Monimuotoista molekyylikalvon kasvatusta

Atomikerroskasvatus (ALD) on erityisesti puolijohdeteollisuudessa käytetty menetelmä korkealaatuisten ohutkalvojen tuottamiseen atomikerrostarkkuudella. Menetelmän kehitti 1970-luvulla suomalainen Tuomo Suntola, ja siitä on sittemmin tullut tärkeä teknologia.

ALD-menetelmässä ohutkalvoja kasvatetaan yksi atomikerros kerrallaan reagoivien aineiden välisten kontrolloitujen kemiallisten reaktioiden ja niiden ja pinnan välisten vuorovaikutusten avulla. Tämä niin sanottu alhaalta ylös -menetelmä mahdollistaa kalvon paksuuden tarkan säädön.

– Menetelmän sovellettavuus paranisi, jos kalvoja voitaisiin kasvattaa vain valituilla alueilla. Tässä tapauksessa myös kalvojen muotoa voitaisiin ohjailla, ei pelkästään paksuutta. Aluekohtainen ALD on tällä hetkellä alan keskeinen tutkimusaihe, selittää professori Mika Pettersson Jyväskylän yliopistosta.

Perinteisessä atomikerroskasvatusmenetelmässä tuotetut materiaalit ovat yleensä epäorgaanisia materiaaleja, kuten sinkkioksidia (ZnO) tai alumiinioksidia (Al2O3), jotka ovat puolijohde- ja eristemateriaaleja.

– On kuitenkin mahdollista käyttää myös molekyylimateriaaleja, jolloin puhutaan molekyylikerrospinnoituksesta. Tässä tapauksessa orgaanisia lähtöaineita yhdistetään epäorgaanisiin lähtöaineisiin, ja materiaalien ominaisuuksien räätälöintimahdollisuuksia on valtavasti, Pettersson sanoo.

Jyväskylän yliopiston ja Aalto-yliopiston tutkijat ovatkin nyt kehittäneet menetelmän, jolla voidaan kasvattaa organometallisia materiaaleja alue-selektiivisesti. Menetelmä mahdollistaa erimuotoisten kalvojen tarkan rakentamisen molekyylipaksuisen kerroksen kerrallaan.

– Tämä luo valtavia mahdollisuuksia muokata materiaalien ominaisuuksia niiden käyttökohteen mukaan, Pettersson sanoo.

Menetelmä mahdollistettiin yhdistämällä Jyväskylässä kehitetty grafeenin laserkäsittelymenetelmä Aalto-yliopiston tutkijoiden asiantuntemukseen molekyylikerroskasvatustekniikassa.

Nyt kehitetty menetelmä luo uusia mahdollisuuksia uudenlaisten piirirakenteiden valmistukseen. Seuraavaksi tutkimus eteneekin kohti käytännön sovelluksia – yritykset ovat tervetulleita mukaan

Tutkijat ovat myös innoissaan uusista tuloksista. Kun he alun perin tutkivat grafeenin lasermuokkausmenetelmää, eivätkä he odottaneet, että sitä voitaisiin käyttää täysin uusien atomi- ja molekyylikerroskasvatusmenetelmien kehittämiseen.

Seuraavaksi alamme kehittää sovelluksia ja toivomme, että yritykset kiinnostuvat työstämme, Pettersson iloitsee.

Aiheesta aiemmin:

Nanorakenteinen porttieriste orgaanisille ohutkalvotransistoreille

Picosunin ALD-reaktorilla ennätystuloksia