Osadzanie warstw atomowych (ALD) na proszki

Kolejne doniesienie opisujące zastosowanie technologii osadzania warstw atomowych w powlekaniu materiałów proszkowych. Tym razem na komercyjnie dostępne cząstki TiO2 nałożono cienką warstwę Fe2O3 uzyskując wzmocniony efekt fotokatalityczny.

Warstwę nałożono w reaktorze ALD R-150, poprzedniku obecnie oferowanego  reaktora ALD R200, wyposażonego w montowany bardzo prosty sposób w komorze reakcyjnej specjalny kartridż.


atomic layer deposition powlekanie proszków

Cao, Y., Zi, T., Zhao, X. et al. Enhanced visible light photocatalytic activity of Fe2O3 modified TiO2 prepared by atomic layer deposition. Sci Rep 10, 13437 (2020). https://doi.org/10.1038/s41598-020-70352-z

Metoda polega na wymuszonym przepływie gazów reaktywnych przez całą objętość materiału z jednoczesnym zastosowaniem wibracji złoża. Już  wcześniej udowodniono, że ten sposób można powlekać nawet nanocząstki o wielkości 100-150 nm idealnie konforemnymi,  wolnymi od pinholi warstwami.
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/jrs.4760

Ponadto w tym rozwiązaniu tym  nie ma konieczności stosowania strumienia gazu  jak w złożu fluidalnym, w którym dochodzi do znaczącego rozcieńczania podawanych kosztownych prekursorów  i utrudniania dostępu gazów reaktywnych do powierzchni cząstek.

Brak konieczności wzbijania cząstek w strumieniu gazu eliminuje również ryzyko ich uszkodzenia  wynikającego ze wzajemnych zderzeń,  co jest niezwykle istotne przy modyfikacji substancji aktywnych, czy np. kropek kwantowych.

Potwierdzeniem użyteczności metody wymuszonego przepływu w reaktorach Picosun  jest również jej zastosowanie w przemyśle.
Firma Nanexa, opracowała metodę nakładania na substancje aktywne  cienkich warstw, które służą do m.in. do kontrolowanego uwalniania leku.
Źródło: Nanexa

 

Nowa jakość procesów PE-ALD (Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition)

Rozwiązanie PE-ALD nowej generacji firmy Picosun jest oparte na zdalnej plazmie mikrofalowej o dużej mocy (MWP). Lekki, kompaktowy, generator plazmy można zintegrować z istniejącymi reaktorami PICOSUN® R&D ALD. 
Nowe rozwiązanie do wspomaganych plazmą procesów osadzania warstw atomowych umożliwia nakładanie warstw praktycznie bez generowania niepożądanych cząstek, przy wyjątkowo niskiej zawartości zanieczyszczeń metalami, co jest kluczowe przy produkcji elektroniki oraz modyfikacji implantów medycznych.

Kluczowe cechy

  • Możliwość podłączenia 4 różnych gazów oraz możliwość stosowania tych gazów w procesach termalnych przy wyłączonym generatorze)
  • Prowadzenie procesów w niskich temperaturach – kluczowe dla wrażliwych podłoży takich jak np. polimery
  • Minimalna ilość generowanych cząstek
  • Duża odległość pomiędzy źródłem plazmy a podłożem – brak uszkadzania podłoża przez niepożądane jony
  • Podłoże nie jest elektrodą – brak zjawiska spięć elektrycznych – możliwość nakładania warstw metali
  • Brak osadzania warstw na źródle plazmy – eliminacja konieczności uciążliwego czyszczenia źródła plazmy
  • Możliwość prowadzenia cykli termalnych i plazmowych w ramach jednego procesu bez konieczności zmian mechanicznych w systemie
  • Możliwość uruchomienia źródła plazmy przy ciśnieniach roboczych
  • Możliwość powierzchniowej modyfikacji proszków i nanocząstek

Stosując nowe źródło plazmy uzyskano warstwy o wysokiej gęstości i jednorodności. MWP umożliwia również pracę w szerszym zakresie parametrów plazmy co poszerza jej możliwości w opracowywaniu oraz optymalizacji istniejących procesów.

