Métaux et Nitrures

Bien que la technologie ALD soit généralement utilisée pour la synthèse d'oxydes, les nitrures et les métaux peuvent également être déposés en utilisant cette technique.

Les nitrures déposés par ALD sont notamment utilisés comme barrières de diffusion dans l'industrie des semi-conducteurs, mais la stabilité des nitrures ouvre des perspectives pour d’autres applications, comme la catalyse par exemple. Les caractéristiques intrinsèques des nitrures rendent leurs synthèses difficiles. L’ALD de TiN, l'un des procédés les plus étudiés, peut être réalisé en utilisant TiCl4 comme précurseur de métal et NH3 comme source d’azote. D'autres nitrures ont été préparés par ALD, tels que TaN, W2N, MoNx, NbN, TiSixNy, BN et TiAlxN, en présence de NH3 comme co-réactif le plus utilisé pour ces matériaux.

Les mécanismes de réaction pour l'ALD des métaux sont très différents des composés binaires. Une différence est que dans le cas de l’ALD des métaux, le dépôt d'un matériau métallique contenant un seul élément doit être réalisé. De plus, dans l'ALD des métaux, le début de la croissance du film sur la majorité des substrats est plus difficile que pour les autres procédés ALD. L'ALD des métaux commence généralement par la formation d'îlots isolés à la surface. Cette nucléation non uniforme peut être avantageusement utilisée pour la synthèse de nanoparticules (NPs). Ces NPs grandissent avec le nombre croissant de cycles, puis coalescent et forment finalement un film continu sur lequel la croissance se poursuit. L’ALD a été principalement utilisée pour la préparation de métaux nobles tels que Pt, Ru, Pd et Ir, mais des métaux de transition tels que Cu, Co, Fe et Ni ont également été déposés. L’ALD des métaux peut être appliquée à des domaines comme la microélectronique et la catalyse, entre autres.

(1)     Ritala, M.; Leskela, M. Chapter 2: Atomic Layer Deposition. Handbook of Thin Film Materials Volume 1: Deposition and Processing of Thin Films. 2002, pp 103–159.

(2)     Hämäläinen, J.; Ritala, M.; Leskelä, M. Atomic Layer Deposition of Noble Metals and Their Oxides. Chem. Mater. 2013, 26 (1), 786–801.

(3)     Kim, H. Atomic Layer Deposition of Metal and Nitride Thin Films: Current Research Efforts and Applications for Semiconductor Device Processing. J. Vac. Sci. Technol. B Microelectron. Nanom. Struct. Process. Meas. Phenom. 2003, 21 (6), 2231–2261.

(4)     Mackus, A. J. M.; Weber, M. J.; Thissen, N. F. W.; Garcia-Alonso, D.; Vervuurt, R. H. J.; Assali, S.; Bol, A. A.; Verheijen, M. A.; Kessels, W. M. M. Atomic Layer Deposition of Pd and Pt Nanoparticles for Catalysis: On the Mechanisms of Nanoparticle Formation. Nanotechnology 2016, 27 (3), 34001.

(5)     Weber, M. J.; Mackus, A. J. M.; Verheijen, M. A.; van der Marel, C.; Kessels, W. M. M. Supported Core/Shell Bimetallic Nanoparticles Synthesis by Atomic Layer Deposition. Chem. Mater. 2012, 24 (15), 2973–2977.

(6)     Aaltonen, T.; Ritala, M.; Tung, Y.-L.; Chi, Y.; Arstila, K.; Meinander, K.; Leskelä, M. Atomic Layer Deposition of Noble Metals: Exploration of the Low Limit of the Deposition Temperature. J. Mater. Res. 2004, 19 (11), 3353–3358.

(7)     Lim, B. S.; Rahtu, A.; Gordon, R. G. Atomic Layer Deposition of Transition Metals. Nat. Mater. 2003, 2 (11), 749–754.

 

Image MEB de dépôt de BN suivi de Pd sur des nanofibres de carbone (IEM, CNRS, ENSCM, Université de Montpellier)