• 纳米材料

  •    在微纳集成器件进一步微型化和集成化的发展趋势下,现有器件特征尺寸已缩小至深亚微米和纳米量级,以突破常规尺寸的极限实现超微型化和高功能密度化,成为近些年来的热点研究领域。微纳结构器件不仅对功能薄膜本身的厚度和质量要求严格,而且对功能薄膜/基底之间的界面质量也十分敏感,尤其是随着复杂高深宽比和多孔纳米结构在微纳器件中的应用,传统的薄膜制备工艺越来越难以满足其发展需求。ALD 技术沉积参数高度可控,可在各种尺寸的复杂三维微纳结构基底上,实现原子级精度的薄膜形成和生长,可制备出高均匀性、高精度、高保形的纳米级薄膜。

     

       微机电系统(MEMS)是尺寸在几毫米乃至更小的高科技装置,其内部结构一般在微米甚至纳米量级,是一个独立的智能系统,主要由传感器、动作器(执行器)和微能源三大部分组成,广泛应用于智能系统、消费电子、可穿戴设备、智能家居、系统生物技术的合成生物学与微流控技术等领域。MEMS的构造过程需要精细的微纳加工技术,而工作过程伴随着器件复杂的三维运动,其中ALD技术均可发挥重要作用,ALD具有高致密性以及高纵宽比结构均匀性,为MEMS机械耐磨损层、抗腐蚀层、介电层、憎水涂层、生物相容性涂层、刻蚀掩膜层等提供优质解决方案。

     

       磁隧道结(MTJ)是由钉扎层、绝缘介质层和自由由层的多层堆垛组成。在电场作用下,电子会隧穿绝缘层势垒而垂直穿过器件,电子隧穿的程度依赖于钉扎层和自由层的相对磁化方向。随着MTJ尺寸的不断缩小以及芯片集成度的不断提高,MTJ制备过程中的薄膜生长工艺偏差和刻蚀工艺偏差的存在,将会导致MTJ状态切换变得不稳定,并降低MTJ的读取甚至会严重影响NV-FA电路中写入功能和逻辑运算结果输出功能的正确性。ALD技术沉积参数高度可控,可通过精准控制循环数来控制MTJ所需达到的各项参数,是适用于MTJ制造的最佳工艺方案之一。

     

       生物物理学微流体器件可由单个纳米孔和电极组成,也可以由许多纳米孔阵列组成,可同时筛选、引导、定位、测量不同尺度的生物大分子,在生物物理学和生物技术领域中有着广泛的应用前景。生物纳米孔逐渐受到了人们的普遍重视引起了人们的广泛兴趣,尤其是纳米孔作为生物聚合物的检测器件,为一些生物化学现象的基础研究提供了研究的平台。然而生物纳米孔所固有的一些缺陷也很明显,如生物相容性差及微孔的尺寸不可更改等;针对于此,ALD技术可通过表面修饰,改善纳米孔的生物相容性,同时提升抗菌抑菌和促进细胞合成。

  • 图一: ALD Al2O3(仅~10 nm)可作为MEMS齿轮高硬度润滑膜[1]

  • 图二:ALD应用于低温MEMS器件构造[2]

  • 图三:MRAM磁隧道结(MTJ)存储元件[3]

  • 图四:一种具有纳米蛛网结构的细菌纤维素膜[4]

    参考资料:

    [1] Mayer TM et al., APL 2003, 82 p2883.

    [2] Eigenfeld N T, et al. Advanced Materials, 2014,26(23):3962-7.

    [3] http://www.eepw.com.cn/zhuanlan/184391.html

    [4] http://www.xjishu.com/zhuanli/27/201711083885.html

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