2020年5月8日
电脑、移动电话和所有其他电子设备都包含数千个晶体管，它们由金属薄膜连接在一起。瑞典Linköping大学的科学家们已经开发出一种方法，可以使用等离子体中的电子来制造这些薄膜。
今天的电脑和手机使用的处理器是由数十亿个由金属薄膜连接的微小晶体管组成的。Linköping大学的科学家LiU现在已经证明，通过让等离子体中的自由电子发挥积极作用，可以制造金属薄膜。当能量被提供时，等离子体就会形成，它将气体中的原子和分子中的电子扯离，从而产生电离气体。在我们的日常生活中，等离子体被用于荧光灯和等离子显示器。LiU的研究人员利用等离子体电子来产生金属薄膜的方法在《中国科学院院刊》的一篇文章中进行了描述真空科学与技术学报欧洲杯线上买球．
“我们可以看到几个令人兴奋的应用领域，比如处理器和类似组件的制造。使用我们的方法，就不再需要在真空室和水浴间前后移动制造晶体管的衬底，而每个处理器大约要移动15次。”Linköping大学物理、化学和生物学系无机化学教授Henrik Pedersen说。
制造薄膜的常用方法是将含有薄膜所需原子的分子蒸气引入真空室。在那里，它们相互作用，并与要形成薄膜的表面反应。这种成熟的方法被称为化学气相沉积(CVD)。为了通过化学气相沉积生成纯金属薄膜，需要一种含有感兴趣金属的挥发性前体分子。当前驱体分子被表面吸收后，需要与另一个分子进行表面化学反应来形成金属膜。这些反应需要那些容易将电子提供给前体分子中的金属离子的分子，这样它们就被还原为金属原子，这就是所谓的“还原反应”。刘的科学家们转而将注意力转向了等离子体。
“我们推断，表面化学反应需要的是自由电子，而这些电子可以在等离子体中获得。我们开始实验，让前体分子和金属离子落在表面，然后从等离子体吸引电子到表面。”亨利克·皮德森说。
IFM无机化学和等离子体物理学的研究人员合作，证明了利用氩等离子体放电中的自由电子在表面上进行还原反应是可能的。为了吸引带负电荷的电子到表面，他们在表面施加了一个正电。
该研究描述了与铁、钴和镍等非贵金属的工作，这些金属很难还原为金属。在这些情况下，传统的CVD不得不使用强力分子还原剂。这种还原剂很难制造、管理和控制，因为它们倾向于向其他分子提供电子，使它们非常活泼和不稳定。与此同时，分子必须足够稳定，以便汽化并以气态形式引入存放金属薄膜的真空室。
“使用等离子体电子的方法更好的地方在于，它不需要开发和管理不稳定还原剂。非贵金属化学气相沉积的发展受到了阻碍，因为缺乏合适的、功能充分的分子还原剂。亨利克·皮德森说。
科学家们正在继续进行测量，这将帮助他们了解并能够证明金属膜表面的化学反应是如何发生的。他们还在研究等离子体的最佳性质。他们还想测试不同的前体分子，以找到使金属薄膜更纯的方法。
这项研究获得了瑞典研究委员会的财政支持，并与IFM的客座教授丹尼尔·伦丁合作进行。
文章:“使用等离子电子作为还原剂的化学气相沉积金属薄膜”，Hama Nadhom, Daniel Lundin, pola Rouf和Henrik Pedersen， (2020)，真空科学与技术学报欧洲杯线上买球，第38卷，2020年3月23日在线出版，doi: 10.1116/1.5142850
链接:https://doi.org/10.1116/1.5142850
来源:https://liu.se/en