UAH

Osservando come funziona un umidificatore domestico, il Dr. Moonhyung Jang ha avuto l'idea di utilizzare una tecnologia di atomizzazione ad ultrasuoni per evaporare le sostanze chimiche utilizzate nella deposizione dello strato atomico e ha collaborato con il Dr. Lei per sviluppare e testare il dispositivo.

Un nuovo modo per depositare sottili strati di atomi come rivestimento su un materiale di substrato a temperatura prossima a quella ambiente è stato inventato presso l’Università dell’Alabama a Huntsville (UAH), una parte del Sistema dell’Università dell’Alabama.

Il dottor Moonhyung Jang, ricercatore post-dottorato della UAH, ha avuto l'idea di utilizzare una tecnologia di atomizzazione ad ultrasuoni per evaporare le sostanze chimiche utilizzate nella deposizione dello strato atomico (ALD) mentre acquistava un umidificatore domestico.

L'invenzione è stata creata e testata nel laboratorio UAH del Dr. Yu Lei, il quale afferma che aprirà una nuova finestra a molti processi ALD.

Il dottor Jang lavora nel laboratorio del dottor Yu Lei, professore associato presso il Dipartimento di Ingegneria Chimica. La coppia ha pubblicato un articolo sulla loro invenzione che è stato selezionato come redattore nel Journal of Vacuum Science & Technology A.

"L'ALD è una tecnica di deposizione di film sottile tridimensionale che svolge un ruolo importante nella produzione microelettronica, nella produzione di articoli come unità di elaborazione centrale, memoria e dischi rigidi", afferma il dott. Lei.

Ogni ciclo ALD deposita uno strato profondo pochi atomi. Un processo ALD ripete il ciclo di deposizione centinaia o migliaia di volte. L'uniformità dei film sottili si basa su una reazione superficiale autolimitante tra il vapore del precursore chimico e i substrati.

"ALD offre un controllo eccezionale delle caratteristiche nanometriche depositando i materiali in modo uniforme su grandi wafer di silicio per la produzione di grandi volumi", afferma il dott. Lei. "È una tecnica chiave per produrre dispositivi intelligenti piccoli e potenti."

Durante la ricerca online di un umidificatore domestico sicuro e facile da usare, il dottor Jang ha osservato che gli umidificatori sul mercato utilizzano il riscaldamento diretto ad alta temperatura o la vibrazione dell'atomizzatore ad ultrasuoni a temperatura ambiente per generare la nebbia d'acqua.

"Moon si rese improvvisamente conto che quest'ultimo poteva essere un modo semplice e sicuro per generare vapori per sostanze chimiche reattive che sono termicamente instabili", afferma il dottor Lei.

"Il giorno successivo, Moon è venuto a discutere l'idea e abbiamo progettato gli esperimenti per dimostrare il concetto nel nostro laboratorio di ricerca. L'intero processo ha richiesto quasi un anno. Ma la grande idea è arrivata a Moon in un lampo."

I processi ALD si basano tipicamente su molecole in fase gassosa riscaldate che vengono evaporate dalla loro forma solida o liquida, simili agli umidificatori ambientali che utilizzano il calore per vaporizzare l’acqua. Tuttavia, nel processo ALD, alcuni precursori chimici non sono stabili e possono decomporsi prima di raggiungere una pressione di vapore sufficiente per l’ALD.

"In passato, molte sostanze chimiche reattive erano considerate non adatte all'ALD a causa della loro bassa pressione di vapore e perché sono termicamente instabili", afferma la dott.ssa Lei. "La nostra ricerca ha scoperto che la tecnica dell'atomizzatore a ultrasuoni ha consentito di evaporare le sostanze chimiche reattive a temperatura ambiente."

L'invenzione degli ultrasuoni degli scienziati dell'UAH consente di utilizzare un'ampia gamma di sostanze chimiche reattive che sono termicamente instabili e non adatte al riscaldamento diretto.

"L'atomizzazione ad ultrasuoni, sviluppata dal nostro gruppo di ricerca, fornisce precursori a bassa pressione di vapore perché l'evaporazione dei precursori è stata effettuata attraverso la vibrazione ultrasonica del modulo", afferma il dott. Lei.

"Come l'umidificatore domestico, l'atomizzazione ad ultrasuoni genera una nebbia composta da vapore saturo e goccioline di dimensioni micro", afferma. "Le goccioline di dimensioni microscopiche evaporano continuamente quando la nebbia viene erogata ai substrati da un gas vettore."

Il processo utilizza un trasduttore ultrasonico piezoelettrico posizionato in un precursore chimico liquido. Una volta avviato, il trasduttore inizia a vibrare alcune centinaia di migliaia di volte al secondo e genera una nebbia del precursore chimico. Le piccole goccioline liquide nella nebbia evaporano rapidamente nel collettore del gas sotto vuoto e con un trattamento termico delicato, lasciando dietro di sé uno strato uniforme del materiale di deposizione.