• Save
Nanoscience presentatie Erik Langereis op Open dag JCU
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×
 

Nanoscience presentatie Erik Langereis op Open dag JCU

on

  • 1,633 views

Presentatie door Erik Langereis op de Open dag van het JCU, 30 maart 2010, over zijn onderzoek aan atomaire laag depositie.

Presentatie door Erik Langereis op de Open dag van het JCU, 30 maart 2010, over zijn onderzoek aan atomaire laag depositie.

Statistics

Views

Total Views
1,633
Views on SlideShare
1,626
Embed Views
7

Actions

Likes
0
Downloads
0
Comments
1

2 Embeds 7

http://www.slideshare.net 6
http://www.slashdocs.com 1

Accessibility

Categories

Upload Details

Uploaded via as Adobe PDF

Usage Rights

© All Rights Reserved

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Processing…
  • Ik zoek mensen die met net zoveel enthousiasme als Professor Walter Lewin les willen en kunnen geven aan bovenbouw HAVO/VWO. 1e graads bevoegd, interesse of ken je iemand? Laat het me weten! peggy.provoost@flexibility-onderwijs.nl
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Processing…
Post Comment
Edit your comment

Nanoscience presentatie Erik Langereis op Open dag JCU Nanoscience presentatie Erik Langereis op Open dag JCU Presentation Transcript

