computer, i telefoni cellulari e tutti gli altri dispositivi elettronici contengono migliaia di transistor collegati tra loro da sottili pellicole di metallo. Scienziati dell'Università di Linköping, Svezia, hanno sviluppato un metodo che può utilizzare gli elettroni in un plasma per produrre questi film.

I processori utilizzati nei computer e nei telefoni odierni sono costituiti da miliardi di minuscoli transistor collegati da sottili pellicole metalliche. Scienziati dell'Università di Linköping, LiU, hanno ora dimostrato che è possibile creare film sottili di metalli consentendo agli elettroni liberi in un plasma di assumere un ruolo attivo. Un plasma si forma quando viene fornita energia che strappa elettroni dagli atomi e dalle molecole in un gas, per produrre un gas ionizzato. Nella nostra quotidianità, i plasmi sono utilizzati nelle lampade fluorescenti e nei display al plasma. Il metodo sviluppato dai ricercatori LiU utilizzando elettroni al plasma per produrre film metallici è descritto in un articolo del J Ournal of Vacuum Science &Technology .

"Possiamo vedere diverse interessanti aree di applicazione, come la fabbricazione di processori e componenti simili. Con il nostro metodo non è più necessario spostare avanti e indietro il substrato su cui vengono creati i transistor tra la camera del vuoto e un bagno d'acqua, che accade circa 15 volte per processore, "dice Henrik Pedersen, professore di chimica inorganica nel Dipartimento di Fisica, Chimica e Biologia all'Università di Linköping.

Un metodo comune per creare film sottili consiste nell'introdurre vapori molecolari contenenti gli atomi necessari per il film in una camera a vuoto. Lì reagiscono tra loro e con la superficie su cui si deve formare il film sottile. Questo metodo consolidato è noto come deposizione chimica da vapore (CVD). Per produrre film di metallo puro mediante CVD, è necessaria una molecola precursore volatile che contenga il metallo di interesse. Quando le molecole precursori sono state assorbite sulla superficie, sono necessarie reazioni chimiche superficiali che coinvolgono un'altra molecola per creare una pellicola metallica. Queste reazioni richiedono molecole che donano prontamente elettroni agli ioni metallici nelle molecole precursori, tali da essere ridotti ad atomi di metallo, in quella che è nota come "reazione di riduzione". Gli scienziati LiU hanno invece rivolto la loro attenzione ai plasmi.

"Abbiamo pensato che ciò di cui avevano bisogno le reazioni chimiche di superficie fossero elettroni liberi, e questi sono disponibili in un plasma. Abbiamo iniziato a sperimentare permettendo alle molecole precursori e agli ioni metallici di atterrare su una superficie e quindi attirare gli elettroni da un plasma alla superficie, " dice Henrik Pedersen.

I ricercatori in chimica inorganica e in fisica dei plasmi dell'IFM hanno collaborato e hanno dimostrato che è possibile creare sottili film metallici su una superficie utilizzando gli elettroni liberi in una scarica di plasma di argon per le reazioni di riduzione. Per attirare gli elettroni carichi negativamente sulla superficie, hanno applicato un potenziale positivo attraverso di essa.

Lo studio descrive il lavoro con metalli non nobili come il ferro, cobalto e nichel, che sono difficili da ridurre a metallo. La CVD tradizionale è stata costretta a utilizzare potenti agenti riducenti molecolari in questi casi. Tali agenti riducenti sono difficili da produrre, gestire e controllare, poiché la loro tendenza a donare elettroni ad altre molecole le rende molto reattive e instabili. Allo stesso tempo, le molecole devono essere sufficientemente stabili per essere vaporizzate ed introdotte in forma gassosa nella camera del vuoto in cui vengono depositati i film metallici.

"Ciò che può migliorare il metodo che utilizza gli elettroni del plasma è che elimina la necessità di sviluppare e gestire agenti riducenti instabili. Lo sviluppo di CVD di metalli non nobili è ostacolato a causa della mancanza di agenti riducenti molecolari adeguati che funzionino sufficientemente bene, " dice Henrik Pedersen.

Gli scienziati stanno ora continuando con misurazioni che li aiuteranno a capire ea dimostrare come avvengono le reazioni chimiche sulla superficie dove si forma il film metallico. Stanno anche studiando le proprietà ottimali del plasma. Vorrebbero anche testare diverse molecole precursori per trovare il modo di rendere i film metallici più puri.