Разработан новый метод напыления ионов металла

В современных кремниевых схемах используются металлические соединения, которые наносятся методом напыления ионов металла. В космосе также используются ионы металлов для создания ионных двигателей. В обеих этих технологиях используются ионы для выполнения ключевых задач. И, чтобы улучшить эти технологии, учёные из U.S. Department of Energy Lawrence Berkley National Laboratory (LBNL) разработали улучшенный метод получения большого количества ионов металла, который позволит значительно улучшить электрические микросхемы и позволит применять ионы металлов в других областях.

Производство ионов в полупроводниковой индустрии опирается на технологию, называемую напыление (sputtering). Обычное напыление использует благородные газы, такие как аргон, которые разогреваются до плазменного состояния и с помощью магнитного поля используются для извлечения ионов металла из источника и переноса их к необходимой цели. Плазма в этом процессе выбивает ионы металла из источника, что создаёт поток ионов металла, направленных к цели.

В 1990 году был разработан метод High Power Impulse Magnetron Sputtering (HIPIMS), предназначенный для улучшения обычного напыления. В нём используются более мощные магниты и это позволяет некоторым ионам металла возвращаться к источнику и выбивать новые ионы, что создаёт цепную реакцию. Но главным ограничением этой технологии – являются большие затраты энергии, необходимые для работы магнитов, в полупроводниковой промышленности можно использовать магниты мощностью до 1 кВт, иначе процесс становится очень дорогим.

В новой разработке LBNL использются электрические импульсы, вместо постоянного напряжения, и в них не используется газ для запуска процесса ионизации. Сначала в этом процессе атом металла ионизируется и отделяется от источника, затем он возвращается и запускает цепной процесс ионизации, что позволяет создать поток ионов, без необходимости использования плазмы. Для питания этого процесса используются источники электричества пиковой мощностью 500 кВт – но, при этом, это максимальная мощность и она используется импульсами, а не постоянно.

Уменьшение технологий производства полупроводников приводит к тому, что уменьшаются и размеры соединяющих их проводников, но традиционная технология напыления оставляет регулярные пустые пространства, которые при уменьшении масштабов производства могут приводить к потере контакта. Новая же технология оставляет значительно меньше пустого пространства, что позволяет напылять проводники с отличными электрическими свойствами.

Другим возможным применением этой технологии являются ионные двигатели космических кораблей. Обычные жидкостные двигатели используют большое количество топлива, которое увеличивает стоимость запусков, тогда как ионные двигатели гораздо меньше и позволят удешевить запуски космических аппаратов и позволят увеличить массу полезной нагрузки, выводимой ракетами в космос. При этом этот метод прекрасно работает в вакууме, что позволит без проблем его использовать в космосе.

Ещё одним применением этой технологии может быть напыление ниобия – металла, который мало поддаётся этому процессу. Воплощение этого процесса в жизнь позволит создавать сверхпроводники, работающие при обычной температуре.