धडा 13.4मायक्रो आणि नॅनोप्रकरण 13 · मायक्रो- आणि नॅनोफॅब्रिकेशन

अॅटॉमिक लेयर डिपॉझिशन (ALD)

बदलत्या वायूंनी प्रत्येक चक्रात एक अणुथर या प्रमाणे पृष्ठभागावर कोटिंग करते

अॅटॉमिक लेयर डिपॉझिशन (ALD) गरम पृष्ठभागावर दोन वायू आलटून पालटून सोडून एका वेळी अणूंचा एक थर वाढवते. प्रत्येक वायू मागील वायूने मागे ठेवलेल्या गोष्टीशीच अभिक्रिया करू शकतो, त्यामुळे प्रत्येक फेरीत पोहोचता येईल अशा प्रत्येक पृष्ठभागावर अगदी एक पातळ थर जोडला जातो. आधुनिक चिप्समधील अतिपातळ विद्युतरोधक थर आणि फक्त काही नॅनोमीटर जाडीचे संरक्षक कोटिंग यामुळे बनतात.

फोटो: CINT, Los Alamos, Public domain, स्रोत: Wikimedia Commons

चार चित्रांत एक ALD चक्र, आणि खंदकात एकसमान कोटिंगप्रत्येक चित्र पृष्ठभागाचा एक सूक्ष्म भाग दाखवते; वर्तुळातील क्रमांक खालील पायऱ्यांशी जुळतात. खालील आकृती ALD का महत्त्वाचे आहे ते दाखवते: खोल खंदकाच्या आत एकसमान फिल्म.

हे कसे चालते

वायू A चा झोत द्या. वेफर किंवा भाग एका लहान चेंबरमध्ये ठेवला जातो, कमी दाबाखाली सहसा 150–350 °C वर गरम केलेला. पहिल्या प्रिकर्सरचा (जमा करायचे मूलद्रव्य वाहून आणणारा अभिक्रियाशील वायू) लहान झोत, येथे ट्रायमिथाइलअॅल्युमिनियम (TMA), पृष्ठभागावरील प्रत्येक उपलब्ध जागेशी जोडला जातो. सर्व जागा भरल्या की तो थांबतो: ही अभिक्रिया स्वयं-मर्यादित असते.
पर्ज. नायट्रोजन किंवा आर्गॉन उरलेला वायू बाहेर काढतो, त्यामुळे दोन्ही प्रिकर्सर मोकळ्या जागेत कधीच एकमेकांना भेटत नाहीत.
वायू B चा झोत द्या. दुसऱ्या प्रिकर्सरचा झोत, येथे पाण्याची वाफ, वायू A ने ठेवलेल्या थराशी अभिक्रिया करून त्याचे अॅल्युमिनियम ऑक्साइडमध्ये रूपांतर करतो. थर पूर्ण झाल्यावर तो पुन्हा आपोआप थांबतो.
पुन्हा पर्ज. उप-उत्पादने आणि उरलेले पाणी बाहेर काढले जाते. एक चक्र पूर्ण होते, आणि फिल्म सुमारे 0.1 nm जाड होते: प्रत्येक चक्रात साधारण नॅनोमीटरचा दहावा भाग.
पुन्हा करा. चक्र शेकडो वेळा चालते; चक्रे मोजूनच तुम्ही जाडी ठरवता. 10 nm फिल्मसाठी साधारण 100 चक्रे लागतात, ज्याला सहसा काही मिनिटे ते एक तास लागतो.

