Nowa technologia wytwarzania i badania cienkich warstw
Cienkie warstwy, czyli warstwy materiałów o nanoskalowej grubości, są ostatnio powszechnie stosowane, zwłaszcza w sektorze elektroniki i powłok ochronnych. Tlenkowe materiały cienkowarstwowe cieszą się zainteresowaniem przemysłu elektronicznego ze względu na swoją wyjątkową zdolność przenoszenia wyższego napięcia w porównaniu z krzemowymi podzespołami elektronicznymi, stabilność w wyższych temperaturach, przejrzystość (przejrzyste urządzenia elektroniczne) i przyjazność dla środowiska. Europejscy naukowcy biorący udział w projekcie 3D-DEMO pracowali nad stworzeniem nowej efektywnej kosztowo, elastycznej i ekologicznej technologii osadzania cienkich warstw. Istnieje wiele technik osadzania cienkich warstw, ale obecnie nie ma możliwości, tak ważnego dla projektowania nowych urządzeń, masowego produkowania wielokomponentowych tlenków o wzorcowaniu trójwymiarowym podczas fazy osadzania. Naukowcy opracowali metodę osadzania cienkich warstw techniką epitaksji z wiązek chemicznych (CBE), aby uzyskać możliwość trójwymiarowego wzorcowania w pojedynczym kroku. Wyniki porównano z metodą osadzania przy użyciu lasera impulsowego (PLD), pozwalającą na szybkie i niezawodne osadzanie warstw, ale w mniejszych ilościach. Ponadto zmodyfikowano mikroskopię optyczną pola bliskiego (NSOM), tj. interferometrię heterodynową NSOM (H-NSOM), aby lepiej poznać wzorcowanie i jednorodność optyczną. Metalowe materiały cienkowarstwowe PLD wykazują się niekorzystnym zachowaniem elektromagnetycznym oraz niestabilnymi powierzchniami w wysokich temperaturach, co prowadzi do ich pękania. Natomiast warstwy CBE niobanu litu (LiNbO3) o orientacji 101 osadzane na tlenku magnezu (MgO) są gładsze i dają się osadzać przy niższych temperaturach, przez co są bardziej korzystne niż proces CBE. Wśród testowanych urządzeń znalazły się falowody, specjalne rodzaje linii przesyłających fale elektromagnetyczne. Oprócz wdrożenia procesu CBE do produkcji, naukowcy zastosowali H-NSOM do analizy pozwalającej uzyskać lepszy obraz właściwości spektralnych falowodów cienkowarstwowych LiNbO3/MgO. Podsumowując, uczestnicy projektu 3D-DEMO stworzyli nową technologię wzorcowania trójwymiarowego tlenkowych materiałów cienkowarstwowych w jednym kroku oraz techniki mikroskopii optycznej do oceny właściwości spektralnych materiałów cienkowarstwowych. Wykorzystanie tych rezultatów może przynieść ważne korzyści europejskiemu przemysłowi urządzeń elektronicznych w postaci niższych kosztów i lepszych zdolności produkcyjnych.