exposicion 7 ALD

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Applications of atomiclayer deposition to

nanofabrication andemerging nanodevices(Aplicaciones de la deposición por capas atomicasa la nanofabricación y nanodispositivosemergentes)

Por Alex Henry Tezen Acedo

[email protected]



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¿Qué es ALD?

La deposición por capa atómica (ALD) es una

técnica que permite controlar el crecimientode películas delgadas a nivel atómico. Estedepósito por capas atómicas se basa en laobtención secuencial de estados estables yautocontrolados en la superficie.

Introducción



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La técnica utiliza reactivos secuenciados encondiciones termodinámicas en las queocurre una saturación de la superficial entrecada reactante y la superficie. Cada una deestas reacciones adiciona una capa sobre lasuperficie de crecimiento, y al final de cadaciclo configura el arreglo cristalino final, ydepende éste también del substrato

utilizado, la temperatura y la exposición decada uno de los reactantes.

Introducción



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(i) liberación de un precursor

(ii) evacuación de las especies no adsorbidas(iii) liberación del precursor oxidante(iv) evacuación de las especies no

adsorbidas

Caracteristicas del ALD comouna Herramienta para la

Nanotecnologia



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Conformalidad excelenteControl de la composicion y espesor a escala

atomica.

Deposición a baja temperaturaAlgunos ejemplos de temperatura baja ALD

debajo de 50 °C incluyen TiO2, SiO2, B2O3, y

CdS, también resumidos en un reciente papel.ALD procesa en termalmente materiales delpolímero robustos, como para las barreras dedifusión en dielectrics de k bajo, se ha

estudiado durante varios años. Por ejemplo, sede ositaron ALDWCN difusión barreras usando

Caracteristicas del ALD comouna Herramienta para la

Nanotecnologia



Una reacción saturada en la superficie.Depósito de átomos capa por capa en forma

auto-limitada. => la cantidad del materialdepositada en película en cada ciclo dereacción es constante.

Control atómico del depósito de películas conuna precisión de 0.1-3 Å por monocapa.

Típicamente con dos químicos precursores.Gas inerte (N2 o Ar) de arrastre, típicamentea 1 mbar, para evitar el crecimiento de“parásitos” en el substrato como en el caso

de CVD.

Características del MétodoALD



Control preciso del espesor. El espesor de lapelícula sólo depende del número de ciclosde reacción.

Excelente conformidad y reproducibilidad.Menos problema de homogeneidad en flujos

de reactivos como en el caso de CVD, ysimplifica el uso de precursores sólidos.

Fácil de hacer multicapas.Atractivo parafuturas generaciones de circuitoselectrónicos.

Ventajas



Un amplio gama de materiales paradepositar con alta densidad y baja nivel deimpureza.a)Oxides: Al2O3, HfO2, La2O3, SiO2, TiO2,

ZnO, ZrO2, Ta2O5, In2O3, SnO2, ITO, Fe2O3,MnOx, Nb2O5, MgO, Er2O3

b) Nitrides: WN, Hf3N4, Zr3N4, AIN, TiN,NbNx

c) Metals: Ru, Pt, W, Ni, Fe, CoBaja temperatura de depósito (< 400 °C).

Ventajas



Lentitud en el depósito (cada ciclo puedevariar entre 0.5 a varios segundos).Afortunadamente, para futuras generacionesde circuitos integrales solo se requieren

capas muy delgadas.Algunos materiales no se pueden depositar

de bajo costo, tales como Si, Ge, Si3N4,algunos óxidos de multicomponentes,algunos metales.

Riesgo de espape de residuos químicos,como cualquier método químico.

El nivel de impureza de las películasdepende de la completación de las

Limitaciones



ALD es una de las técnicas de deposiciónmás prometedora para muchas aplicacionesen los dispositivos a nanoescala, como seilustra en la figura.

