Kemiska ingenjörer på EPFL har utvecklat en ny metod för avlagring av atomlager, en teknik som vanligtvis används inom mikroelektronik av hög kvalitet. Den nya metoden kan användas i material med större ytor mycket billigare än nuvarande metoder, samtidigt som kvalitet och effektivitet bevaras.

Atomic layer deposition (ALD) innebär att stapla lager av atomer ovanpå varandra som pannkakor. Atomerna kommer från ett förångat material som kallas en föregångare. ASD är en väletablerad teknik för tillverkning av mikroelektronik som halvledare och magnethuvuden för ljudinspelning, samt sensorer för bioingenjör och diagnostik.

Dock, att använda ALD för att deponera lager på större ytor har varit en kamp, särskilt när det gäller tillverkning av material som måste hållas till låg kostnad, t.ex. katalysatorer och solceller.

"Stickpunkten är inte nödvändigtvis att göra rätt material utan att göra det billigt, "förklarar professor Jeremy Luterbacher, chef för EPFL:s laboratorium för hållbar och katalytisk bearbetning (LPDC). "Att belägga större ytor med gasfasmetoder kräver långa deponeringstider, och enorma överskott av föregångare, som båda ökar kostnaderna, "tillägger Benjamin Le Monnier, doktorand student som utfört det mesta av forskningen.

Nu, LPDC har utvecklat en lösning. Använda ALD i en flytande fas, forskarna kan producera material som inte kan skiljas från de som tillverkas i gasfasen, med mycket billigare utrustning och inga överskott av prekursorer.

Större precision sänker kostnaderna

Forskarna uppnådde detta genombrott genom att noggrant mäta förhållandet mellan de reagerande prekursorerna innan de injicerades på ytan av ett substrat. Den här vägen, de använde exakt rätt mängd föregångare, utan rester som kan orsaka oönskade reaktioner eller slösas bort.

Den nya metoden minskar också kostnaderna genom att endast standardlaboratorium krävs för kemisk syntes. Det kan också enkelt skalas upp för att belägga mer än 150 g material med samma billiga utrustning, utan förlust av beläggningskvalitet. Tekniken kan till och med uppnå beläggningar som inte är möjliga med hjälp av gasfas ALD, t.ex. genom att använda icke-flyktiga prekursorer.

"Vi tror att denna teknik kan kraftigt demokratisera användningen av ALD på katalysatorer och andra material med hög ytarea, säger Luterbacher.