Группа учёных из UNIST разработала новую технологию нанесения, которая позволяет равномерно смешивать разные металлы в пределах одного атомного слоя. Это открытие открывает значительные перспективы для применения в производстве полупроводников, электрохимическом катализе и других областях.
Под руководством профессора Су-Хён Ким
Под руководством профессора Су-Хён Ким из Департамента материаловедения и инженерии и Высшей школы инженерии полупроводниковых материалов и устройств в UNIST команда успешно изготовила тонкие плёнки сплавов, используя усовершенствованный метод атомно-слоевого нанесения (ALD), получивший название атомно-слоевая модуляция (ALM). Этот инновационный подход позволяет точно смешивать драгоценные металлы, такие как платина (Pt) и рутений (Ru), на атомном уровне.
Команда преодолела давние ограничения традиционных методов. Йесул Сон, аспирантка, обучающаяся по совместной программе магистратуры и докторантуры в Высшей школе инженерии полупроводниковых материалов и устройств в UNIST, выступила в качестве первого автора исследования. Результаты были опубликованы онлайн в журнале Advanced Science 28 мая 2025 года.
Традиционный ALD и новые возможности
Традиционный ALD включает последовательное нанесение отдельных атомных слоёв, что позволяет точно контролировать толщину плёнок. Однако создание сплавов с несколькими металлами обычно требует чередования слоёв, что часто приводит к неравномерному составу и образованию чётких границ между металлами.
Новая технология ALM решает эти проблемы, одновременно впрыскивая исходные газы для обоих металлов в течение одного реакционного цикла. Этот процесс индуцирует смешивание на атомном уровне во время нанесения, производя однородные плёнки сплавов с контролируемым соотношением компонентов Pt и Ru — от 97:3 до 28:72 — и равномерным распределением элементов по всей плёнке.
Значимые последствия для производства полупроводников
Этот инновационный процесс имеет значительные последствия для производства полупроводников, особенно при изготовлении сложных трёхмерных структур, таких как транзисторы и межсоединения, где однородные тонкие плёнки имеют решающее значение. Команда успешно нанесла покрытия из сплавов на структуры с соотношением сторон 30:1, достигнув 100% покрытия по этапам — это означает, что плёнка равномерно покрыла как внешние поверхности, так и глубокие участки узких траншей практически с одинаковой толщиной.
Функциональные испытания подтвердили отличные каталитические характеристики этих сплавов, продемонстрировав высокую активность в реакциях расщепления воды и эффективного производства водорода и кислорода. Такие результаты подчёркивают их потенциал в качестве эффективных катализаторов для электрохимических применений.
Успех синтеза сплавов обусловлен тщательным контролем параметров реакции, включая температуру и последовательность впрыска прекурсоров, для снижения стерических препятствий, которые могут препятствовать поверхностным реакциям с участием объёмных молекул.
Профессор Ким сказал: «Это представляет собой прорыв в преодолении давней проблемы изготовления однородных плёнок сплавов с помощью ALD. Возможность точно смешивать разные металлы на атомном уровне открывает новые возможности для разработки передовых функциональных материалов». Он также добавил: «Поскольку принципы, лежащие в основе этой технологии, могут быть распространены на различные комбинации металлов, помимо драгоценных, она имеет большие перспективы для широкого применения в катализаторах, полупроводниках, датчиках и не только».
Предоставлено Усанским национальным институтом науки и технологий.