Doktorant Aile Tamm kaitseb 26.novembril oma väitekirja teemal “Kõrge dielektrilise läbitavusega isolaatorkilede aatomkihtsadestamine tsüklopentadienüüllähteainetest.”
Tänapäeva elektroonikaseadmeid ehitatakse järjest väiksematena. Pidevalt on vaja välja töötada ja kasutusele võtta seda võimaldavaid uusi tehnikaid. Väga väikeste mõõtmetega elektroonikaseadmete, näiteks nii protsessoritransistori kui ka mälukondensaatori valmistamise mõnedes etappides kasutatakse järjest enam aatomkihtsadestamist (ALD). Nimetatud meetod tagab materjali ühtlase kasvu pinnale olenemata aluspinna (substraadi) kujust.
ALD-d hakati kasutama ränipõhises elektroonikas, kuna räni peal olev ränioksiidkiht ei rahuldanud enam uutele elektroonikaseadmetele esitatavaid nõudeid. See muutus liiga õhukeseks, et laenguid kinni hoida. Sobivaks materjaliks räni peale osutus hafniumoksiid (HfO2). Seega kasutatakse aatomkihtsadestatud HfO2 tahkiskilesid uuemates protsessorites juba alates 2007. aastast ja kui Te olete uue arvuti soetatud viimase kolme aasta jooksul, siis suure tõenäosusega on selles kasutusel juba aatomkihtsadestatud HfO2.
Soovitav materjal ei teki substraadile iseenesest, vaid kahe reaktiivi hafniumkloriidi ja vee vahelisel täpselt kontrollitud keemilisel reaktsioonil:
Joonis 1. Skemaatiline joonis tornkondensaatorist ja elektronmikroskoobi pilt ZrO2 kilest, mis on kasvatatud sarnase topoloogiaga 3D struktuurile.
HfCl4 (gaas) + 2H2O (gaas) → HfO2 (tahke keha) + 4HCl (gaas).
Keemilised reaktiivid sadestatakse pinnale üksikute molekulaarsete kihtide haaval, reguleerides seega moodustuva tahke kile paksust nanomeetri täpsusega. HfO2 saamine HfCl4 ja veest on juba hästi läbiuuritud protsess. Kuid enne uute materjalide kasutuselevõttu peab tema füüsikaline karakteristika rahuldama ka kõige nõudlikumaid tarbijaid. Seepärast on materjali füüsikalised omadused määrava tähtsusega. Meie poolt uuritud uued õhuked (5-20nm paksuseid) ja kõrgkvaliteedilised ZrO2 ja HfO2 kiled olid aatomkihtsadestatud tavalistes laboratooriumitingimustes, kasutades selleks suhteliselt uudseid tsüklipentadienüülidepõhiseid metallide lähteaineid.
Tsirkooniumi ja hafniumi tsüklopentadienüülid, ehk sellised ühendid nagu (CpMe)2ZrMe2, (CpMe)2Zr(OMe)Me, (CpMe)Zr(NMe2)3, (CpEt)Zr(NMe2)3, (CpMe)2Hf(OMe)Me ja CpHf(NMe2)3 (Cp = C5H5, Me = CH3, ja Et = C2H5) osutusid koos hapniku lähteaine osooniga aatomkihtsadestusprotsessi jaoks sobivateks lähteaineteks. Antud lähteainekeemial põhineva sadestusprotsessi tulemusena on võimalik saada tiheda struktuuriga dielektrilisi ja isoleerivaid metalloksiidkilesid pooljuhtivatel ja metallilistel substraatidel. Võimalik oli saavutada ühtlane, s.t. konformaalne kasv ka kolmedimensionaalsetel (3D) ehk ruumilised substraatidel (joonis 1.).
Kolmedimensionaalsed substraadid on üks tuleviku-elektroonika alustehnoloogiatest, olgu nendeks siis uurded ränis, nanovardad või süsiniknanotorud.
Selles väitekirjas uuritud materjalidega läbi viidud sadestusprotsessid ja sadestatud kilede kvaliteet näitavad endas piisavat potentsiaali, et kasutada neid paremate mälukondensaatorite väljatöötamisel.