Une équipe de recherche chez UNIST a développé une nouvelle technologie de dépôt qui permet le mélange uniforme de différents métaux dans une seule couche atomique. Cette progression est prometteuse significative pour les applications dans la fabrication de semi-conducteurs, la catalyse électrochimique et divers autres domaines.
Dirigée par le professeur Soo-hyun Kim du Département des sciences et de l'ingénierie du Département des matériaux et de la Graduate School of Semiconductor Materials and Devices Engineering chez UNIST, l'équipe a fabriqué avec succès des films minces en alliage à l'aide d'une méthode de dépôt de couche atomique (ALD) améliorée, appelée modulation de couche atomique (ALM). Cette approche innovante permet un mélange précis au niveau atomique de métaux précieux tels que le platine (PT) et le ruthénium (RU), surmontant les limites de longue date des méthodes conventionnelles.
La recherche a été dirigée par Yeseul Son, un étudiant diplômé inscrit à un programme de maîtrise et de doctorat combiné à la Graduate School of Semiconductor Materials and Devices Engineering chez UNIST, en tant que premier auteur. Les résultats ont été publiés en ligne dans Science avancée le 28 mai 2025.
L'ALD traditionnel implique un dépôt séquentiellement des couches atomiques individuelles, qui atteint des épaisseurs de film hautement contrôlées. Cependant, la création d'alliages avec plusieurs métaux nécessite généralement des couches alternées, entraînant souvent des compositions inégales et la formation de limites de métaux distinctes.
La nouvelle technique ALM relève ces défis en injectant simultanément les gaz précurseurs pour les deux métaux dans un seul cycle de réaction. Ce processus induit un mélange au niveau atomique pendant le dépôt, produisant des films en alliage homogène avec un rapport de composition contrôlé de PT à Ru – de 97: 3 à 28: 72 – et une distribution élémentaire uniforme tout au long du film.
Ce processus innovant a des implications significatives pour la fabrication de semi-conducteurs, en particulier dans la fabrication de structures 3D complexes telles que les transistors et les interconnexions, où des films minces uniformes sont essentiels. L'équipe a réussi à déposer des revêtements en alliage sur les structures avec un rapport d'aspect de 30: 1, atteignant une couverture à 100% de pas – ce qui signifie le film uniformément enduit à la fois les surfaces extérieures et profondément à l'intérieur des tranchées étroites avec une épaisseur presque identique.
Les tests fonctionnels ont confirmé l'excellente performance catalytique de ces alliages, démontrant une activité élevée dans les réactions de splilage de l'eau et une production efficace d'hydrogène et d'oxygène. Ces résultats soulignent leur potentiel en tant que catalyseurs efficaces pour les applications électrochimiques.
Le succès de cette synthèse en alliage découle d'un contrôle méticuleux des paramètres de réaction – y compris la température et les séquences d'injection de précurseurs – pour atténuer l'obstacle stérique, qui peut entraver les réactions de surface impliquant des molécules volumineuses.
Le professeur Kim a déclaré: « Cela représente une percée pour surmonter le défi de longue date de fabriquer des films en alliage uniforme via Ald. La capacité de mélanger précisément différents métaux au niveau atomique ouvre de nouvelles avenues pour la conception de matériaux fonctionnels avancés. » Il a en outre ajouté: « Parce que les principes sous-jacents à cette technologie peuvent être étendus à diverses combinaisons de métaux au-delà des métaux précieux, il est très prometteur pour des applications généralisées dans les catalyseurs, les semi-conducteurs, les capteurs et au-delà. »
