Die Atomlagenabscheidung ist ein chemischer Prozess, der bei der Herstellung von Mikroprozessoren, optischen Filmen und anderen synthetischen und organischen Dünnfilmen für Sensoren, medizinische Geräte und fortschrittliche Elektronik verwendet wird, bei dem eine Materialschicht mit einer Dicke von nur wenigen Atomen präzise auf ein Substrat aufgebracht wird . Es gibt mehrere Ansätze und Methoden zur Abscheidung atomarer Schichten, und sie ist zu einem wesentlichen Merkmal der Nanotechnologieforschung und der materialwissenschaftlichen Forschung in der Elektrotechnik, Energie und medizinischen Anwendungen geworden. Das Verfahren beinhaltet oft Atomschicht-Epitaxie oder Molekularschicht-Epitaxie, bei der eine sehr dünne Schicht einer kristallinen Substanz in Form einer Metall- oder Halbleiter-Siliziumverbindung auf die Oberfläche einer dickeren Schicht eines ähnlichen Materials aufgebracht wird.
Die Dünnschichtabscheidung ist ein Bereich der Produktforschung und -produktion, der aufgrund der feinen Kontrolle, die ausgeübt werden muss, um nützliche Geräte und Materialien herzustellen, das Fachwissen mehrerer wissenschaftlicher Disziplinen erfordert. Es beinhaltet oft Forschung und Entwicklung in Physik, Chemie und verschiedenen Ingenieurwissenschaften vom Maschinenbau bis zum Chemieingenieurwesen. Die chemische Forschung bestimmt, wie chemische Prozesse auf atomarer und molekularer Ebene ablaufen und was die selbstlimitierenden Faktoren für das Wachstum von Kristallen und Metalloxiden sind, damit durch Atomlagenabscheidung Schichten mit einheitlichen Eigenschaften entstehen können. Chemische Reaktionskammern für die Atomlagenabscheidung können Abscheidungsraten von 1.1 Angström oder 0.11 Nanometer Material pro Reaktionszyklus erzeugen, indem die Menge verschiedener Reaktionschemikalien und die Temperatur der Kammer gesteuert werden. Übliche Chemikalien, die in solchen Prozessen verwendet werden, umfassen Siliziumdioxid, SiO2; Magnesiumoxid, MgO; und Tantalnitrid, TaN.
Eine ähnliche Form der Dünnfilm-Abscheidungstechnik wird verwendet, um organische Filme zu züchten, die normalerweise mit Fragmenten organischer Moleküle, wie beispielsweise verschiedenen Arten von Polymeren, beginnen. Hybridmaterialien können auch unter Verwendung organischer und anorganischer Chemikalien zur Verwendung in Produkten wie Stents hergestellt werden, die in menschliche Blutgefäße platziert und mit Medikamenten mit zeitlich begrenzter Freisetzung zur Bekämpfung von Herzerkrankungen beschichtet werden können. Alberta-Forscher am National Institute of Nanotechnology in Kanada haben seit 2011 eine ähnliche dünne Filmschicht mit einem traditionellen Edelstahl-Stent erzeugt, um kollabierte Arterien zu stützen. Der Edelstahl-Stent ist mit einer dünnen Schicht aus Quarzglas beschichtet, die als Substrat, an das Zucker-Kohlenhydrat-Material gebunden werden soll, das ungefähr 60 Atomschichten dick ist. Das Kohlenhydrat interagiert dann auf positive Weise mit dem Immunsystem, um zu verhindern, dass der Körper eine Abstoßungsreaktion auf das Vorhandensein des Stahlstents in der Arterie entwickelt.
Es gibt Hunderte von chemischen Verbindungen, die bei der Atomlagenabscheidung verwendet werden, und sie dienen zahlreichen Zwecken. Eine der am meisten erforschten seit 2011 ist die Entwicklung dielektrischer High-k-Materialien in der Industrie für integrierte Schaltkreise. Da Transistoren immer kleiner werden, bis unter die 10-Nanometer-Größe, macht ein als Quantentunneln bekannter Prozess, bei dem elektrische Ladungen über isolierende Barrieren lecken, die traditionelle Verwendung von Siliziumdioxid für Transistoren unpraktisch. Die dielektrischen High-k-Materialfilme, die bei der Atomlagenabscheidung als Ersatz getestet werden, umfassen Zirkoniumdioxid, ZnO2; Hafniumdioxid, HfO2; und Aluminiumoxid, Al2O3, da diese Materialien eine viel bessere Tunnelbeständigkeit aufweisen.