All elektronik byggs upp av miljontals nanometersmå transistorer som kopplas samman med väldigt tunna metallfilmer. Nu har forskare vid Linköpings universitet tagit fram en ny metod för att skapa dessa metallfilmer.

Den nya metoden utgår från CVD-metoden, chemical vapor deposition, där tunna filmer eller ytbeläggningar av olika material skapas genom att låta ångor av källmolekyler, innehållande de atomer som behövs för materialet, reagera kemiskt med varandra och med ytan i en vakuumkammare. Flera processteg med olika former av CVD används för att bygga upp all modern elektronik.

CVD av elektriskt isolerande och halvledande filmer är väl utforskat, men elektriskt ledande filmer av rena metaller är fortfarande en utmaning. Problemet med att skapa en metallfilm i CVD är att metallatomerna saknar elektroner i källmolekylerna – de är formellt positiva joner. För att skapa en metallfilm måste därför  en annan molekyl tillföra elektroner.

Detta kallas för att reducera metallen och är väldigt lätt att göra för ädla metaller som guld, men väldigt svårt för oädla metaller som järn.

– Vi har uppfunnit en modifierad CVD-process. Vi vet att ett plasma, det vill säga en joniserad gas, innehåller väldigt många fria elektroner. Det fick oss att undra om det går att få plasmaelektroner att reagera på en yta så att de reducerar oädla metaller. Jag och min doktorand Hama Nadhom testade om plasmaelektroner kan användas för att göra tunna filmer av järn, vilket de kunde, säger Henrik Pedersen, professor i oorganisk kemi vid Institutionen för fysik, kemi och biologi på Linköpings universitet.

Metallfilmerna skapas i en vakuumkammare med en plasmakälla. Järninnehållande molekyler släpps in och adsorberar till den yta där man vill ha filmen. Sedan attraheras plasmaelektronerna till ytan genom att lägga en positiv potential över den. När elektronerna från plasmat reagerar med molekylerna på ytan bildas metallfilmen.

Ett vanligt sätt att framställa de tunna metallfilmerna för elektronik är genom flera processteg, omväxlande i vakuumkammare och i vätskebad där metallen deponeras med elektroplätering.

– Med vår nya CVD-metod, som kan ses som en torr elektroplätering, skulle man slippa  gå mellan vakuum och vatten i processen. Allt skulle kunna  göras i vakuumkammaren, vilket skulle förenkla elektroniktillverkningen, säger Henrik Pedersen.

Henrik Pedersen ser flera fördelar med den nya metoden.

– Vi är inte begränsade till ädla metaller, som man ofta annars är när man gör väldigt tunna metallfilmer med olika CVD-metoder. Ett av våra mål är att kunna belägga mycket komplexa topografiska strukturer, som hål och diken på nanonivå, och det tror vi oss kunna göra med vår uppfinning.

På sikt kan metoden resultera i att nya material och metaller börjar användas inom elektronikindustrin.

Henrik Pedersen och Hama Nadhom har ansökt om patent på metoden och samarbetar med det Linköpingsbaserade företaget Ionautics för att kommersialisera och utveckla metoden ytterligare.

– Det här är inte bara en spännande akademisk idé, utan det är något som ska komma ut på marknaden och därmed komma industrin till gagn, avslutar Henrik Pedersen.