Przykład parametrów warstwy ALD SiO2 uzyskanej przy użyciu mikrofalowego źródła plazmy Picosun

peald osadzanie warstw atomowych atomic layer deposition

Notka prasowa Picosun PEALD – microwave plasma source.

Wyzwaniem dla produkcji urządzeń opartych na grafenie jest jego powierzchniowa modyfikacja, polegająca na nałożeniu wysokiej jakości ultra-cienkich warstw materiałów o określonych funkcjach. Technologia osadzania warstw atomowych (ALD) odpowiada tym potrzebom umożliwiając nakładanie cienkich, konforemnych warstw z kontrolą przyrostu do grubości pojedynczych atomów.
Poniższe publikacje przedstawiają przykłady modyfikacji grafenu w reaktorach Picosun

1. Zhou, P. et al. Direct deposition of uniform high-κ dielectrics on graphene. Sci. Rep. 4, 6448 (2014).

2. Cao, Y. Q., Cao, Z. Y., Li, X., Wu, D. & Li, A. D. A facile way to deposit conformal Al2O3 thin film on pristine graphene by atomic layer deposition. Appl. Surf. Sci. 291, 78–82 (2014).

3. Yu, M; Ma, J; Song, H; Wang, A; Tian, F; Wang, Y; Qiu, H; Wang, R. Atomic layer deposited TiO2 on nitrogen-doped graphene/sulfur electrode for high performance lithium-sulfur battery. Optoelectron. Adv. Mater. Rapid Commun. 4, 1166–1169 (2010).

4. Dahal, A. et al. Seeding atomic layer deposition of alumina on graphene with yttria. ACS Appl. Mater. Interfaces 7, 2082–2087 (2015).

5. Beechem, T. E. et al. Self-Heating and Failure in Scalable Graphene Devices. Sci. Rep. 27 (2016). doi:10.1038/srep26457

 

Zapraszamy do kontaktu: info@devmatech.pl

Picosun Oy, wiodący dostawca urządzeń oraz technologii do nanoszenia cienkich warstw metodą ALD nawiązał współpracę z Osram Opto Semiconductors oraz partnerami naukowymi celem wytworzenia nowej generacji źródeł światła typu LED. W ramach projektu zaprojektowane zostaną LEDy charakteryzujące się bardzo wysoką jasnością świecenia oraz długą żywotnością. Na chwilę obecną stanowi to olbrzymie wyzwanie dla całej branży.

Obecnie systemy Picosun zainstalowane są w wielu miejscach wytwarzania źródeł LED na całym świecie. Technologia ALD z zastosowaniem reaktorów Picosun umożliwia wytworzenie najwyższej jakości cienkich warstw wewnątrz struktur porowatych o bardzo wysokim współczynniku AR oraz na innych wymagających podłożach. Ponadto dzięki zastosowaniu w pełni zautomatyzowanych systemów produkcyjnych możliwe jest osiągnięcie wysokiej przepustowości oraz niskiego kosztu produkcji.  Czynniki te okazały się kluczowe z punktu widzenia wymagającego rynku z branży LED.

Picosun_Press_Release_13022017.pdf

Czym jest proces sol-gel?

Proces sol-gel wykorzystywany jest w wytwarzaniu materiałów stałych. Nakładanie warstw z użyciem metody sol-gel umożliwia wytworzenie jedno lub wieloskładnikowych powłok tlenkowych na podłożach szklanych lub metalicznych. Istnieją dwie zasadnicze metody nakładania cienkich warstw: metoda powlekania obrotowego (spin coating) dla jednostronnego powlekania sol-gel lub powlekania przez zanurzanie (dip-coating) dla obustronnego powlekania. Obie techniki obecnie są powszechnie stosowane.