  • Stapelen met atomen! - precisie op de nanometer - dr.ir. Erik Langereis Open dag Junior College Utrecht - 30 Maart 2010 -
  • Mijn achtergrond 1 / 21 • 1992 – 1997: VWO • 1997 – 2003: Studie Technische Natuurkunde • 2004 – 2008: Promotieonderzoek Nanoscience • 2008 – 2010: Wetenschappelijk onderzoeker • Maart 2010: Docent Natuurkunde aan de UU Departement Natuur- en Sterrenkunde Junior College Utrecht
  • Wat is Nanoscience? 2 / 21 In deze presentatie ligt de nadruk op: Gecontroleerde groei van atomaire lagen: controle over dikte en materiaaleigenschappen • Waarom is dat nodig? - Snellere computers, betere zonnecellen, slimmere auto’s, etc • Hoe doe je dat? - Methode: atomaire laagdepositie (ALD) • Hoe weet je dat het werkt? - Meten = Weten: extreem gevoelige diagnostieken
  • Toepassing van atomaire lagen 3 / 21 Optische, mechanische, elektrische en chemische eigenschappen van dunne lagen Computers Zonnecellen Flexibele displays
  • Toepassing van atomaire lagen 4 / 21 Optische, mechanische, elektrische en chemische eigenschappen van dunne lagen Computers Zonnecellen Flexibele displays Miniaturisatie van componenten op de microchip De Wet van Moore: “Meer functionaliteit op een kleiner oppervlakte” 1950 1970 2005 2010 Typische afmeting elektrische componenten: centimeter millimeter micrometer nanometer
  • Kleiner én meer functionaliteit 5 / 21 De transistor schakelaar als voorbeeld Isolator Schakel electrode Electrode Electrode Probleem door miniaturisatie Kleiner dimensies van de transistor en steeds hogere eisen verklein dikte van SiO2 isolator lekstromen!! Gate Bestaande transistor: Source Drain “foto” gemaakt met electronenmicroscoop Insulator Channel SiO2 isolator = ~1.2 nm 4 atoomlagen!!
  • Kleiner én meer functionaliteit 6 / 21 De transistor schakelaar als voorbeeld Gate Source Drain Isolator Channel Oplossing Gebruik materialen met hoge dielektrische constante k! Verbeterde transistor met “iets dikkere” isolatorlaag SiO2: k = 3.9 Al2O3: k = 9 HfO2: k = 25 SrTiO3: k > 300 Controle van laagdikte en eigenschappen op het atomaire niveau
  • Kleiner én meer functionaliteit 7 / 21 Het computergeheugen als voorbeeld Meer opslagcapaciteit door gebruik van 3D structuren: Groot oppervlakte en materialen met hoge k waarde Probleem Bestaande groeimethodes “laaggroei is evenredig met deeltjesflux” Extreme conformaliteit vereist! Oplossing Depositiemethode met extreem conformele groei
  • Atomaire laagdepositie (ALD) 8 / 21 Groeimethode met controle van materiaaleigenschappen op het atomaire niveau én extreem conformele groei Verschillende methoden om “muurtje te metselen met atomen” chemisch opdampen: fysisch opdampen: atomaire laagdepositie: >500 nm/min 5-10 nm/min <1 nm/min afhankelijk van deeltjesflux onafhankelijk van deeltjesflux conformaliteit!!
  • Principe van ALD 9 / 21 Gebruik van specifieke oppervlaktereacties “groei gelimiteerd door oppervlaktefunctionaliteit” Precursor A Precursor B Zelfgelimiteerde oppervlaktereacties: Demonstratie het hagelslag experiment
  • Principe van ALD: chemische reacties 10 / 21 Gebruik van specifieke oppervlaktereacties “groei gelimiteerd door oppervlaktefunctionaliteit” illustratie van ALD Al2O3 1 monolaag per cyclus Al(CH3)3 H2O
  • Principe van ALD: conformaliteit 11 / 21 Gebruik van specifieke oppervlaktereacties “groei gelimiteerd door oppervlaktefunctionaliteit” 80 nm Al2O3 conformeel in diepe structuur! Conformaliteit te danken aan de zelfgelimiteerde oppervlaktechemie
  • ALD in actie! 12 / 21 Animatie
  • ALD toepassingen: Ultradunne lagen – conformele groei – goede kwaliteit 13 / 21 Al2O3/Ta2O5: röntgen spiegel TiO2/ZnS:Mn/TiO2 and TiO2: 3D structuren Szeghalmi et al., Appl. Phys. Lett. 94, 133111 (2009) King et al., Adv. Mater. 17, 1010 (2005) 100 nm 20 nm Al2O3: beschermingslaag op organische display (OLED) No film a-SiNx:H film ALD Al2O3 film Langereis et al., Appl. Phys. Lett. 89, 081915 (2006) Groner et al., Appl. Phys. Lett. 88, 051907 (2006) Garcia et al., Appl. Phys. Lett. 89, 031915 (2006).
  • Meten aan nanometer dikke lagen 14 / 21 • Zeer gevoelige diagnostieken nodig: • Electronenmicroscopen laagdikte • Verstrooiingstechnieken atomaire samenstelling • Optische methoden: spectroscopische ellipsometrie interactie van licht met materiaal Wikipedia.org Interferentie door interne reflectie Dispersie in optische constanten Informatie over atomaire laagdikte Inzicht in materiaaleigenschappen
  • Extreme controle over laagdikte 15 / 21 350 Laagdikte Al2O3 (Å) 300 250 Raar!? 200 150 100 50 0 0 50 100 150 200 250 300 Aantal ALD cycli Groei per ALD cyclus: 1 Å = 0.1 nm!!
  • Zelfgelimiteerde oppervlaktereacties 16 / 21 2.0 2.0 Groei in situ SE wordt onafhankelijk van in situ SE dosering! Groei per ALD cyclus (Å) Groei per ALD cyclus (Å) 1.5 1.5 1.0 1.0 0.5 2s O2 plasma 0.5 8 TMA doses o o T = 200 C T = 200 C 0.0 0.0 0 2 4 6 8 10 12 0 1 2 3 4 Dosering precursor (s) Dosering reactant (s)
  • Optische constanten 17 / 21 12 20 12 60 10 n 10 50 Transparant: Extinctiecoëfficient k k Al2O3 Brekingsindex n 8 0 Optische constanten: 8 40 n 6 -10  Brekingsindex: n 30 6 Halfgeleider: TiO2 4 -20 n Extinctiecoëfficient: k 20 4 k 2 -30 10 2 Metallisch: k TiN 0 -40 0 750 nm zichtbaar licht 400 nm Golflengte (nm) Optische constanten geven inzicht in materiaaleigenschappen!
  • Optische constanten 18 / 21 12 12 10 10 Transparant: Extinctiecoëfficient k k Al2O3 Brekingsindex n 8 8 n 6 6 Halfgeleider: TiO2 4 n 4 2 2 Metallisch: k TiN 0 0 750 nm zichtbaar licht 400 nm Golflengte (nm) Optische constanten geven inzicht in materiaaleigenschappen!
  • Optische constanten 19 / 21 12 12 10 10 Transparant: Extinctiecoëfficient k k Al2O3 Brekingsindex n 8 8 n 6 6 Halfgeleider: TiO2 4 4 2 2 Metallisch: TiN 0 0 750 nm zichtbaar licht 400 nm Golflengte (nm) Optische constanten geven inzicht in materiaaleigenschappen!
  • Optische constanten 20 / 21 12 20 60 12 10 n 50 10 Transparant: Extinctiecoëfficient k k Al2O3 Brekingsindex n 8 0 40 8 n 6 -10 30 6 Halfgeleider: TiO2 4 -20 n 20 4 k 2 -30 10 2 Metallisch: k TiN 0 -40 0 750 nm zichtbaar licht 400 nm Golflengte (nm) Optische constanten geven inzicht in materiaaleigenschappen!
  • Nanoscience!! 21 / 21 Onderdeel: Gecontroleerde groei van nanometer lagen • Waarom is dat nodig? - Snellere computers, efficiëntere zonnecellen, slimmere auto’s • Hoe doe je dat? - Groeimethode: atomaire laagdepositie (ALD) • Hoe weet je dat het werkt? - Meten = Weten: extreem gevoelige diagnostieken 1950 1970 2005 2010 2020 ?