UAH

En observant le fonctionnement d'un humidificateur domestique, le Dr Moonhyung Jang a eu l'idée d'utiliser une technologie d'atomisation par ultrasons pour évaporer les produits chimiques utilisés dans le dépôt de la couche atomique et a travaillé avec le Dr Lei pour développer et tester l'appareil.

Une nouvelle façon de déposer de fines couches d'atomes sous forme de revêtement sur un matériau de substrat à des températures proches de la pièce a été inventée à l'Université de l'Alabama à Huntsville (UAH), qui fait partie du système de l'Université de l'Alabama.

Le Dr Moonhyung Jang, associé de recherche postdoctoral à l'UAH, a eu l'idée d'utiliser une technologie d'atomisation par ultrasons pour évaporer les produits chimiques utilisés dans le dépôt de couche atomique (ALD) lors de l'achat d'un humidificateur domestique.

L'invention a été créée et testée dans le laboratoire UAH du Dr Yu Lei, qui affirme qu'elle ouvrira une nouvelle fenêtre sur de nombreux processus ALD.

Le Dr Jang travaille dans le laboratoire du Dr Yu Lei, professeur agrégé au Département de génie chimique. Les deux hommes ont publié un article sur leur invention qui a été sélectionné par l'éditeur dans le Journal of Vacuum Science & Technology A.

"ALD est une technique de dépôt de couches minces tridimensionnelles qui joue un rôle important dans la fabrication de produits microélectroniques, dans la production d'éléments tels que des unités centrales de traitement, des mémoires et des disques durs", explique le Dr Lei.

Chaque cycle ALD dépose une couche de quelques atomes de profondeur. Un processus ALD répète le cycle de dépôt des centaines ou des milliers de fois. L'uniformité des films minces repose sur une réaction superficielle auto-limitée entre la vapeur du précurseur chimique et les substrats.

"ALD offre un contrôle exceptionnel des caractéristiques nanométriques tout en déposant des matériaux uniformément sur de grandes tranches de silicium pour une fabrication en grand volume", explique le Dr Lei. "C'est une technique clé pour produire des appareils intelligents puissants et petits."

En recherchant en ligne un humidificateur domestique sûr et facile à utiliser, le Dr Jang a observé que les humidificateurs sur le marché utilisent soit le chauffage direct à haute température, soit la vibration d'un atomiseur ultrasonique à température ambiante pour générer le brouillard d'eau.

"Moon s'est soudain rendu compte que ce dernier pourrait être un moyen simple et sûr de générer des vapeurs pour des produits chimiques réactifs thermiquement instables", explique le Dr Lei.

"Le lendemain, Moon est venu discuter de l'idée et nous avons conçu les expériences pour prouver le concept dans notre laboratoire de recherche. L'ensemble du processus a pris près d'un an. Mais la grande idée est venue à Moon comme un éclair."

Les processus ALD reposent généralement sur des molécules en phase gazeuse chauffées qui sont évaporées de leur forme solide ou liquide, à l'instar des humidificateurs d'ambiance qui utilisent la chaleur pour vaporiser l'eau. Pourtant, dans ce processus ALD, certains précurseurs chimiques ne sont pas stables et peuvent se décomposer avant d’atteindre une pression de vapeur suffisante pour l’ALD.

"Dans le passé, de nombreux produits chimiques réactifs étaient considérés comme inappropriés pour l'ALD en raison de leur faible pression de vapeur et de leur instabilité thermique", explique le Dr Lei. "Nos recherches ont révélé que la technique de l'atomiseur ultrasonique permettait d'évaporer les produits chimiques réactifs à une température aussi basse que la température ambiante."

L'invention par ultrasons des scientifiques de l'UAH permet d'utiliser une large gamme de produits chimiques réactifs qui sont thermiquement instables et ne conviennent pas au chauffage direct.

"L'atomisation par ultrasons, telle que développée par notre groupe de recherche, fournit des précurseurs à faible pression de vapeur, car l'évaporation des précurseurs a été réalisée par vibration ultrasonique du module", explique le Dr Lei.

"Comme l'humidificateur domestique, l'atomisation par ultrasons génère une brume composée de vapeur saturée et de gouttelettes microscopiques", explique-t-il. "Les gouttelettes de taille micro s'évaporent continuellement lorsque le brouillard est délivré aux substrats par un gaz porteur."

Le procédé utilise un transducteur ultrasonique piézoélectrique placé dans un précurseur chimique liquide. Une fois démarré, le transducteur se met à vibrer quelques centaines de milliers de fois par seconde et génère un brouillard de précurseur chimique. Les petites gouttelettes de liquide contenues dans le brouillard s'évaporent rapidement dans le collecteur de gaz sous vide et sous traitement thermique doux, laissant derrière elles une couche uniforme du matériau de dépôt.