Jak wytworzyć warstwę metodą sol-gel?

Sol-gel (zol-żele) wytwarza się poprzez kondensację roztworu prekursora tlenku metalu w sieci 3D. Żele są układami dwufazowymi, w których ciągła faza płynna wypełnia przestrzeń wewnątrz spolimeryzowanej sieci. Żele można suszyć w kontrolowany sposób, w celu wytworzenia porowatych ciał stałych o unikalnych właściwościach termicznych, mechanicznych, optycznych i chemicznych. Pierwsze zol-żele zostały zrobione z krzemionki, przez kondensację silanoli (SiOH), a następnie ich transformację do żeli krzemionkowych. Przetwarzanie zol-żel stało się bardzo elastycznym procesem wykorzystywanym w syntezie materiałów. Obecnie możliwe jest wytwarzanie materiałów żelowych z prawie dowolnego metalu przejściowego, a także wytwarzanie materiałów kompozytowych.

powlekanie obrotowe spin coating sol-gel

Jak wytworzyć jednostronną powłokę sol-gel z użyciem spin coatera?

Metoda spin coating (powlekanie obrotowe) jest wykorzystywana do nakładania cienkich warstw materiału na płaskie podłoża. Zazwyczaj z użyciem spin coater rozwirowuje się fotorezyst na podłożach półprzewodnikowych. Powlekacze obrotowe firmy Polos stosowane są także do rozwirowania cienkich warstw polimerowych, takich jak kopolimery blokowe (BCP) jako PDMS i PMMA, lub jako tania metoda zol-żel do powlekania szklanych podłóż filmami ZnO. Zaletą metody spin coating jest to, że warstwa cieczy ma tendencję do zwiększania jednorodności grubości podczas rozwirowania, oraz po uzyskaniu oczekiwanej jednorodności zachowuje otrzymane parametry pod warunkiem, że lepkość jest stała na całej całej powierzchni podłoża.

Jaki jest typowy proces umożliwiający kontrolę grubości otrzymywanej warstwy?

Aby kontrolować grubość otrzymanej warstwy polimerowej, można zastosować metodę powlekania sol-gel wspomaganą użyciem powlekacza obrotowego (spin coater). Rozpuszczony lub zdyspergowany w rozpuszczalniku polimer zostaje wkroplony na powierzchnię podłoża i rozwirowany, tak aby uzyskać warstwę o jednolitej grubości. Kilka kropel roztworu wystarczy, aby przy prędkości obrotowej 3000 obr./min w ciągu 30 sekund uzyskać jednorodną warstwę. Oferowane przez nas Spin coatery SPIN150i i SPIN200i są w pełni odpowiednie dla tych zastosowań.

Przykładowe zastosowania metody sol-gel

Zastosowanie Materiał Sol-Gel
Światłowody Wysokiej czystości domieszkowany żel krzemionkowy
Ochronne powłoki optyczne Odporne na ścieranie powłoki żelu krzemionkowego naniesione na plastikowe podłoża
Antyrefleksyjne powłoki optyczne Okna laserowe, inteligentne okna
Izolacja termiczna okien Powłoki kolektorów słonecznych
Izolacja ogniotrwała wysokotemperaturowa Pianki ceramiczne
Czujniki chemiczne Cienkowarstwowe czujniki NOx, oscylatory kryształowe pokryte sol-gelem
Katalizatory i adsorbenty Krzemionkowe katalizatory kwasowe w postaci stałej, nośniki katalizatora o dużej powierzchni właściwej, środek osuszający w żelu krzemionkowym
Membrany ceramiczne Sita molekularne sol-gel, filtry antybakteryjne
Materiały ścierne Materiały ścierne z tlenku glinu
Szczeliwa dentystyczne i wypełniacze Hydroksyapatyt

 

spin coater powlekacz obrotowy