Deposición de capa molecular
La deposición de capa molecular (MLD) es una técnica de deposición de película delgada en fase de vapor basada en reacciones superficiales autolimitantes llevadas a cabo de manera secuencial. [1] Esencialmente, MLD se asemeja a la técnica bien establecida de deposición de capa atómica (ALD) pero, mientras que ALD se limita a recubrimientos exclusivamente inorgánicos, la química precursora en MLD también puede usar moléculas orgánicas pequeñas y bifuncionales. Esto permite, además del crecimiento de capas orgánicas en un proceso similar a la polimerización, la unión de ambos tipos de bloques de construcción juntos de manera controlada para construir materiales híbridos orgánico-inorgánicos.
Aunque el MLD es una técnica conocida en el sector de la deposición de películas delgadas , debido a su relativa juventud no está tan explorada como su contraparte inorgánica, ALD, y se espera un amplio desarrollo del sector en los próximos años.
La deposición de la capa molecular es una técnica hermana de la deposición de la capa atómica . Si bien la historia de la deposición de la capa atómica se remonta a la década de 1970, gracias al trabajo independiente de Valentin Borisovich Aleskovskii . [2] y Tuomo Suntola , [3] los primeros experimentos MLD con moléculas orgánicas no se publicaron hasta 1991, cuando apareció un artículo de Tetsuzo Yoshimura y colaboradores [4] sobre la síntesis de poliimidas utilizando aminas y anhídridos como reactivos. [5] Después de algunos trabajos sobre compuestos orgánicos a lo largo de la década de 1990, surgieron los primeros artículos relacionados con materiales híbridos, después de combinar técnicas ALD y MLD. [6] [7]Desde entonces, el número de artículos presentados por año sobre la deposición de capas moleculares ha aumentado constantemente y se ha observado una gama más diversa de capas depositadas, incluidas las poliamidas, [8] [9] [10] poliiminas, [11] poliurea, [ 12] politiourea [13] y algunos copolímeros, [14] con especial interés en la deposición de películas híbridas.
De manera similar a un proceso de deposición de capa atómica, durante un proceso de MLD, los reactivos se pulsan de manera secuencial y cíclica, y todas las reacciones gas-sólido son autolimitantes en el sustrato de la muestra. Cada uno de estos ciclos se denomina ciclos MLD y el crecimiento de la capa se mide como Crecimiento por ciclo (GPC), generalmente expresado en nm / ciclo o Å / ciclo. [1] Durante un modelo, experimento de dos precursores, un ciclo MLD procede de la siguiente manera:
Primero, el precursor 1 se pulsa en el reactor, donde reacciona y quimisorbe a las especies superficiales de la superficie de la muestra. Una vez que se han cubierto todos los sitios de adsorción y se ha alcanzado la saturación, no se unirá más precursor y el exceso de moléculas precursoras y los subproductos generados se retiran del reactor, ya sea purgando con gas inerte o bombeando la cámara del reactor hacia abajo. Solo cuando la cámara se ha purgado correctamente con gas inerte / bombeado hasta la presión base ( rango de ~ 10 −6 mbar) y se han eliminado todas las moléculas no deseadas del paso anterior, se puede introducir el precursor 2. [15] De lo contrario, el proceso corre el riesgo de un crecimiento de tipo CVD, donde los dos precursores reaccionan en la fase gaseosa antes de adherirse a la superficie de la muestra, lo que daría como resultado un recubrimiento con características diferentes.
A continuación, se pulsa el precursor 2, que reacciona con las moléculas del precursor 1 anterior ancladas a la superficie. Esta reacción superficial es de nuevo autolimitante y, seguida de nuevo por purga / bombeo a la presión base del reactor, deja una capa terminada con grupos superficiales que pueden reaccionar nuevamente con el precursor 1 en el siguiente ciclo. En el caso ideal, la repetición del ciclo MLD formará una película orgánica / inorgánica, una capa monoatómica a la vez, lo que permitirá recubrimientos altamente conformados con un control preciso del espesor y pureza de la película [15].
