يمكن استخدام إلكترونات البلازما لإنتاج أغشية معدنية

Plasma electrons can be used to produce metallic films

تاريخ :  7 مايو 2020

مصدر: جامعة لينشوبينغ

ملخص:

تحتوي أجهزة الكمبيوتر والهواتف المحمولة وجميع الأجهزة الإلكترونية الأخرى على آلاف الترانزستورات ، مرتبطة ببعضها البعض بواسطة أغشية معدنية رقيقة. طور العلماء طريقة يمكنها استخدام الإلكترونات في البلازما لإنتاج هذه الأغشية.

 

تحتوي أجهزة الكمبيوتر والهواتف المحمولة وجميع الأجهزة الإلكترونية الأخرى على آلاف الترانزستورات ، مرتبطة ببعضها البعض بواسطة أغشية معدنية رقيقة. طور العلماء في جامعة لينشوبينغ ، السويد ، طريقة يمكنها استخدام الإلكترونات في البلازما لإنتاج هذه الأغشية.

 

تتكون المعالجات المستخدمة في أجهزة الكمبيوتر والهواتف الحالية من مليارات الترانزستورات الصغيرة المتصلة بأغشية معدنية رقيقة. لقد أظهر العلماء في جامعة لينشوبينغ ، الآن أنه من الممكن إنشاء أغشية رقيقة من المعادن عن طريق السماح للإلكترونات الحرة في البلازما بدور نشط. تتكون البلازما عندما يتم توفير الطاقة التي تسحب الإلكترونات من الذرات والجزيئات في الغاز ، لإنتاج غاز مؤين.

في حياتنا اليومية ، يتم استخدام البلازما في مصابيح الفلورسنت وفي شاشات البلازما. تم وصف الطريقة التي طورها باحثو LiU باستخدام إلكترونات البلازما لإنتاج أغشية معدنية في مقال في مجلة علوم وتكنولوجيا الفراغ Vacuum Science & Technology.

 

يقول هنريك بيدرسن ، أستاذ الكيمياء غير العضوية في قسم الفيزياء والكيمياء وعلم الأحياء في جامعة لينشوبينغ ،

من الطرق الشائعة لإنشاء الأغشية الرقيقة إدخال الأبخرة الجزيئية التي تحتوي على الذرات المطلوبة للأغشية في غرفة مفرغة. هناك تتفاغل الجزيئات مع بعضها البعض والسطح الذي سيتم تشكيل الغشاء الرقيق عليه. تُعرف هذه الطريقة الراسخة باسم ترسيب البخار الكيميائي (CVD) من أجل إنتاج اغشية من المعدن النقي بواسطة CVD ، يلزم وجود جزيء متطاير يحتوي على المعدن المعني. عندما يتم امتصاص الجزيئات على السطح ، تكون التفاعلات الكيميائية السطحية التي تشتمل على جزيء آخر مطلوبة لإنشاء طبقة معدنية. تتطلب هذه التفاعلات جزيئات تتبرع بسهولة بالإلكترونات إلى أيونات المعادن في جزيئات السلائف ، بحيث يتم اختزالها إلى ذرات معدنية ، فيما يعرف بـ "تفاعل الاختزال". وبدلاً من ذلك ، حوّل علماء LiU انتباههم إلى البلازما.

 

"لقد استنتجنا أن ما تحتاجه تفاعلات كيمياء السطح هو الإلكترونات الحرة ، وهذه متوفرة في البلازما. بدأنا في تجربة السماح لجزيئات السلائف والأيونات المعدنية بالهبوط على سطح ثم جذب الإلكترونات من البلازما إلى السطح يقول هنريك بيدرسن.

 

تعاون الباحثون في الكيمياء غير العضوية وفيزياء البلازما في IFM وأثبتوا أنه من الممكن إنشاء أغشية معدنية رقيقة على سطح باستخدام الإلكترونات الحرة في تفريغ بلازما الأرجون لتفاعلات الاختزال. من أجل جذب الإلكترونات ذات الشحنة السالبة إلى السطح ، طبقوا إمكانات إيجابية عبرها.

 

تصف الدراسة العمل مع المعادن غير النبيلة مثل الحديد والكوبالت والنيكل ، والتي يصعب اختزالها إلى المعادن. من الصعب تصنيع عوامل الاختزال هذه وإدارتها والسيطرة عليها ، لأن ميلها للتبرع بالإلكترونات لجزيئات أخرى يجعلها شديدة التفاعل وغير مستقرة. في الوقت نفسه ، يجب أن تكون الجزيئات مستقرة بما فيه الكفاية لتبخرها وإدخالها في شكل غاز في غرفة الفراغ التي يتم فيها ترسيب الأغشية المعدنية.

 

"ما قد يجعل الطريقة التي تستخدم إلكترونات البلازما أفضل هو أنها تزيل الحاجة إلى تطوير وإدارة عوامل الاختزال غير المستقرة. ويعيق تطوير الأمراض القلبية الوعائية للمعادن غير النبيلة بسبب نقص عوامل الاختزال الجزيئي المناسبة التي تعمل بشكل جيد بما فيه الكفاية". يقول هنريك بيدرسن.

 

يواصل العلماء الآن القياسات التي ستساعدهم على فهم كيفية حدوث التفاعلات الكيميائية على السطح حيث تتكون الأغشية المعدنية. كما أنهم يبحثون في الخصائص المثلى للبلازما. كما أنهم يرغبون في اختبار جزيئات السلائف المختلفة للعثور على طرق لجعل الأغشية المعدنية أنقى.

 

حصل البحث على دعم مالي من مجلس البحوث السويدي ، وتم تنفيذه بالتعاون مع دانيال لوندين ، الأستاذ الضيف في IFM .

 

 

المصادر

•  Materials provided by Linköping University. Note: Content may be edited for style and length.
• Hama Nadhom, Daniel Lundin, Polla Rouf, Henrik Pedersen. Chemical vapor deposition of metallic films using plasma electrons as reducing agents. Journal of Vacuum Science & Technology A, 2020; 38 (3): 033402 DOI: 10.1116/1.5142850

 

 

اعداد

:

علي ثاير النعيمي

Instagram

Facebook