阿拉巴馬系統(tǒng)大學的一部分，位于漢斯維爾的阿拉巴馬大學(UAH)發(fā)明了一種在室溫附近將原子薄層作為涂層沉積到基底材料上的新方法。

UAH博士后研究助理Moonhyung Jang博士想到了在購買家用加濕器時使用超聲霧化技術(shù)蒸發(fā)原子層沉積(ALD)中使用的化學藥品的想法。

張博士在化學工程系副教授于雷博士的實驗室工作。兩人發(fā)表了有關(guān)其發(fā)明的論文，并被《真空科學與技術(shù)雜志》 A選為編輯推薦。

雷博士說：“ ALD是一種三維薄膜沉積技術(shù)，在微電子制造，生產(chǎn)諸如中央處理器，存儲器和硬盤驅(qū)動器等產(chǎn)品中起著重要作用。”

每個ALD循環(huán)都會在層上沉積幾個原子深。ALD工藝重復沉積循環(huán)數(shù)百或數(shù)千次。薄膜的均勻性取決于化學前體蒸氣與基材之間的表面自限反應。

Lei博士說：“ ALD提供了出色的納米特征控制，同時可以在大型硅晶片上均勻地沉積材料，以進行批量生產(chǎn)。” “生產(chǎn)強大而小型的智能設備是一項關(guān)鍵技術(shù)。”

在網(wǎng)上瀏覽一個安全且易于使用的家用加濕器時，Jang博士觀察到市場上的加濕器要么使用高溫直接加熱，要么使用室溫下的超聲霧化器振動來產(chǎn)生水霧。

雷博士說：“月亮突然意識到，后者可能是一種安全，簡單的方式，可以為熱不穩(wěn)定的反應性化學物質(zhì)產(chǎn)生蒸汽。”

“第二天，Moon來討論這個想法，我們設計了實驗以在我們的研究實驗室中證明這一想法。整個過程花了將近一年的時間。但是，這個偉大的想法突然出現(xiàn)了。”

ALD過程通常依賴于從其固態(tài)或液態(tài)形式蒸發(fā)的加熱的氣相分子，類似于使用熱量蒸發(fā)水的室內(nèi)加濕器。但是，在該ALD工藝中，某些化學前體不穩(wěn)定，并且在達到足夠的ALD蒸氣壓之前會分解。

雷博士說：“過去，許多反應性化學藥品由于蒸氣壓低且熱不穩(wěn)定而被認為不適合ALD。” “我們的研究發(fā)現(xiàn)，超聲霧化器技術(shù)能夠在低至室溫的條件下蒸發(fā)反應性化學物質(zhì)。”

UAH科學家的超聲波發(fā)明使得可以使用多種熱不穩(wěn)定且不適合直接加熱的反應性化學物質(zhì)。

雷博士說：“由我們的研究小組開發(fā)的超聲波霧化技術(shù)可提供低蒸氣壓的前驅(qū)物，因為前驅(qū)物的蒸發(fā)是通過組件的超聲振動實現(xiàn)的。”

他說：“像家用加濕器一樣，超聲波霧化會產(chǎn)生由飽和蒸氣和微小液滴組成的霧。” “當霧氣被載氣輸送到基板時，微滴不斷蒸發(fā)。”

該方法使用置于液體化學前體中的壓電超聲換能器。一旦啟動，換能器便開始每秒振動數(shù)十萬次，并產(chǎn)生化學前體的薄霧。薄霧中的小液滴在真空和溫和熱處理下在氣體歧管中迅速蒸發(fā)，留下均勻的沉積材料涂層。

“利用我們手稿中報道的室溫超聲霧化，可以使用低揮發(fā)性和不穩(wěn)定的前體開發(fā)新的ALD工藝，” Lei博士說。“這將為許多ALD流程打開一個新窗口。”

UAH研究人員在他們的論文中通過分別使用熱蒸發(fā)和室溫超聲霧化的化學前體比較二氧化鈦ALD來證明概念驗證。

雷博士說：“ TiO 2薄膜的質(zhì)量是可比的。”