La deposizione dello strato atomico è un processo chimico utilizzato nella produzione di microprocessori, film ottici e altri film sottili sintetici e organici per sensori, dispositivi medici ed elettronica avanzata in cui uno strato di materiale di pochi atomi di spessore viene depositato con precisione su un substrato . Esistono diversi approcci e metodi per depositare strati atomici ed è diventata una caratteristica essenziale della ricerca sulle nanotecnologie e della ricerca scientifica dei materiali nell’ingegneria elettrica, nell’energia e nelle applicazioni mediche. Il processo spesso coinvolge l’epitassia dello strato atomico o l’epitassia dello strato molecolare, in cui uno strato molto sottile di sostanza cristallina sotto forma di un composto metallico o di silicio semiconduttore è attaccato alla superficie di uno strato più spesso di materiale simile.
La deposizione di film sottili è un’area di ricerca e produzione di prodotti che richiede l’esperienza di diverse discipline scientifiche a causa del sottile livello di controllo che deve essere esercitato per produrre dispositivi e materiali utili. Spesso coinvolge ricerca e sviluppo in fisica, chimica e vari tipi di ingegneria dall’ingegneria meccanica a quella chimica. La ricerca in chimica determina come avvengono i processi chimici a livello atomico e molecolare e quali sono i fattori autolimitanti per la crescita di cristalli e ossidi metallici, in modo che la deposizione di strati atomici possa produrre costantemente strati con caratteristiche uniformi. Le camere di reazione chimica per la deposizione di strati atomici possono produrre velocità di deposizione di 1.1 angstrom o 0.11 nanometri di materiale per ciclo di reazione, controllando la quantità di vari reagenti chimici e la temperatura della camera. Le sostanze chimiche comuni utilizzate in tali processi includono il biossido di silicio, SiO2; ossido di magnesio, MgO; e nitruro di tantalio, TaN.
Una forma simile di tecnica di deposizione di film sottili viene utilizzata per coltivare film organici, che di solito inizia con frammenti di molecole organiche come vari tipi di polimeri. I materiali ibridi possono anche essere prodotti utilizzando sostanze chimiche organiche e inorganiche da utilizzare in prodotti come stent che possono essere posizionati nei vasi sanguigni umani e rivestiti con farmaci a rilascio prolungato per combattere le malattie cardiache. I ricercatori dell’Alberta presso il National Institute of Nanotechnology in Canada hanno creato uno strato di film sottile simile con uno stent tradizionale in acciaio inossidabile per sostenere le arterie collassate aperte a partire dal 2011. Lo stent in acciaio inossidabile è rivestito con un sottile strato di silice di vetro che viene utilizzato come substrato al quale legare materiale zuccherino carboidrato dello spessore di circa 60 strati atomici. Il carboidrato interagisce quindi con il sistema immunitario in modo positivo per impedire all’organismo di sviluppare una risposta di rigetto alla presenza dello stent in acciaio nell’arteria.
Esistono centinaia di composti chimici utilizzati nella deposizione di strati atomici e servono a numerosi scopi. Uno dei più ampiamente studiati a partire dal 2011 è lo sviluppo di materiali dielettrici ad alto k nell’industria dei circuiti integrati. Man mano che i transistor diventano sempre più piccoli, al di sotto della dimensione di 10 nanometri, un processo noto come tunneling quantistico in cui le cariche elettriche perdono attraverso le barriere isolanti rende impraticabile l’uso tradizionale del biossido di silicio per i transistor. Film di materiale dielettrico ad alto k in fase di test nella deposizione di strati atomici in quanto sostituti includono biossido di zirconio, ZnO2; biossido di afnio, HfO2; e ossido di alluminio, Al2O3, poiché questi materiali dimostrano una resistenza molto migliore al tunneling.