Atomikerroskasvatus

Atomikerroskasvatus eli ALD () on kemiallinen kaasufaasipinnoitustekniikka, jolla valmistetaan hyvin ohuita epäorgaanisia ohutkalvoja vuorottaisia itsekyllästyviä kaasu-kiinteäreaktioita hyödyntäen. ALD-menetelmän etuna on erityisesti sen kyky peittää monimutkaisetkin kolmiulotteiset rakenteet koostumukseltaan ja ominaisuuksiltaan tasaisella pinnoitteella. Menetelmän vanhempi nimi on atomikerrosepitaksia eli ALE (). ALE-lyhennettä käytetään nykyään merkityksessä atomikerrosetsaus (). Molekyylikerroskasvatus eli MLD () on muunnelma atomikerroskasvatuksesta, jossa käytetään polymeerisia lähtöaineita. 

Tyypillisessä ALD-reaktorissa tapahtuvassa prosessissa substraatin pinta aktivoidaan ensimmäisellä kemiallisella reaktiolla. Prosessin paine ja lämpötila on valittu siten, että pintaan jää vain yksi adsorboitunut molekyylikerros. Välihuuhtelun jälkeen toinen lähtöaine päästetään pinnoituskammioon.  Aktivoitu pinta reagoi toisen lähtöaineen kanssa muodostaen ohuen kerroksen haluttua epäorgaanista materiaalia. Tyypillisesti yhdessä reaktiokierroksessa kasvaa vähemmän kuin yksi monokerros haluttua materiaalia. Tyypillisesti kahden reaktiovaiheen sekä välihuuhtelujen muodostamaa reaktiosykliä toistetaan ja näin voidaan muodostaa halutun paksuinen kalvo, jonka paksuus riippuu toistettujen syklien lukumäärästä. Käyttötarkoituksesta riippuen kalvojen paksuus voi nanometrin osia tai jopa useita mikrometrejä. Pinnoituskerroksen paksuuden tarkan hallinnan lisäksi menetelmän etuna on myös erittäin hyvä pinnanlaatu. 

ALD-menetelmän keksi ja patentoi suomalainen Tuomo Suntola vuonna 1974, tarkoituksenaan valmistaa ohuita elektroluminesenssinäyttöjä. ALD on kehitetty erillisesti myös Neuvostoliitossa 1960-luvulla. Klassinen esimerkki ALD:n käytöstä on sinkkisulfidi ZnS-kalvon kasvattaminen. Prekursoreina käytetään sinkkikloridia ZnCl2 ja divetysulfidia H2S. Sinkkikloridi kemisorboidaan substraatin pinnalle, minkä jälkeen divetysulfidi tuodaan kammioon. Lähtöaineet reagoivat keskenään muodostaen yksittäisen kerroksen sinkkisulfidimolekyylejä. Lähtöaineiden valinta on tärkeä osa onnistunutta ALD-prosessia. Yleisessä käytössä ovat muun muassa metallikloridit, metallo-orgaaniset yhdisteet sekä epämetalleista erilaiset yksinkertaiset hydridit, kuten vesi, divetysulfidi, ammoniakki ja vetyfluoridi.

Lähteet

Aiheesta muualla 
 Tuomo Suntola, Jorma Antson Method for producing compound thin films, Patent US4058430A, 29.11.1974

Kemialliset prosessit