Le dépôt de couche atomique est un processus chimique utilisé dans la fabrication de microprocesseurs, de films optiques et d’autres films minces synthétiques et organiques pour les capteurs, les dispositifs médicaux et l’électronique de pointe où une couche de matériau de quelques atomes d’épaisseur seulement est déposée avec précision sur un substrat. . Il existe plusieurs approches et méthodes pour déposer des couches atomiques, et c’est devenu une caractéristique essentielle de la recherche en nanotechnologie et de la recherche en science des matériaux dans le génie électrique, l’énergie et les applications médicales. Le processus implique souvent une épitaxie de couche atomique ou une épitaxie de couche moléculaire, où une très fine couche de substance cristalline sous la forme d’un métal ou d’un composé de silicium semi-conducteur est fixée à la surface d’une couche plus épaisse d’un matériau similaire.
Le dépôt de couches minces est un domaine de recherche et de production de produits qui nécessite l’expertise de plusieurs disciplines scientifiques en raison de la fine couche de contrôle qui doit être exercée pour produire des dispositifs et des matériaux utiles. Il implique souvent la recherche et le développement en physique, en chimie et dans divers types d’ingénierie, du génie mécanique au génie chimique. La recherche en chimie détermine comment les processus chimiques se déroulent aux niveaux atomique et moléculaire et quels sont les facteurs auto-limitants pour la croissance des cristaux et des oxydes métalliques, de sorte que le dépôt de couche atomique puisse produire de manière cohérente des couches aux caractéristiques uniformes. Les chambres de réaction chimique pour le dépôt de couche atomique peuvent produire des taux de dépôt de 1.1 angström, ou 0.11 nanomètre de matériau par cycle de réaction, en contrôlant la quantité de divers réactifs chimiques et la température de la chambre. Les produits chimiques courants utilisés dans de tels procédés comprennent le dioxyde de silicium, SiO2; oxyde de magnésium, MgO; et le nitrure de tantale, TaN.
Une forme similaire de technique de dépôt de film mince est utilisée pour faire croître des films organiques, qui commencent généralement par des fragments de molécules organiques tels que divers types de polymères. Des matériaux hybrides peuvent également être produits à l’aide de produits chimiques organiques et inorganiques pour être utilisés dans des produits tels que des stents qui peuvent être placés dans les vaisseaux sanguins humains et recouverts de médicaments à libération prolongée pour lutter contre les maladies cardiaques. Des chercheurs albertains de l’Institut national de nanotechnologie au Canada ont créé une couche mince similaire avec un stent traditionnel en acier inoxydable pour soutenir les artères effondrées ouvertes à partir de 2011. Le stent en acier inoxydable est recouvert d’une fine couche de silice de verre qui est utilisée comme un substrat auquel se lier le matériau d’hydrate de carbone de sucre qui est d’environ 60 couches atomiques d’épaisseur. L’hydrate de carbone interagit alors avec le système immunitaire d’une manière positive pour empêcher le corps de développer une réponse de rejet à la présence du stent en acier dans l’artère.
Il existe des centaines de composés chimiques utilisés dans le dépôt de couche atomique et ils servent à de nombreuses fins. L’un des plus étudiés en 2011 est le développement de matériaux diélectriques à k élevé dans l’industrie des circuits intégrés. Au fur et à mesure que les transistors deviennent de plus en plus petits, en dessous de la taille de 10 nanomètres, un processus connu sous le nom de tunnel quantique où les charges électriques fuient à travers des barrières isolantes rend l’utilisation traditionnelle du dioxyde de silicium pour les transistors peu pratique. Les films de matériau diélectrique à k élevé testés dans le dépôt de couche atomique en remplacement comprennent le dioxyde de zirconium, ZnO2; dioxyde d’hafnium, HfO2; et l’oxyde d’aluminium, Al2O3, car ces matériaux présentent une bien meilleure résistance à l’effet tunnel.