Kas ir atomu slāņa nogulsnēšanās?

Plānās kārtiņas uzklāšana ir produktu izpētes un ražošanas joma, kurā ir vajadzīgas vairāku zinātnisku disciplīnu zināšanas, jo ir nepieciešams smalks kontroles slānis, kas jāveic, lai ražotu noderīgas ierīces un materiālus. Tas bieži ietver pētniecību un attīstību fizikā, ķīmijā un dažāda veida inženierzinātnēs no mašīnbūves līdz ķīmiskajai inženierijai. Pētījumi ķīmijā nosaka, kā ķīmiskie procesi notiek atomu un molekulu līmenī un kādi pašierobežojošie faktori ir kristālu un metālu oksīdu augšanai, lai atomu slāņa nogulsnēšanās varētu konsekventi radīt slāņus ar vienādiem raksturlielumiem. Ķīmiskās reakcijas kameras atomu slāņa nogulsnēšanai var radīt nogulsnēšanās ātrumu 1.1 angstroms jeb 0.11 nanometri materiāla vienā reakcijas ciklā, kontrolējot dažādu reaģentu ķīmisko vielu daudzumu un kameras temperatūru. Parasti šādos procesos izmantotās ķīmiskās vielas ir silīcija dioksīds, SiO2; magnija oksīds, MgO; un tantala nitrīds, TaN.

Organisko plēvju audzēšanai tiek izmantota līdzīga plānas kārtiņas nogulsnēšanas tehnika, kas parasti sākas ar organisko molekulu fragmentiem, piemēram, dažāda veida polimēriem. Hibrīdos materiālus var ražot arī, izmantojot organiskas un neorganiskas ķimikālijas, lai tos izmantotu tādos produktos kā stenti, kurus var ievietot cilvēka asinsvados un pārklāt ar īslaicīgi atbrīvojošiem medikamentiem, lai cīnītos pret sirds slimībām. Albertas pētnieki Kanādas Nacionālajā nanotehnoloģiju institūtā ir izveidojuši līdzīgu plānslāņa slāni ar tradicionālu nerūsējošā tērauda stentu, lai atbalstītu atvērtas sabrukušās artērijas no 2011. gada. Nerūsējošā tērauda stents ir pārklāts ar plānu stikla silīcija dioksīda slāni, ko izmanto kā substrāts, ar kuru saistīt cukura ogļhidrātu materiālu, kura biezums ir aptuveni 60 atomu slāņi. Pēc tam ogļhidrāti pozitīvā veidā mijiedarbojas ar imūnsistēmu, lai novērstu ķermeņa atgrūšanas reakciju uz tērauda stenta klātbūtni artērijā.

Ir simtiem ķīmisku savienojumu, ko izmanto atomu slāņa nogulsnēšanai, un tie kalpo daudziem mērķiem. Viens no visplašāk pētītajiem 2011. gadā ir augstas k dielektrisko materiālu izstrāde integrālo shēmu nozarē. Tā kā tranzistori kļūst arvien mazāki, mazāki par 10 nanometru izmēriem, process, kas pazīstams kā kvantu tunelēšana, kurā elektriskie lādiņi izplūst cauri izolācijas barjerām, padara silīcija dioksīda tradicionālo izmantošanu tranzistoriem nepraktisku. Augstas k dielektrisko materiālu plēves, kas tiek testētas atomu slāņa nogulsnēšanā, ir cirkonija dioksīds, ZnO2; hafnija dioksīds, HfO2; un alumīnija oksīds, Al2O3, jo šie materiāli demonstrē daudz labāku izturību pret tunelēšanu.