Tunna filmer spelar en nyckelroll i produktionen av elektronik. De kan odlas direkt på en substratyta genom processen för kemisk ångavsättning (CVD), som involverar en reaktion av ångfasprekursorföreningar. Baserat på in situ Raman -spektroskopi under simulerad CVD i en anpassad reaktor, sönderdelningen av en volframkarbonitridprekursor undersöktes under realistiska förhållanden. I European Journal of Anorganic Chemistry , forskare har föreslagit en sönderdelningsmekanism.

En av de stora fördelarna med CVD framför fysiska tekniker är dess överensstämmande filmtillväxt, som möjliggör enhetlig täckning av komplexa tredimensionella ytor, inklusive extremt fina strukturer på skivor. Sådan konform filmtillväxt behövs för framställning av diffusionsbarriärer för kopparmetalliserade integrerade kretsar. Kopparatomer från ledande spår tenderar att diffundera in i det omgivande kislet eller kiseldioxiden, förändring av de elektriska egenskaperna och så småningom orsaka fel på mikroelektroniska komponenter. Medan nuvarande diffusionsbarriärer består av tantal/tantal nitrid dubbelskikt applicerade genom fysisk ångavsättning, alternativa material som tillämpas av CVD har övervägts. Volframkarbonitrid (WNxCy) är en lovande kandidat på grund av dess låga resistivitet, lämplig termisk och mekanisk stabilitet, och minimal kemisk reaktivitet med andra material som används i integrerade kretsar.

För att upprätta en lämplig CVD-process, prekursorföreningens beskaffenhet är väsentlig. Dess fysikaliska och kemiska egenskaper och mekanismerna för dess sönderdelningsvägar är kritiska för att kontrollera avsättningen och egenskaperna hos det deponerade materialet. "Tyvärr, den stora majoriteten av sönderdelningskarakterisering sker med hjälp av tekniker som inte fångar CVD -förhållanden, "säger Lisa McElwee-White. Arbetar med sitt team vid University of Florida (Gainesville, USA), hon kunde övervinna dessa begränsningar genom att simulera CVD -processen i en speciell, skräddarsydd reaktor. Denna reaktor är utrustad med en Raman -spektrometer, möjliggör observation av gasfasreaktionsprodukter in situ. Ramans spektroskopi förlitar sig på förändringar av molekylernas vibrations- och rotationssätt. Som en prekursorförening, forskarna valde volframimidokomplexet Cl ₄ (CH ₃ CN) WNiPr, en känd föregångare för den aerosolassisterade (AA) CVD av tunna filmer av volframkarbonitrid.

Baserat på de observerade mellanprodukterna i kombination med resultaten från tidigare beräkningsmässiga och ex situ analytiska data, forskarna kunde föreslå en trolig sönderdelningsmekanism för föregångaren de studerade. Den innehåller en reaktion som kallas σ-bindningsmetates mellan föregångaren W-Cl-bindning och H2. Denna reaktion är vanligtvis ogynnsam vid konventionella organometalliska reaktionsbetingelser. "Att denna reaktion inträffar kan bero på de höga temperaturerna och speciella förhållandena i vår CVD -reaktor, "säger McElwee-White. Ett annat steg är homolys av prekursorns imidobindning vid N (imido) -C-positionen. Detta steg är också en högenergireaktion som kräver höga temperaturer." Våra resultat kan förklara den begränsande avsättningstemperaturen som observerats för tillväxt av WNxCy från imidokomplex. "