logo

Технологическое оборудование молекулярного наслаивания функциональных покрытий.

Описание технологии: Метод молекулярного наслаивания (МН) был разработан Алесковским В. Б. и Кольцовым С. И. в Ленинграде в 60-ые годы. Метод заключается в направленном формировании на поверхности подложки нужного набора функциональных групп, что создает предпосылки для наращивания нового слоя, связанного с подложкой прочной химической связью. Это достигается путем проведения реакции функциональных групп с молекулами выбранного прекурсора в определенных условиях. В этих реакциях производится “достройка” подложки слоем новых структурных единиц.

Важнейшим отличительным признаком этого метода является саморегуляция процесса, состоящая в остановке роста слоя после завершения синтеза одного монослоя вещества и его возобновлении только при поступлении внешнего сигнала (в виде новой порции реагентов) о продолжении процесса. Толщина получаемых пленок зависит не от длительности проведения процесса роста, как в других методах, а от числа повторяющихся циклов роста.


Технология молекулярного наслаивания является одной из методик осаждения из паровой фазы, способной создавать тонкопленочные нанопокрытия из различных материалов.

Основные преимущество технологии заключаются в возможности формирования на поверхности твердофазных матриц любой геометрической формы, размеров конформных покрытий и других структур с атомно-молекулярной точностью и прочной (химической) связью с поверхностью матрицы.

Методом молекулярного наслаивания можно покрывать подложки сложной формы и большой поверхности однородным по толщине слоем синтезируемого вещества, что является его уникальным отличием от всех известных способов нанесения тонких пленок.

Воспроизводимый на атомном уровне процесс роста позволяет получать пленки заданной толщины с точностью до монослоя, в том числе с чередованием слоев различных химических соединений.

    Основные положения метода МН:
  • Воспроизводимый синтез, основанный на использовании необратимых в условиях синтеза реакций функциональных групп на поверхности твердого тела с молекулами низкомолекулярного вещества, причем последние не должны реагировать между собой.
  • Синтез осуществляется путем многократного чередования двух или нескольких реакций, которые в определенной заданной последовательности проводятся на поверхности твердого тела. В результате каждой из этих реакций к поверхности должен присоединиться лишь один монослой новых функциональных групп.
  • Поверхность твердого тела для синтеза вещества должна обладать структурным соответствием, главным образом, наличием на поверхности достаточного количества функциональных групп необходимой химической природы.

Линейка базового промышленного оборудования молекулярного наслаивания, состоит из общей вакуумной части и трех различных реакторных блоков для проведения технологических процессов, обеспечивающих, соответственно, получение 3-х типов тонкопленочных структур:

  • пленки диэлектриков с высокой диэлектрической проницаемостью (high-K dielectrics: HfO2, ZrO2, Ta2O5, SrTiO3, TiO2, VO2, применяются в полупроводниковых интегральных схемах в качестве подзатворного диэлектрика транзисторных структур, устройствах на объемных акустических волнах);
  • пленки диэлектриков с низкой диэлектрической проницаемостью (low-K dielectrics: Al2O3, ZnO, AlN, TiN, применяются для пассивации полупроводниковых структур, создания диффузионных барьеров, защиты СВЧ интегральных схем, в технологии МЭМС);
  • тонкопленочные мемристорные гетероструктуры. (мемристорные гетероструктуры: Al2O3 / TiO2, Ta2O5 / TiO2, применяются в качестве резистивной памяти, в основе которой лежит туннельная структура металл–изолятор–металл (МИМ), создание нейропроцессоров;)

Основные характеристики базового оборудования:

Характеристика Значение
Тип загружаемых подложек в реактор: плоские, диаметр до 200мм, количеством до 15шт
Температура подложки во время процесса: (50-500) ºС
Загрузка подложки в реактор: ручная
Количество и агрегатное состояние прекурсоров: 4 прекурсора, из них 2 легкокипящие жидкости, 1 газообразный, 1 в твердом состоянии или трудно кипящая жидкость
Количество линий ввода прекурсоров в реактор: 4 линий с 4 отдельными вводами
Подогрев линий ввода прекурсоров: линии ввода от труднокипящих и твердых прекурсоров, включая трубы и запорно-регулирующая арматура, оборудована подогревом до 200 ºС
Емкости для прекурсоров: прекурсоры подключаються к линиям из баллонов объемом от 50 до 500 мл
Продувочный газ: Азот, Аргон
Источник продувочного газа: отдельно стоящий 40 л баллон с редуктором или генератор азота (не входит в состав установки)
Остаточное давление в реакторе: вакуумная система обеспечивающая остаточное разрежение в реакторе 2Па, при помощи пластинчато-роторного вакуумного насоса.

Технология молекулярного наслаивания используется в таких областях, как оптика, химическое производство, печатная и органическая электроника, производство ювелирных и медицинских изделий, покрытия на металлы и оборудование.

Особенно широко данный метод используется в полупроводниковой промышленности при производстве органических светодиодов, DRAM ячеек памяти, датчиков, тонкопленочных аккумуляторов, миниатюрных МЭМС и НЭМС (микро- и наноэлектромеханические системы).

В то же время применение нанопокрытий наблюдается в совершенно новых областях производства - от защитных покрытий на монетах до медицинских технологий и топливных ячеек. Так, нанопленки надежно защищают материалы от коррозии.