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장문형 박사는 가정용 가습기가 어떻게 작동하는지 관찰하던 중 초음파 원자화 기술을 이용해 원자층증착에 사용되는 화학물질을 증발시키는 아이디어를 얻었고, 레이 박사와 협력해 장치를 개발하고 테스트했다.

거의 실온에서 기판 재료에 코팅으로 원자의 얇은 층을 증착하는 새로운 방법이 University of Alabama System의 일부인 University of Alabama in Huntsville(UAH)에서 발명되었습니다.

UAH 박사후 연구원 장문형 박사는 가정용 가습기를 쇼핑하던 중 초음파 원자화 기술을 사용하여 원자층 증착(ALD)에 사용되는 화학 물질을 증발시키는 아이디어를 얻었습니다.

이 발명품은 Yu Lei 박사의 UAH 연구실에서 만들어지고 테스트되었으며 그는 이것이 많은 ALD 프로세스에 대한 새로운 창을 열 것이라고 말했습니다.

장 박사는 화학공학과 부교수인 Yu Lei 박사의 연구실에서 근무하고 있습니다. 두 사람은 Journal of Vacuum Science & Technology A에서 편집자의 선택으로 선정된 자신의 발명품에 대한 논문을 발표했습니다.

"ALD는 중앙 처리 장치, 메모리 및 하드 드라이브와 같은 품목을 생산하는 마이크로 전자공학 제조에서 중요한 역할을 하는 3차원 박막 증착 기술입니다."라고 Lei 박사는 말합니다.

각 ALD 사이클은 몇 원자 깊이의 층을 증착합니다. ALD 공정은 증착 사이클을 수백 또는 수천 번 반복합니다. 박막의 균일성은 화학 전구체 증기와 기판 사이의 표면 자체 제한 반응에 따라 달라집니다.

"ALD는 대량 제조를 위해 대형 실리콘 웨이퍼에 재료를 균일하게 증착하는 동시에 나노미터 기능에 대한 뛰어난 제어 기능을 제공합니다."라고 Lei 박사는 말합니다. "강력하고 작은 스마트기기를 만드는 핵심기술이다."

안전하고 사용하기 쉬운 가정용 가습기를 온라인으로 검색하던 중, 장 박사는 시중에 판매되는 가습기가 물안개를 생성하기 위해 고온에서 직접 가열하거나 상온에서 초음파 분무기 진동을 사용하는 것을 발견했습니다.

"Moon은 갑자기 후자가 열적으로 불안정한 반응성 화학물질에 대한 증기를 생성하는 안전하고 간단한 방법이 될 수 있다는 것을 깨달았습니다"라고 Lei 박사는 말합니다.

"다음 날 문씨가 아이디어를 논의하러 왔고 우리는 연구실에서 개념을 증명하기 위한 실험을 설계했습니다. 모든 과정은 거의 1년이 걸렸습니다. 그런데 좋은 아이디어가 문득 문득 떠올랐습니다."

ALD 공정은 일반적으로 열을 사용하여 물을 기화시키는 실내 가습기와 유사하게 고체 또는 액체 형태에서 증발되는 가열된 기체상 분자에 의존합니다. 그러나 ALD 공정에서 일부 화학 전구체는 안정적이지 않으며 ALD에 충분한 증기압에 도달하기 전에 분해될 ​​수 있습니다.

"과거에는 많은 반응성 화학물질이 증기압이 낮고 열적으로 불안정하기 때문에 ALD에 적합하지 않은 것으로 간주되었습니다"라고 Lei 박사는 말했습니다. "우리의 연구에 따르면 초음파 분무기 기술을 사용하면 실온만큼 낮은 온도에서도 반응성 화학물질을 증발시킬 수 있다는 사실이 밝혀졌습니다."

UAH 과학자들의 초음파 발명을 통해 열적으로 불안정하고 직접 가열에 적합하지 않은 광범위한 반응성 화학물질을 사용할 수 있게 되었습니다.

"우리 연구 그룹이 개발한 초음파 원자화는 모듈의 초음파 진동을 통해 전구체의 증발이 이루어졌기 때문에 낮은 증기압 전구체를 공급합니다."라고 Lei 박사는 말합니다.

"가정용 가습기와 마찬가지로 초음파 분무는 포화 증기와 미세한 크기의 물방울로 구성된 안개를 생성합니다"라고 그는 말합니다. "미스트가 운반 가스에 의해 기판에 전달될 때 마이크로 크기의 물방울이 지속적으로 증발합니다."

이 공정에서는 액체 화학 전구체에 배치된 압전 초음파 변환기를 사용합니다. 일단 시작되면 변환기는 초당 수십만 번 진동하기 시작하고 화학 전구체의 안개를 생성합니다. 미스트 내의 작은 액체 방울은 진공 및 온화한 열처리를 통해 가스 매니폴드에서 빠르게 증발되어 증착 재료의 균일한 코팅이 남습니다.