это усложняет процесс с точки зрения выбора бифункциональных прекурсоров для поверхностных реакций.

Особенности метода молекулярного наслаивания (АСО и МСО):

• Контроль толщины осаждаемой пленки на уровне до уровня нм
• Контроль элементного состава формируемой пленки
• Конформность формируемых пленок на наноуровне
• Равномерное осаждение функциональных пленок на дисперсных материалах
• Низкий уровень дефектов в получаемых покрытиях
• Относительно низкотемпературный процесс
• Возможность осаждения покрытий на различных предметах партиями

АТОМНО-СЛОЕВОЕ ТРАВЛЕНИЕ (АСТ):

Относительно новый процесс травления ультратонких пленок путем попеременных поверхностных реакций. АСТ известен на Западе как Atomic Layer Etching (ALE). Травление тонких пленок может проводиться как термическим методом, так и плазмо-стимулированным (ПС-АСТ) способом.

Примеры термического и плазма-стимулированного АСТ приведены в следующих работах:

– A. I. Abdulagatov, S. M. George. Chem. Mater., 2018, 30 (23), pp 8465–8475

– J. W. DuMont, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2017, 9 (11), pp 10296–10307

Особенности метода АСТ:

• Контроль удаления материла на уровне нанометр (10^-9 м)
• Получение равномерных поверхностей
• Высокая равномерность удаления материалов на трехмерных микро/наноструктурированных подложках
• Относительно низкотемпературный процесс
• Травление материалов партиями

ПЛАЗМО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ АТОМНО-СЛОЕВОГО ОСАЖДЕНИЯ И АТОМНО-СЛОЕВОГО ТРАВЛЕНИЯ (ПЛАЗМА-СТИМУЛИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ)

ПС-АСО и АСТ:

ПС-АСО – это процесс осаждения тонких пленок, где для стимулирования поверхностных процессов (реакций) используются генерируемые источником плазмы высокореакционные ионы и радикалы. ПС-АСТ – это процесс травления тонких пленок. Эти методы позволяют формировать или травить пленки при более низких температурах, чем при обычном термическом АСО, что позволяет осуществлять осаждение или травление материалов, чувствительных к высоким температурам. Применение источника плазмы позволяет расширить список синтезируемых соединений по сравнению с термическим АСО. Как и термический процесс, ПС-АСО и ПС-АСТ обеспечивает точность роста или травления пленок на нанометровом уровне.

ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ АСО, МСО и АСТ

• Формирование функциональных тонких пленок для микро- и наноэлектроники
• Барьерные покрытия для ювелирных изделий
• Контроль шероховатости поверхности на атомарном уровне
• Функциональные и барьерные покрытия для биоимплантов
• Защитные покрытия электродов для литий-ионных батарей
• Функциональные покрытия для катализа и сорбции
• Покрытия на дисперсных материалах для композитов
• Прецизионный контроль пор для фильтров
• Изготовление активных элементов для болометров, фотодетекторов, фотоэлектронных умножителей и т.д

1. Malygin, A.A. From, V. Aleskovskii’s ―Framework‖ Hypothesis to the Method of Molecular Layering/Atomic Layer Deposition // A.A. Malygin, V.E. Drozd, A.A. Malkov, V.M. Smirnov // Chem. Vapor Deposit. ‒ 2015. ‒ V. 21. ‒ N 10–12. ‒ P. 216- 240.
2. Алесковский, В.Б. Остовная гипотеза и опыт приготовления некоторых активных твердых тел / В.Б. Алесковский. ‒ Лен. технол. ин-т им. Ленсовета. ‒ Ленинград, ‒ 360 с.