Ein kostengünstigerer Weg, um die Atomlagenabscheidung zu vergrößern

13.11.2019 - Schweiz

Bei der Atomlagenabscheidung (atomic layer deposition, ALD) werden Atomlagen wie Pfannkuchen übereinander gestapelt. Die Atome stammen aus einem verdampften Material, das als Vorläufer bezeichnet wird. ALD ist eine etablierte Technik zur Herstellung von Mikroelektronik wie Halbleitern und Magnetköpfen für die Tonaufzeichnung sowie Sensoren für die Biotechnik und Diagnostik.

Die Verwendung von ALD zur Abscheidung von Schichten auf größeren Oberflächen war jedoch ein Problem, insbesondere bei der Herstellung von Materialien, die kostengünstig gehalten werden müssen, wie z.B. Katalysatoren und Solaranlagen.

"Der Knackpunkt ist nicht unbedingt, das richtige Material herzustellen, sondern es billig zu machen", erklärt Professor Jeremy Luterbacher, Leiter des Laboratory of Sustainable and Catalytic Processing (LPDC) der EPFL. "Die Beschichtung größerer Oberflächen mit Gasphasenmethoden erfordert lange Abscheidungszeiten und riesige Überschüsse an Vorläufer, die beide die Kosten erhöhen", ergänzt Benjamin Le Monnier, der Doktorand, der die meiste Zeit der Forschung geleistet hat.

Nun hat der LPDC eine Lösung entwickelt. Mit ALD in einer flüssigen Phase können die Wissenschaftler Materialien herstellen, die sich nicht von denen in der Gasphase unterscheiden, mit weitaus billigeren Geräten und ohne überschüssige Vorläufer.

Höhere Präzision senkt die Kosten

Den Forschern gelang dieser Durchbruch, indem sie das Verhältnis der reagierenden Vorläufer sorgfältig messen, bevor sie sie auf die Oberfläche eines Substrats spritzen. Auf diese Weise haben sie genau die richtige Menge an Vorläufer verwendet, ohne Reste, die unerwünschte Reaktionen verursachen oder verschwendet werden können.

Das neue Verfahren senkt auch die Kosten, da für die chemische Synthese nur Standardlaborgeräte benötigt werden. Es kann auch leicht skaliert werden, um mehr als 150 g Material mit der gleichen billigen Ausrüstung zu beschichten, ohne die Beschichtungsqualität zu beeinträchtigen. Mit dem Verfahren können sogar Beschichtungen erreicht werden, die mit Gasphasen-ALD nicht möglich sind, z.B. durch den Einsatz nichtflüchtiger Vorläufer.

"Wir glauben, dass diese Technik den Einsatz von ALD an Katalysatoren und anderen großflächigen Materialien stark demokratisieren könnte", sagt Luterbacher.

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Originalveröffentlichung

Benjamin P. Le Monnier, Frederick Wells, Farzaneh Talebkeikhah, Jeremy S. Luterbacher; "Atomic layer deposition on dispersed materials in liquid phase by stoichiometrically limited injections"; Advanced Materials; 11 November 2019.

https://www.chemie.de/news/1163673/ein-kostenguenstigerer-weg-um-die-atomlagenabscheidung-zu-vergroessern.html