Una de las áreas más estudiadas son losaltos k gate oxidos para MOSFET, ya que conel ALD se espera resolver los problemas queenfrenta causada por la ampliación deldispositivo, tales como alta corriente defuga. Además de la deposición de unmaterial de k alto, el ALD tiene un beneficioadicional para depositar películas conmodulación de la composición atómica de

ALD para nanodispositivosemergentes



Ge y GaAs se considera que tienen un granpotencial para este propósito. Aunque losdispositivos MOSFET planar con Ge o GaAscomo un canal no puede sustituir a todos los

dispositivos de silicio-basada en un futuropróximo debido a imprevistos obstáculostécnicos para la producción masiva,nucleares o diálisis, de estos materiales se

espera que sean importantes bloques deconstrucción básicos en muchosnanodispositivos emergentes .

Alta movilidad FETs

Di iti d i



En cuanto a estos, NVM incluyendonanocristales (NC) de la memoria, lamemoria de conmutación resistiva (ReRAM),y la memoria de cambio de fase (PRAM)

están atrayendo la atención para lasustitución de las memorias volátilescorriente actual representado por lamemoria de acceso aleatorio dinámico

(DRAM). En primer lugar, puesto que lamemoria de nanocristales es más escalabley funciona bajo tensión más baja que lamemoria convencional de puerta flotante,

que es uno de los candidatos más

Dispositivos de memoriano volatil (NVM)

emergentes



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nanofabricación con bajas dimensiones nanomateriales y biomateriales

Recubrimiento de nanoparticulas por ALDNanomaterial síntesis utilizando

nanomateriales 1D como plantillas

Nanofabricacion usandoALD



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Recubrimiento de nanoparticulas por ALDNanomaterial síntesis utilizando

nanomateriales 1D como plantillasBiotemplating

nanofabricación con bajas dimensiones nanomateriales ybiomateriales



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Materiales nanoporoso, como aerogel o AAO(Anodic Aluminun oxide), tienen un altopotencial para ser utilizado para los procesosde nanofabricación. Por ejemplo, los

nanomateriales 1D son producidos por elalto llenado de nanoholes y relación deaspecto de los materiales nanoporosomediante técnicas de deposición de película

con propiedades de alta brecha de relleno

Nanofabricación usandomateriales nanoporoso



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En este caso, la calidad de la nanoestructuraresultante está determinadofundamentalmente por conformalidad (o elgrado de vacío de llenado) del proceso de

deposición de película delgada.. Uno de losmétodos de deposición utilizado para estepropósito es la galvanoplastia, debido a suexcelente espacio de relleno en los agujeros

de tamaño nanométrico, pero por lo generalrequiere de una capa de semilla de larealización, por lo que todo el procesocomplicado, y galvanización de los

materiales no conductores es difícil.

Nanofabricación usandomateriales nanoporoso

N f b i i



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Uno de los elementos clave de lananotecnología es la auto-montaje. A travésde auto-ensamblaje, átomos, moléculas, yotros bloques de nano construcción

-organizarse sin la guía en estructurasfuncionales impulsado por la energética, larealización de una amplia gama de sistemasde materiales a nanoescala. Procesos de

autoensamblaje incluyen un amplio abanicode ejemplos, tales como nanopartículas / NWde auto-ensamblaje, polímero selfassembly,SAM, la formación de las células vivas

Nanofabricacion conautoensamblado de

materiales

N f b i i



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Auto-montaje de copolímero di bloque (CDB)

Auto-ensamblado de nanoesferasFabricación basado en SAM (Self-assembledmonolayer)

Nanofabricacion conautoensamblado de

materiales



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SAM son finas películas orgánicas queforman espontáneamente sobre superficiessólidas.

SAM ha demostrado ser útil para muchosejemplos de nanofabricación como ladeposición selectiva de películas delgadas,la litografía blanda, la electrónica molecular,el control de los comportamientos de

humedad y la fricción, y la protección desuperficies contra ambientes corrosivos.

SAM



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Debido a los beneficios delALD, tales comoconformalidad excelente capacidad decontrol de espesor preciso y buenaspropiedades de crecimiento de la película a

bajas temperaturas, sus aplicaciones seestán expandiendo más rápidamente quenunca. En esta revisión, se discuten sólo unapequeña fracción de la gran variedad de

aplicaciones potenciales

CONCLUSIONES

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