Chemische ingenieurs van EPFL hebben een nieuwe methode ontwikkeld voor depositie van atomaire lagen, een techniek die veel wordt gebruikt in hoogwaardige micro-elektronica. De nieuwe methode kan veel goedkoper worden gebruikt in materialen met grotere oppervlakken dan de huidige benaderingen, met behoud van kwaliteit en efficiëntie.

Atomic Layer Deposition (ALD) houdt in dat lagen van atomen op elkaar worden gestapeld als pannenkoeken. De atomen zijn afkomstig van een verdampt materiaal dat een voorloper wordt genoemd. ASD is een gevestigde techniek voor het vervaardigen van micro-elektronica zoals halfgeleiders en magnetische koppen voor geluidsopname, evenals sensoren voor bio-engineering en diagnostiek.

Echter, het gebruik van ALD voor het afzetten van lagen op grotere oppervlakken was een worsteling, vooral als het gaat om het vervaardigen van materialen die tegen lage kosten moeten worden gehouden, bijv. katalysatoren en zonne-installaties.

"Het knelpunt is niet per se het juiste materiaal maken, maar het goedkoop maken, " legt professor Jeremy Luterbacher uit, hoofd van EPFL's Laboratory of Sustainable and Catalytic Processing (LPDC). "Het coaten van grotere oppervlakken met gasfasemethoden vereist lange depositietijden, en enorme excessen van voorloper, die beide de kosten verhogen, " voegt Benjamin Le Monnier toe, de Ph.D. student die het meeste onderzoek heeft gedaan.

Nutsvoorzieningen, de LPDC heeft een oplossing ontwikkeld. Met behulp van ALD in een vloeibare fase, de wetenschappers kunnen materialen produceren die niet te onderscheiden zijn van die gemaakt in de gasfase, met veel goedkopere apparatuur en zonder overtollige voorlopers.

Grotere precisie verlaagt de kosten

De onderzoekers bereikten deze doorbraak door zorgvuldig de verhouding van de reagerende voorlopers te meten voordat ze op het oppervlak van een substraat werden geïnjecteerd. Op deze manier, ze gebruikten precies de juiste hoeveelheid voorloper, zonder restjes die ongewenste reacties kunnen veroorzaken of verspild kunnen worden.

De nieuwe methode verlaagt ook de kosten doordat alleen standaard laboratoriumapparatuur nodig is voor chemische synthese. Het kan ook gemakkelijk worden opgeschaald om meer dan 150 g materiaal te coaten met dezelfde goedkope apparatuur, zonder verlies van coatingkwaliteit. De techniek kan zelfs coatings bereiken die niet mogelijk zijn met gasfase ALD, bijv. door niet-vluchtige voorlopers te gebruiken.

"Wij zijn van mening dat deze techniek het gebruik van ALD op katalysatoren en andere materialen met een groot oppervlak aanzienlijk kan democratiseren, ", zegt Luterbacher.