Plasmaelektroner kan användas för att göra metallfilmer
Datorer, mobiler och all annan elektronik innehåller tusentals transistorer som binds samman med tunna filmer av metall. Nu har forskare vid Linköpings universitet tagit fram en metod för att använda elektroner i ett plasma för att göra metallfilmerna.
Forskare vid Linköpings universitet, LiU, har nu visat att det är möjligt att skapa tunna filmer av metaller genom att låta de fria elektronerna i ett plasma ta en aktiv roll. Ett plasma bildas genom att man tillför energi som sliter bort elektroner från atomer och molekyler i gasform, vilket resulterar i en joniserad gas.
– Vi ser flera spännande tillämpningsområden, exempelvis inom tillverkning av processorer och liknande komponenter. Vår metod skulle kunna göra att man slipper flytta substratet där man skapar transistorerna fram och tillbaka mellan vakuumkammare och vätskebad runt 15 gånger per processor, säger Henrik Pedersen, professor i oorganisk kemi vid Institutionen för fysik, kemi och biologi, IFM, vid Linköpings universitet.
Ett vanligt sätt att skapa de tunna metallfilmerna är genom den beprövade metoden CVD, chemical vapor desposition. LiU-forskarna vände i stället blickarna mot plasma.
En titt in i vakuumkammaren där man ser plasmat ovanför ytan där metallfilmen skapas.
Foto: Magnus Johansson / Linköpings universitet
Forskarna inom oorganisk kemi och plasmafysik vid IFM har kunnat visa att det är möjligt att skapa tunna metallfilmer på en yta genom att använda de fria elektronerna i en plasmaurladdning av argon för reduktionsreaktionerna.
– Vi tänkte att det som behövs för att de ytkemiska reaktionerna ska ske är fria elektroner, som ju finns i plasma. Vi började experimentera med vad som händer när vi låter källmolekyler med metalljoner landa på en yta och sedan attraherar elektroner från ett plasma till ytan, säger Henrik.
I studien har forskarna arbetat med oädla metaller som järn, kobolt och nickel, som är svåra att reducera till metall och där man vid traditionell CVD måste använda kraftiga molekylära reduktionsmedel. Sådana reduktionsmedel är ofta instabila.
– Det som gör metoden med plasmaelektroner potentiellt bättre är att den tar bort behovet att utveckla och hantera instabila reduktionsmedel. Inom vissa områden är det stopp i utvecklingen, för man har inga molekylära reduktionsmedel som fungerar tillräckligt bra, avslutar Henrik.
Forskarna går nu vidare med mätningar för att förstå och kunna visa hur de kemiska reaktionerna sker på ytan där metallfilmen bildas. De undersöker vad som är optimala egenskaper hos plasmat, och vill även testa olika källmolekyler för att hitta sätt att göra metallfilmerna renare.
Forskningen har finansierats med stöd av Vetenskapsrådet och utförts i samarbete med Daniel Lundin, gästprofessor vid IFM. LiU-forskarnas forskning beskrivs i en artikel i tidskriften Journal of Vacuum Science & Technology.
Hama Nadhom justerar gasflödet till vakuumkammaren där LiU-forskarna studerar hur plasmaelektroner kan användas för att skapa tunna metallfilmer.
Foto: Magnus Johansson/Linköpings universitet