Computers, mobiele telefoons en alle andere elektronische apparaten bevatten duizenden transistors die met elkaar zijn verbonden door dunne laagjes metaal. Wetenschappers van de Universiteit van Linköping, Zweden, hebben een methode ontwikkeld die de elektronen in een plasma kan gebruiken om deze films te produceren.

De processors die tegenwoordig in computers en telefoons worden gebruikt, bestaan ​​uit miljarden kleine transistors die met elkaar zijn verbonden door dunne metaalfilms. Wetenschappers van de Universiteit van Linköping, LiU, hebben nu aangetoond dat het mogelijk is om dunne films van metalen te maken door de vrije elektronen in een plasma een actieve rol te laten spelen. Er ontstaat een plasma wanneer energie wordt toegevoerd die elektronen wegscheurt van de atomen en moleculen in een gas, om een ​​geïoniseerd gas te produceren. In ons dagelijks leven, plasma's worden gebruikt in fluorescentielampen en in plasmaschermen. De door de LiU-onderzoekers ontwikkelde methode waarbij plasma-elektronen worden gebruikt om metaalfilms te produceren, wordt beschreven in een artikel in de J Ournal van Vacuüm Wetenschap &Technologie .

"We zien verschillende spannende toepassingsgebieden, zoals de fabricage van processors en soortgelijke componenten. Met onze methode is het niet langer nodig om het substraat waarop de transistors zijn gemaakt heen en weer te bewegen tussen de vacuümkamer en een waterbad, wat ongeveer 15 keer per processor gebeurt, " zegt Henrik Pedersen, hoogleraar anorganische chemie aan het departement Natuurkunde, Scheikunde en biologie aan de Universiteit van Linköping.

Een gebruikelijke methode voor het maken van dunne films is om moleculaire dampen die de atomen bevatten die nodig zijn voor de film, in een vacuümkamer te brengen. Daar reageren ze met elkaar en met het oppervlak waarop de dunne film moet worden gevormd. Deze beproefde methode staat bekend als chemische dampafzetting (CVD). Om films van puur metaal te produceren door CVD, er is een vluchtig voorlopermolecuul nodig dat het betreffende metaal bevat. Wanneer de voorlopermoleculen op het oppervlak zijn geabsorbeerd, chemische oppervlaktereacties waarbij een ander molecuul betrokken is, zijn vereist om een ​​metaalfilm te creëren. Deze reacties vereisen moleculen die gemakkelijk elektronen afstaan ​​aan de metaalionen in de voorlopermoleculen, zodat ze worden gereduceerd tot metaalatomen, in wat bekend staat als een 'reductiereactie'. De LiU-wetenschappers richtten hun aandacht in plaats daarvan op plasma's.

"We redeneerden dat wat de oppervlaktechemiereacties nodig hadden, vrije elektronen waren, en deze zijn beschikbaar in een plasma. We begonnen te experimenteren door de voorlopermoleculen en de metaalionen op een oppervlak te laten landen en vervolgens elektronen van een plasma naar het oppervlak te trekken, ', zegt Henrik Pedersen.

Onderzoekers in de anorganische chemie en in de plasmafysica van IFM hebben samengewerkt en aangetoond dat het mogelijk is om dunne metaalfilms op een oppervlak te creëren met behulp van de vrije elektronen in een argonplasmaontlading voor de reductiereacties. Om de negatief geladen elektronen naar het oppervlak te trekken, ze pasten er een positief potentieel op toe.

De studie beschrijft het werken met niet-edele metalen zoals ijzer, kobalt en nikkel, die moeilijk tot metaal te herleiden zijn. Traditionele CVD is in deze gevallen gedwongen om krachtige moleculaire reductiemiddelen te gebruiken. Dergelijke reductiemiddelen zijn moeilijk te vervaardigen, beheren en controleren, omdat hun neiging om elektronen aan andere moleculen af ​​te staan, ze erg reactief en onstabiel maakt. Tegelijkertijd, de moleculen moeten voldoende stabiel zijn om te worden verdampt en in gasvorm in de vacuümkamer te worden gebracht waarin de metallische films worden afgezet.

"Wat de methode met behulp van plasma-elektronen beter kan maken, is dat het de noodzaak wegneemt om onstabiele reductiemiddelen te ontwikkelen en te beheren. De ontwikkeling van CVD van niet-edele metalen wordt belemmerd door een gebrek aan geschikte moleculaire reductiemiddelen die voldoende goed functioneren, ', zegt Henrik Pedersen.

De wetenschappers gaan nu verder met metingen die hen zullen helpen begrijpen en kunnen aantonen hoe de chemische reacties plaatsvinden op het oppervlak waar de metaalfilm zich vormt. Ook onderzoeken ze de optimale eigenschappen van het plasma. Ze willen ook verschillende voorlopermoleculen testen om manieren te vinden om de metaalfilms zuiverder te maken.