لایه‌نشانی
اتمی (ALD) یک تکنیک فاز بخار است که قادر به تولید لایه های نازک از مواد
مختلف است. بر پایه واکنش های خود محدودکننده و متوالی، لایه‌نشانی اتمی
یک همدیسی استثنایی در ساختارهای با نسبت سطح بالا، کنترل پذیری ضخامت در
حد آنگستروم و ترکیب فیلم تنظیم پذیر را ارائه می دهد. با توجه به این
مزایا، لایه‌نشانی اتمی به عنوان یک ابزار قدرتمند برای بسیاری از
کاربردهای تحقیقاتی و صنعتی شناخته شده است. در این مقاله، مقدمه‌ای مختصر
برای لایه‌نشانی اتمی خواهیم داشت و سپس چند کاربرد انتخابی شامل سلول های
خورشیدی Cu (In,Ga) Se2، ترانزیستورهای با ضریب دی الکتریک بالا (high-k) و
پیل سوختی اکسید جامد را بررسی خواهیم کرد.
این نمونه ها برای نشان دادن موارد زیر انتخاب شده اند:فناوری های مختلفی که از لایه‌نشانی اتمی تأثیر می پذیرند.طیفی
از موادی که تکنیک لایه‌نشانی اتمی می‌تواند بنشاند( از اکسید فلزات
همانند Zn1-xSnxOy، ZrO2، Y2O3 تا فلزات نجیبی مانند پلاتین) راهی که از آن
مشخصه های منحصربه‌فرد لایه‌نشانی اتمی می تواند سطوح جدید عملکردی را
ایجاد کند و ما را به فهم بنیادی عمیق تری برساند.
لایه‌های نانویی در خدمت فضاپیماها
مهندسین
در حال توسعه روش‌هایی هستند که از سفینه‌های فضایی در برابر اجرامی که با
سرعت زیاد در فضا در حال چرخش و حرکت هستند، حفاظت نمایند هر چند که
هیچ‌یک از این روش‌ها تاکنون نتوانسته به‌طور کامل این مقصود را برآورده
کند اما به تازگی روشی در حال بررسی و آزمایش است که می تواند تا حد زیادی
این مشکل را حل کند.
فضا
می‌تواند به‌دلیل وجود موادی نظیر ریز شهاب سنگ ها، ذرات خورشیدی، عبور
ماهواره‌ها با سرعت 20 کیلومتر بر ثانیه و ... محیطی خطرناک برای سفینه‌های
فضایی، شناساگرها و پنل‌های خورشیدی باشد. متخصصان ناسا در مرکز فضایی
Goddard در گرینبلت در حال بررسی روشی هستند که شاید بتواند به‌طور مۆثرتری
اجزای سفینه فضایی را از بمباران اجسام پرسرعت حفاظت کند.
وی‌وک
دیودی و همکارش ریموند آداموتیس پروفسور مهندسی شیمی از دانشگاه مریلند،
از فناوری لایه نشانی اتمی برای ایجاد پوششی محکم و فوق‌العاده نازک از
تیوب‌های ظریف نیترید بور استفاده کردند. لایه نشانی اتمی که به اختصار با
نام ALD شناخته می‌شود، برای پوشش‌دهی پلاستیک‌ها، نیمه‌هادی‌ها، شیشه،
تفلون و مواد دیگر به‌کار گرفته می‌شود.
کریستال‌های
نیترید بور یکی از مستحکم‌ترین مواد در دنیا هستند. به گفته دیودی ایجاد
پوششی از این ماده بر روی بدنه سفینه‌های فضایی می‌تواند این مواد را در
برابر برخورد ذرات خورشیدی پرانرژی و اجسام پرسرعت فضایی حفاظت کند.
علاوه
بر ایجاد یک پوشش محافظ دیودی و تیمش با استفاده از حمایت های مالی مراکز
تحقیقاتی، قابلیت این روش برای پوشش‌دهی آینه‌های تلسکوپ اشعه ایکس را مورد
بررسی قرار دادند. این آینه‌ها برای جذب فوتون‌های پرانرژی اشعه ایکس باید
منحنی شکل باشند
ALD
با سایر روش‌های لایه نشانی متفاوت است. این روش شامل دو نیم واکنش است که
به‌طور پی در پی اتفاق می‌افتد و برای ایجاد هر لایه جدید این دو نیم
واکنش تکرار می‌شود. محققان در پی کنترل ضخامت و ترکیب لایه نشانده شده حتی
در عمق حفره ها و کانال‌ها هستند که قابلیت ایجاد پوشش سه بعدی بر روی
بستر را برای این روش فراهم می‌آورد. این ویژگی همراه با این مزیت که تشکیل
این لایه با این روش در دمای کم صورت می‌گیرد، منجر می‌شود که ALD در
اپتیک، الکترونیک، انرژی، نساجی و زیست‌پزشکی جایگزین دیگر روش‌های لایه
نشانی شود.
بنا
به گفته دیودی اگر لایه‌ای از آلومینا به کمک ALD بر روی شیشه ایجاد شود،
استحکام شیشه تا %80 افزایش می‌یابد. لایه حاصله به شکل یک آستر نانویی عمل
کرده و عیوب ساختاری شیشه (مانند ترک‌هایی که در اثر برخورد منجر به
شکستگی می‌شوند) را می‌پوشانند. پتانسیل کاربرد ALD در نسل جدیدی از
کابین‌های فضانوردی وجود دارد. بنا به گفته دیودی می توان با استفاده از
ALD پنجره‌هایی با شیشه نازکتر و مقاومت بیشتر داشت. این فناوری برای حفاظت
سفینه‌های فضایی به‌کار گرفته می‌شود و احتمال می‌رود که در مقایسه با
روش‌های لایه نشانی معمول، مۆثرتر باشد.
ایجاد
پوشش بور با روش ALD با استفاده از پیش ماده‌های گازی مختلف، مشکل است.
امروزه صنعتگران به کمک واکنش پودر بور با نیتروژن و مقدار کمی آمونیا در
محفظه‌ای که تا دمای 2552 درجه فارنهایت حرارت داده می‌شود، لایه اتمی از
بور را ایجاد می‌کنند. این در حالی است که با به‌کارگیری روش ALD لایه فوقِ
نازک نیترید بور می‌تواند در دمایی کمتر از 752 درجه فارنهایت تشکیل شود.
بنا
به گفته دیودی تیم آنها مشکلات را مورد مطالعه قرار داده و علت وقوع آنها
را بررسی کرده است و تا سال آینده موفق به نشاندن لایه نیترید بور بر روی
بستر سیلیکون خواهد شد. پوشش ایجاد شده در Goddard و مرکز تحقیقات Langley
در ناسا مورد آزمایش قرار گرفته و در صورتی که تأثیر آن به‌عنوان یک لایه
حفاظتی تأیید شود، طراحان می‌توانند از این فناوری برای پوشش‌دهی آینه‌ها،
بدنه سفینه و سایر اجزا استفاده کنند.
علاوه
بر ایجاد یک پوشش محافظ دیودی و تیمش با استفاده از حمایت های مالی مراکز
تحقیقاتی، قابلیت این روش برای پوشش‌دهی آینه‌های تلسکوپ اشعه ایکس را مورد
بررسی قرار دادند. این آینه‌ها برای جذب فوتون‌های پرانرژی اشعه ایکس باید
منحنی شکل باشند.
لینک دانلود کل مطلب لایه نشانی اتمی - ALD