Dunne films spelen een sleutelrol bij de productie van elektronica. Ze kunnen direct op een substraatoppervlak worden gekweekt door middel van het chemische dampafzettingsproces (CVD), waarbij een reactie van voorloperverbindingen in de dampfase betrokken is. Gebaseerd op in situ Raman-spectroscopie tijdens gesimuleerde CVD in een aangepaste reactor, de ontleding van een wolfraamcarbonitride-precursor werd onder realistische omstandigheden onderzocht. In de Europees tijdschrift voor anorganische chemie , onderzoekers hebben een ontledingsmechanisme voorgesteld.

Een van de belangrijkste voordelen van CVD ten opzichte van fysieke technieken is de conforme filmgroei, die een uniforme dekking van complexe driedimensionale oppervlakken mogelijk maakt, inclusief extreem fijne structuren op wafels. Een dergelijke conforme filmgroei is nodig voor de voorbereiding van diffusiebarrières voor met koper gemetalliseerde geïntegreerde schakelingen. Koperatomen van geleidende sporen hebben de neiging om te diffunderen in het omringende silicium of silica, het veranderen van de elektrische eigenschappen en uiteindelijk het falen van de micro-elektronische componenten. Terwijl de huidige diffusiebarrières bestaan ​​uit tantaal/tantaalnitride dubbellagen aangebracht door middel van fysieke dampafzetting, alternatieve materialen toegepast door CVD zijn overwogen. Tungsten carbonitride (WNxCy) is een veelbelovende kandidaat vanwege zijn lage weerstand, geschikte thermische en mechanische stabiliteit, en minimale chemische reactiviteit met andere materialen die worden gebruikt in geïntegreerde circuits.

Om een ​​geschikt CVD-proces op te zetten, de aard van de voorloperverbinding is essentieel. De fysische en chemische eigenschappen en de mechanismen van de ontbindingsroutes zijn van cruciaal belang voor het beheersen van de afzetting en de eigenschappen van het afgezette materiaal. "Helaas, de overgrote meerderheid van de ontledingskarakterisering wordt gedaan met behulp van technieken die geen CVD-condities vastleggen, ", zegt Lisa McElwee-White. Samen met haar team aan de Universiteit van Florida (Gainesville, ONS.), ze was in staat om deze beperkingen te overwinnen door het CVD-proces te simuleren in een speciale, op maat gemaakte reactor. Deze reactor is uitgerust met een Raman-spectrometer, waardoor de waarneming van reactieproducten in de gasfase in situ mogelijk is. Raman-spectroscopie is gebaseerd op veranderingen van de vibratie- en rotatiemodi van moleculen. Als voorloperverbinding, de onderzoekers kozen voor het wolfraam-imidocomplex Cl ₄ (CH ₃ CN)WNiPr, een bekende voorloper voor de aerosol-geassisteerde (AA) CVD van wolfraamcarbonitride dunne films.

Op basis van de waargenomen tussenproducten gecombineerd met de resultaten van eerdere computationele en ex situ analytische gegevens, de onderzoekers konden een waarschijnlijk ontledingsmechanisme voorstellen voor de voorloper die ze bestudeerden. Het omvat een reactie die bekend staat als σ-binding metathese tussen de voorloper W-Cl binding en H2. Deze reactie is gewoonlijk ongunstig onder conventionele organometaalreactieomstandigheden. "Dat deze reactie plaatsvindt, kan te wijten zijn aan de hoge temperaturen en speciale omstandigheden in onze CVD-reactor, ", zegt McElwee-White. Een andere stap is homolyse van de imidobinding van de voorloper op de N(imido)-C-positie. Deze stap is ook een reactie met hoge energie die hoge temperaturen vereist. "Onze bevindingen kunnen de beperkende depositietemperatuur verklaren die is waargenomen voor groei van WNxCy uit imidocomplexen."