Om computerchips te maken, vertrouwen technologen over de hele wereld op atomic layer deposition (ALD), waarmee films zo fijn als één atoom dik kunnen worden gemaakt. Bedrijven gebruiken ALD vaak om Halfgeleider apparaten, maar het heeft ook toepassingen in zonnecellen, lithiumbatterijen en andere energiegerelateerde gebieden.
Tegenwoordig vertrouwen fabrikanten steeds meer op ALD om nieuwe soorten films te maken, maar het kost tijd om uit te zoeken hoe het proces voor elk nieuw materiaal kan worden aangepast.
Een deel van het probleem is dat onderzoekers vooral vallen en opstaan gebruiken om optimale groeiomstandigheden te identificeren. Maar een recent gepubliceerde studie - een van de eerste op dit wetenschappelijke gebied - suggereert dat het gebruik van kunstmatige intelligentie (AI) efficiënter kan zijn.
In het ACS toegepaste materialen en interfaces studie beschrijven onderzoekers van het Argonne National Laboratory van het Amerikaanse Department of Energy (DOE) meerdere op AI gebaseerde benaderingen voor het autonoom optimaliseren van de ALD-processen. Hun werk beschrijft de relatieve sterke en zwakke punten van elke benadering, evenals inzichten die kunnen worden gebruikt om nieuwe processen efficiënter en economischer te ontwikkelen.
Al deze algoritmen bieden een veel snellere manier om tot optimale combinaties te convergeren, omdat we geen tijd besteden aan het plaatsen van een monster in de reactor, het eruit halen, metingen doen enz. zoals u dat tegenwoordig zou doen. In plaats daarvan heb je een realtime lus die verbinding maakt met de reactor.
Baanbrekend, maar met uitdagingen
In ALD hechten twee verschillende chemische dampen, bekend als voorlopers, zich aan een oppervlak en voegen daarbij een dunne filmlaag toe. Dit gebeurt allemaal in een chemische reactor en is sequentieel: één voorloper wordt toegevoegd en interageert met het oppervlak, waarna het overtollige wordt verwijderd. Daarna wordt de tweede voorloper geïntroduceerd en later verwijderd, en het proces herhaalt zich. In de micro-elektronica kan de dunne ALD-film worden gebruikt om nabijgelegen componenten in transistors op nanoschaal elektrisch te isoleren.
ALD blinkt uit in het kweken van nauwkeurige films op nanoschaal op complexe 3D-oppervlakken, zoals de diepe en smalle greppels die in siliciumwafels zijn gevormd om de huidige computerchips te vervaardigen. Dit heeft wetenschappers over de hele wereld gemotiveerd om nieuwe dunne-film ALD-materialen te ontwikkelen voor toekomstige generaties van halfgeleider toestellen.