मुख्य तथ्ये

जमा केले जाणारे साहित्य: ऑक्साइड (अॅल्युमिनियम ऑक्साइड, हॅफ्नियम ऑक्साइड, टायटॅनियम ऑक्साइड), नायट्राइड (टायटॅनियम नायट्राइड), काही धातू; सिलिकॉन, काच, धातू, पॉलिमर आणि पावडरवर
सामान्य भाग: चिप्समधील गेट इन्सुलेटर आणि कॅपॅसिटर थर, ओलावारोधक थर, कोटिंग केलेल्या पावडर आणि उत्प्रेरक
भागाचा आकार: नॅनोकणांपासून 300 mm वेफरपर्यंत आणि वेफर किंवा भागांच्या बॅचपर्यंत
अचूकता: चक्रे मोजून जाडी नॅनोमीटरच्या अंशापर्यंत ठरवता येते; रुंदीपेक्षा अनेक पट खोल असलेल्या छिद्रांच्या आतही एकसमान
पृष्ठभागाची फिनिश: खालील पृष्ठभागाची अगदी तशीच नक्कल करते, खडबडीतपणा न वाढवता
कोणत्या बॅच आकारासाठी योग्य: एकल वेफरपासून मोठ्या बॅचपर्यंत; मोठ्या प्रमाणातील चिप उत्पादन
टूलिंग आणि मशीनचा खर्च: भागासाठी विशिष्ट टूलिंग नाही; प्रयोगशाळेतील रिअॅक्टर साधारण $100,000 पासून, उत्पादन यंत्रे लाखो डॉलरमध्ये
वेग: हळू: सहसा प्रति चक्र सुमारे 0.1 nm आणि प्रति चक्र काही सेकंद, त्यामुळे बहुतेक फिल्म सुमारे 100 nm पेक्षा कमी राहतात

ताकद आणि मर्यादा

बलस्थाने

जाडीवर नॅनोमीटरच्या अंशापर्यंत नियंत्रण
खोल, अरुंद छिद्रांतही परिपूर्ण एकसमान फिल्म
तुलनेने कमी तापमानावर दाट, पिनहोल-मुक्त फिल्म
गुंतागुंतीचे 3D आकार आणि पावडरवर कोटिंग करते

मर्यादा

खूप हळू: जाड फिल्म व्यावहारिक नाहीत
प्रिकर्सर वायू विषारी, ज्वलनशील किंवा महाग असू शकतात
फक्त काही साहित्यांसाठीच योग्य वायूंची जोडी उपलब्ध आहे
फिल्ममध्ये प्रिकर्सरमधील अशुद्धी अडकू शकतात

कुठे वापरली जाते

मायक्रोइलेक्ट्रॉनिक्सप्रोसेसरमधील हॅफ्नियम-ऑक्साइड गेट इन्सुलेटर, मेमरी चिप्समधील कॅपॅसिटर थर
डिस्प्ले आणि लवचिक इलेक्ट्रॉनिक्सOLED स्क्रीनमध्ये ओलावा शिरू न देणारे पातळ अडथळे
ऊर्जाबॅटरी साहित्यावरील संरक्षक कोटिंग, काही उच्च-कार्यक्षमतेच्या सौर सेलमधील थर
MEMS आणि सेन्सरसूक्ष्म हलत्या भागांवर विद्युतरोधक आणि संरक्षक कोटिंग
वैद्यकीय आणि ऑप्टिक्सबायोकंपॅटिबल कोटिंग, अँटी-रिफ्लेक्शन थर

ओळखायची कशी

ते दिसत नाही. ALD फिल्म सहसा काही ते काही दहा नॅनोमीटर जाड असतात, केसापेक्षा हजारो पट पातळ. त्या तुमच्या फोन आणि संगणकाच्या चिप्समध्ये आणि काही OLED स्क्रीनच्या ओलावारोधक थरात लपलेल्या असतात.
रंग नाही, पोत नाही. इतकी पातळ फिल्म सहसा कोणताही दृश्य ठसा सोडत नाही; फार तर जाड फिल्म साबणाच्या बुडबुड्याप्रमाणे पृष्ठभागाचा रंग किंचित बदलू शकतात.
फक्त सूक्ष्मदर्शकच सांगतो. इलेक्ट्रॉन-सूक्ष्मदर्शकाच्या छेदात ALD फिल्म प्रत्येक कोपरा आणि खंदक अनुसरणारा परिपूर्ण एकसमान जाडीचा पट्टा म्हणून दिसते.