کاهش ضایعات در رسوب‌دهی لایه اتمی

در دنیای نانوفناوری کارها در مقیاس اتمی روی می‌دهد، بنابراین کوچک‌ترین تغییر می‌تواند اثر بسیار بزرگی داشته باشد. حال گروهی از محققان مهندسی مواد در دانشگاه آلبرتا فرایند تولید کاراتری ابداع کرده‌اند که نظر پیشتازان صنعت الکترونیک را به خود جلب کرده است.
تریرانتا مونشوار، همکار فوق دکترای دانشکده مهندسی شیمی و مواد، و پروفسور کن کادین با تغییر روش رسوب‌دهی لایه اتمی، روش جدیدی برای تولید فیلم‌های نازک ابداع کرده‌اند.
در رسوب‌دهی لایه اتمی، همانگونه که از نامش پیداست، فیلم‌های نازکی با ضخامت اتمی از مواد مختلفی همچون روی، سیلیکون و نیتروژن روی سطح رسوب داده می‌شوند. در فرایند تولید، سطح مورد نظر درون یک اتاقک کوچک قرار داده شده و با یک پیش‌لایه چسبناک روکش‌دهی می‌شود. سپس گازهای مختلف به درون این اتاقک دمیده شده و با ایجاد پیوند شیمیایی با گیرنده‌های پیش‌لایه، روی آن روکش‌دهی می‌شوند. مشکل اینجاست که برخی مولکول‌ها چنان بزرگ هستند که با قرار گرفتن روی سطح، بسیاری از نقاط گیرنده را می‌پوشانند. این کار همانند اشغال کردن 10 صندلی توسط یک نفر در اتوبوس است.
مونشوار مشاهده کرد که این مولکول‌های بزرگ تقریبا بلافاصله لیگاندهایی را که به پیش‌لایه اولیه متصل نبودند، از سطح جدا کرده و نقاط گیرنده پوشیده شده را آزاد می‌کنند. اما در این زمان گاز از داخل اتاقک به بیرون پمپ شده و نمی‌تواند برای بار دوم استفاده شود. او می‌گوید: «با وجودی که راهکارهایی برای استفاده مجدد از این گاز پیشنهاد شده است، اما ناخالصی‌های موجود در گاز استفاده شده همچنان یک مشکل بزرگ به شمار می‌رود».
مونشوار گاز را در دُزهای کوچک به درون اتاقک پمپ نموده، به مدت کسری از ثانیه منتظر ماند تا لیگاندها از سطح جدا شده و گیرنده‌ها را آزاد کنند و سپس، دُز کوچک دیگری از گاز را دوباره به درون اتاقک تزریق کرد. با این کار می‌خواست امکان تولید لایه‌های چگال‌تر و یکنواخت‌تر را بررسی کند. وی ایده این کار را زمانی که به عنوان دانشجوی دکترا با دکتر کادین کار می‌کرد، توسعه داد. او توضیح می‌دهد: «علاقه من به این موضوع زمانی ایجاد شد که با دکتر کادین و یکی از همکارانش صحبت می‌کردم و همکار دکتر کادین بیان داشت که هزینه مواد اولیه یک چالش به شمار می‌رود». سپس هنگام حضور در یک کنفرانس بین‌المللی در سال گذشته، از مهندسان صنعتی درباره مواد اولیه و هزینه آنها اطلاعاتی به دست آورد.
او می‌گوید: «از یک نفر پرسیدم اگر من بتوانم هزینه مواد اولیه شما را نصف کنم، چه تاثیری در هزینه تولید شما خواهد داشت؟ بعد از ظهر آن روز آن فرد با من تماس گرفت و گفت که ایده من را با رئیسش مطرح کرده است و آنها علاقه‌مند به کار ما هستند».
پس از بازگشت، مونشوار محاسباتی روی کاغذ انجام داد و دریافت که از نظر تئوری ایده تزریق پالسی گاز می‌تواند بسیار موثر باشد. سپس یک مدل ریاضی توسعه داد که نشان می‌داد این روش کار خواهد کرد.
جزئیات این کار در Journal of Applied Physics منتشر شده است.