UAH

Mientras observaba cómo funciona un humidificador doméstico, al Dr. Moonhyung Jang se le ocurrió la idea de utilizar una tecnología de atomización ultrasónica para evaporar los químicos utilizados en la deposición de capas atómicas y trabajó con el Dr. Lei para desarrollar y probar el dispositivo.

En la Universidad de Alabama en Huntsville (UAH), que forma parte del Sistema de la Universidad de Alabama, se ha inventado una nueva forma de depositar capas delgadas de átomos como un recubrimiento sobre un material sustrato a temperatura cercana a la ambiente.

El Dr. Moonhyung Jang, investigador postdoctoral asociado de la UAH, tuvo la idea de utilizar una tecnología de atomización ultrasónica para evaporar los productos químicos utilizados en la deposición de capas atómicas (ALD, por sus siglas en inglés) mientras compraba un humidificador doméstico.

La invención fue creada y probada en el laboratorio de la UAH del Dr. Yu Lei, quien dice que abrirá una nueva ventana a muchos procesos de ALD.

El Dr. Jang trabaja en el laboratorio del Dr. Yu Lei, profesor asociado del Departamento de Ingeniería Química. La pareja ha publicado un artículo sobre su invento que ha sido seleccionado como elegido por el editor en el Journal of Vacuum Science & Technology A.

"ALD es una técnica de deposición de película delgada tridimensional que desempeña un papel importante en la fabricación de microelectrónica, en la producción de elementos como unidades centrales de procesamiento, memoria y discos duros", afirma el Dr. Lei.

Cada ciclo de ALD deposita una capa de unos pocos átomos de profundidad. Un proceso ALD repite el ciclo de deposición cientos o miles de veces. La uniformidad de las películas delgadas depende de una reacción superficial autolimitada entre el vapor del precursor químico y los sustratos.

"ALD ofrece un control excepcional de las características nanométricas al mismo tiempo que deposita materiales de manera uniforme en grandes obleas de silicio para una fabricación de gran volumen", afirma el Dr. Lei. "Es una técnica clave para producir dispositivos inteligentes pequeños y potentes".

Mientras buscaba en línea un humidificador doméstico seguro y fácil de usar, el Dr. Jang observó que los humidificadores en el mercado utilizan calentamiento directo a alta temperatura o vibración de atomizador ultrasónico a temperatura ambiente para generar neblina de agua.

"De repente, Moon se dio cuenta de que esto último podría ser una forma segura y sencilla de generar vapores para sustancias químicas reactivas que son térmicamente inestables", dice el Dr. Lei.

"Al día siguiente, Moon vino a discutir la idea y diseñamos los experimentos para probar el concepto en nuestro laboratorio de investigación. Todo el proceso tomó casi un año. Pero la gran idea llegó a Moon como un destello".

Los procesos ALD generalmente se basan en moléculas calentadas en fase gaseosa que se evaporan de su forma sólida o líquida, de manera similar a los humidificadores de ambiente que usan calor para vaporizar el agua. Sin embargo, en ese proceso ALD, algunos precursores químicos no son estables y pueden descomponerse antes de alcanzar una presión de vapor suficiente para ALD.

"En el pasado, muchos productos químicos reactivos no se consideraban adecuados para la ALD debido a su baja presión de vapor y porque son térmicamente inestables", dice el Dr. Lei. "Nuestra investigación encontró que la técnica del atomizador ultrasónico permitía evaporar los químicos reactivos a una temperatura tan baja como la temperatura ambiente".

La invención del ultrasonido de los científicos de la UAH permite utilizar una amplia gama de sustancias químicas reactivas que son térmicamente inestables y no adecuadas para el calentamiento directo.

"La atomización ultrasónica, tal como la desarrolló nuestro grupo de investigación, proporciona precursores de baja presión de vapor porque la evaporación de los precursores se realizó mediante vibración ultrasónica del módulo", dice el Dr. Lei.

"Al igual que el humidificador doméstico, la atomización ultrasónica genera una niebla que consiste en vapor saturado y microgotas", dice. "Las microgotas se evaporan continuamente cuando un gas portador entrega la niebla a los sustratos".

El proceso utiliza un transductor ultrasónico piezoeléctrico colocado en un precursor químico líquido. Una vez iniciado, el transductor comienza a vibrar unos cientos de miles de veces por segundo y genera una niebla del precursor químico. Las pequeñas gotas de líquido en la niebla se evaporan rápidamente en el colector de gas al vacío y con un tratamiento térmico suave, dejando una capa uniforme del material de deposición.

"Utilizando la atomización ultrasónica a temperatura ambiente informada en nuestro manuscrito, se podrían desarrollar nuevos procesos ALD utilizando precursores inestables y de baja volatilidad", dice el Dr. Lei. "Abrirá una nueva ventana a muchos procesos ALD".

En su artículo, los investigadores de la UAH demuestran una prueba de concepto comparando el ALD de óxido de titanio utilizando precursores químicos atomizados por ultrasonidos evaporados térmicamente y a temperatura ambiente, respectivamente.

"La calidad de la película fina de TiO2 es comparable", afirma el Dr. Lei.

La investigación fue patrocinada por el Departamento de Defensa, la Fundación Nacional de Ciencias y el Programa Establecido de la NASA para Estimular la Investigación Competitiva. Los inventores buscan una patente a través de la Oficina de Comercialización de Tecnología de la UAH.

Dr. Yu Lei256.824.6527 [email protected]

Jim Steele256.824.2772 [email protected]