Создание тонких плёнок, используя стремительно развивающуюся технологию, которая призвана решить некоторые из самых острых инженерных проблем NASA, во многом походит на выпечку кондитерского изделия. Именно поэтому технолог Vivek Dwivedi из Goddard Space Flight Center НАСА собрал специальный «духовой шкаф» и «виртуальную зубочистку», чтобы следить за ходом создания тонких плёнок.
Технология получившая название «Атомно-слоевое осаждение» (аtomic layer deposition — ALD), является одной из многих методик создания тонких плёнок, которые кроме всего прочего могут улучшать память механизмов, защищать материалы от коррозии, окисления и износа, а также выполнять роль батарейки, при непосредственном нанесении на чипы. Атомно-слоевое осаждение предусматривает создание тонких слоёв материала, толщиной от нескольких долей нанометра и до нескольких микрон, в специальной реакторной камере, которая чем-то похожа ха духовой шкаф, за счёт последовательных химических реакций между твердым телом и паром.
Хотя существуют и другие технологии осаждения атомных слоёв, ALD имеет ряд явных преимуществ по сравнению с прочими аналогичными методиками. Благодаря Атомно-слоевому осаждению возможно создавать тонкие плёнки внутри пор и полостей, благодаря чему ALD становится незаменимой технологией для покрытия тонкими плёнками трёхмерных объектов, что чрезвычайно важно для NASA, которое занимается разработкой сложных компонентов трёхмерных объектов – перегородок. Перегородки – это устройства, при помощи которых возможно создать границы для жидкости, газа или сыпучего материала, или же препятствовать распространению звука или света в определённом направлении.
Учитывая огромнейший потенциал ALD, который позволяет сокращать размеры приборов и повышать их эффективность, технологи Goddard Space Flight Center работают над созданием вспомогательного инструментария, позволяющего более экономически выгодно экспериментировать с технологией и исследовать её полезность в различных космических приложениях.
Vivek Dwivedi сконструировал и построил недорогую, относительно простую реакторную камеру, которая 7,62 см в диаметре и 62 см длиной, а также набор инструментов для мониторинга, которые он называет «виртуальной зубочисткой». По словам Dwivedi, ему кажется, что в процессе ALD нет ничего сложного. Он сравнивает эту технологию с выпечкой пирога.
Также, как в случае и со сдобой, создание тонких плёнок с использованием технологии ALD, предусматривает наличие определённого рецепта – т.е. строгое выполнение определённых требований. В дополнение к выбору газа, в зависимости от того какие свойства должна иметь тонкая плёнка и какое предназначение одна должна иметь, технологи должны рассчитать, как долго газ должен пребывать в камере, какое там должно поддерживаться давление и температура.
По словам Dwivedi, создавая тонкую плёнку, необходимо неукоснительно соблюдать рецептуру. Он отметил, что запуская камеру, технологи также скрещивают пальцы, в надежде на успех рецепта. Единственный недостаток этой технологии, по мнению Dwivedi, это длительность процедуры. В качестве примера он рассказал, как внося иридий, для того, чтобы покрыть тонкой плёнкой рентгеновское зеркало, он не отходил от «печи» 24 часа, дабы удостоверится, что всё получилось.
Именно поэтому Dwivedi решил дополнить свою камеру «виртуальной зубочисткой» — набором инструментов, которые позволяют контролировать процесс создания тонких плёнок в режиме реального времени.
Этот набор инструментов включает в себя программу моделирования, определяющую сколько газа необходимо для создания плёнки нужной толщины, кварцевые микровесы, для измерения толщины плёнки, анализатор остаточного газа, который обнаруживает молекулы газа, находящиеся в реакторной камере. По мнению Dwivedi, использование «виртуальной зубочистки» позволяет существенно экономить время.
К тому же этот набор инструментов позволяет экономить и деньги. Один грамм прекурсора (химическое соединение, используемое в ALD-реакциях) может стоит порядка 1 тысячи долларов. Dwivedi отмечает, что технологи несут ответственность за рентабельное использование материала, ввиду чего нецелесообразно тратить материал впустую, полагаясь на метод «проб и ошибок».
Dwivedi подытожил, что созданные им инструменты – это менее дорогое оборудование, с которым можно спокойно экспериментировать, ведь созданная «печь» и «виртуальная зубочистка» позволит технологам Goddard Space Flight Center исследовать новые системы материалов и экспериментировать с тонкими плёнками, ища способы улучшения производительности и снижения расходов.
