Атомно-слоевое осаждение, АСО (Atomic layer deposition, ALD) – это тонкопленочная технология, которая позволяет производить совершенно новые и высокотехнологичные продукты. АСО является мощным инструментом для производства в области наноразмерных систем, где требуется наносить совершенно беспористые, равномерные покрытия с прецизионной точностью по толщине на подложки сложной формы или на структуры с высоким аспектным соотношением.
Пленки, созданные при помощи этого метода, обладают высокой однородностью. Способность технологии АСО выращивать конформные пленки на структурах с высоким аспектным соотношением наиболее актуально для создания микро электромеханических систем (MEMS). Покрытия, нанесенные при помощи метода АСО, повышают надежность MEMS, обеспечивают защиту поверхности, сводят к минимуму механический износ. ALD-покрытия используются также в качестве изолятора, способствуя рассеиванию заряда и улучшая функциональные возможности поверхности МЭМС устройств.
Другое применение технологии АСО - это создание новых структур. Так в последнее время ALD активно используется для фабрикации НЭМС (наноэлектромеханические системы). При изготовлении НЭМС применяют комбинацию технологий ALD и MLD (Molecular Layer Deposition). При помощи MLD создаются точные жертвенные слои. После ALD и MLD обработки эти слои удаляются. Жертвенные слои становятся воздушными зазорами, которые необходимы для изготовления механических переключателей и мостов. Покрытые методом ALD углеродные нанотрубки или нановолокна также используются для создания датчиков в МЭМС/НЭМС устройствах.
Области применение АСО-технологии:
- Конформные, электро-изолирующие слои, нанесенные при низких температурах;
- Маски и слои, препятствующие травлению;
- Проводящие затравочные слои для нанесения покрытий;
- Конформные, термопроводящие слои;
- Гидрофобные слои, приводящие к уменьшению трения;
- Герметичные уплотняющие покрытия;
- Биосовместимые покрытия;
- Закрытие наноразмерных пор;
- Оптические слои (отражение, просветление, поглотители).
МЭМС-микродвигатель с АСО - слоем
а) зубчатое колесо, поворачивающееся на втулке
b) кроссекция втулки
Источник: T.M. Mayeretal., Appl. Phys. Lett. 82 (2003) 2883
АСО - технология при изготовлении механических осцилляторов
Резонансная частота механического осциллятора увеличивается при увеличении толщины плёнки, поскольку добавление слоев оксида алюминия эффективно увеличивает жесткость структуры осциллятора.
Источник: J. Micromech. Microeng. 17 (2007) 737–742: Atomic layer deposited alumina (Al2O3) thin films on a high-Q mechanical silicon oscillator (O. Hahtela, P. Sievilä, N. Chekurov and I. Tittonen)
АСО - технология при изготовлении пленок для рассеивания зарядов
АСО Al2O3 и ZnO используются как зарядо-рассеивающие слои
Актуатор МЭМС
Электростатический гребенчатый привод МЭМС
Источник: Herrnland Cari F.; Delrio Frank W.; Miller David C.; George Steven M.; Bright Victor M.; Ebel Jack L.; Strawser Richard E.; Cortez Rebecca; Leedy Kevin D.; Sensors and actuators A, Physical (Sens. actuators, A Phys.) 2007, vol. 135, no1, pp. 262-272
АСО - технология при изготовлении устройств на основе нанотрубок
Изоляционные, многослойные и функциональные слои АСО покрытия, могут быть нанесены конформно на углеродные нанотрубки.
Многослойные покрытия, состоящие из чередующихся слоев диэлектрических и проводящих материалов, таких как Al2O3 и W, соответственно, на проводящих многослойных углеродных нанотрубках, могут быть использованы, как наноразмерный коаксиальный кабель.
Тонкие слои Al2O3 ALD также используются в качестве затравочного слоя для функционализации нанотрубок. Углеродная нанотрубка была сделана высокими гидрофобными свойствами, используя слой затравочный слой ALD Al2O3, с последующим присоединением перфорированных молекул.
Из-за плохого контраста ПЭМ изображения, гидрофобный слой трудно наблюдать на затравочном ALD слое Al2O3. Тем не менее, предполагается, что гидрофобный слой присутствовал с толщиной приблизительно 1 нм. Эта толщина гидрофобного слоя хорошо согласуется с ожидаемой толщиной 0,9 нм, для полностью вытянутой алкильной цепи, с учетом всех транс-конфигураций тетраэдрических углов.
TEM изображение многослойной углеродной нанотрубки, покрытой слоем Al2O3, толщиной 25 нм с помощью технологии ALD
TEM изображение многослойной углеродной нанотрубки, покрытой многослойной ALD пленкой, состоящей из внутреннего Al2O3 ALD слоя, среднего W ALD слоя, и внешнего Al2O3 ALD слоя.
Различные молекулы могут также быть использованы в реакции с ОН-группами на поверхности Al2O3 затравочного слоя, для изменения функциональных свойств поверхности, например, для улучшения гидрофильности или биосовместимости. Изменяя функциональные свойства поверхности, можно легко управлять свойствами углеродных нанотрубок.
Для большей наглядности на рисунке показаны схематические кроссекциии изолирующего, многослойного и функционального покрытия, нанесенного на углеродные нанотрубки:
Вариации этих методов могут быть легко настроены для нанесения широкого спектра покрытий для разных целей.
ALD - покрытия играют ключевую роль в развитии нанотехнологий на основе углеродных нанотрубок.
Источник: C. F. Herrmann APPLIED PHYSICS LETTERS 87, 123110 2005