NO343742B1 - Process for the preparation of thin film by gas phase deposition technique - Google Patents

Process for the preparation of thin film by gas phase deposition technique Download PDF

Info

Publication number
NO343742B1
NO343742B1 NO20073885A NO20073885A NO343742B1 NO 343742 B1 NO343742 B1 NO 343742B1 NO 20073885 A NO20073885 A NO 20073885A NO 20073885 A NO20073885 A NO 20073885A NO 343742 B1 NO343742 B1 NO 343742B1
Authority
NO
Norway
Prior art keywords
organic
inorganic
precursor
materials
films
Prior art date
Application number
NO20073885A
Other languages
Norwegian (no)
Other versions
NO20073885L (en
Inventor
Helmer Fjellvåg
Ola Nilsen
Original Assignee
Univ Oslo
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from NO20045674A external-priority patent/NO20045674D0/en
Application filed by Univ Oslo filed Critical Univ Oslo
Priority to NO20073885A priority Critical patent/NO343742B1/en
Publication of NO20073885L publication Critical patent/NO20073885L/en
Publication of NO343742B1 publication Critical patent/NO343742B1/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05DPROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D1/00Processes for applying liquids or other fluent materials
    • B05D1/36Successively applying liquids or other fluent materials, e.g. without intermediate treatment
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05DPROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D1/00Processes for applying liquids or other fluent materials
    • B05D1/60Deposition of organic layers from vapour phase
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05DPROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D5/00Processes for applying liquids or other fluent materials to surfaces to obtain special surface effects, finishes or structures
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525Atomic layer deposition [ALD]
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45553Atomic layer deposition [ALD] characterized by the use of precursors specially adapted for ALD
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45555Atomic layer deposition [ALD] applied in non-semiconductor technology
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02Epitaxial-layer growth
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10Inorganic compounds or compositions

Description

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte for fremstilling av tynnfilm av en organisk-uorganisk natur. The present invention relates to a method for producing thin films of an organic-inorganic nature.

ALCVD = atomarsjikt kjemisk dampdeponering (atomic layer chemical vapour deposition), også kjent som ALE = atomersjikt epitaksi (atomic layer epitaxy), og ALD = atomersjikt deponering (atomic layer deposition) er en tynnfilmteknikk som kun utnytter overflatereaksjoner, og som er beskrevet i kjent teknikk, se for eksempel M. Ritala, M. Leskelä, i: H.S. Nalwa (Ed.), Handbook of Thin Film Materials, vol. I, Academic Press, San Diego, CA, 2001, s.103. ALCVD = atomic layer chemical vapor deposition, also known as ALE = atomic layer epitaxy, and ALD = atomic layer deposition is a thin film technique that only utilizes surface reactions, and which is described in known technique, see for example M. Ritala, M. Leskelä, in: H.S. Nalwa (Ed.), Handbook of Thin Film Materials, vol. I, Academic Press, San Diego, CA, 2001, p.103.

Det er nå overraskende blitt funnet at denne teknikk kan utnyttes til å konstruere hybridtynnfilm anvendende forskjellige typer av forløperer (precursors). Forløperne sendes sekvensielt som pulser inn i reaksjonskammeret hvor den reagerer med alle tilstedeværende overflater, hver puls etterfølges av en spyletid med en inert gass. På denne måten elimineres gassfasereaksjoner og film dannes av forløperenheter i den rekkefølge som de pulseres inn. Denne teknikk gjør det mulig å endre byggeenheter med et monolags oppløsning og derfor muliggjør fremstilling av kunstige strukturer av hybridfilm med forskjellige typer av organiske og uorganiske bygningselementer. It has now surprisingly been found that this technique can be utilized to construct hybrid thin films using different types of precursors. The precursors are sent sequentially as pulses into the reaction chamber where it reacts with all surfaces present, each pulse being followed by a purge time with an inert gas. In this way, gas phase reactions are eliminated and film is formed from precursor units in the order in which they are pulsed. This technique makes it possible to change building units with a monolayer resolution and therefore enables the production of artificial structures of hybrid films with different types of organic and inorganic building elements.

Et hybridmateriale er et materiale som består av både uorganiske strukturelementer. Denne klassen av materialer har nylig gått mye fokus på grunn av det faktum at det nå er mulig å syntetisere disse materialer på en mer kontrollert måte. Den organiske delen kan gi potensielle fordeler slik som god elektrisk mobilitet, båndgapavstemning, mekanisk og termisk stabilitet og interessante magnetiske eller dielektriske overganger. Videre kan den organiske delen bidra med nyttige egenskaper slik som myke mekaniske egenskaper, passende bearbeiding så vel som strukturell og funksjonell mangfold. I lys av den syntetiske fleksibiliteten til organiske materialer er dette sist nevnte settet av muligheter spesielt gripende for fantasien. Disse fordeler blir diskutert grundig i kjent teknikk for eksempel av Z. Xu, i Organic Chemistry, Vol.42, nr.6, 2003 eller D.B. Mitzi, Progress in Organic Chemistry, 48 (1999) 1-121, og D.B. Mitzi i Chemistry of Materials 13 (2001) 3283-3298. David B. Mitzi har fokusert sin oppmerksomhet på hybridmaterialer til transistormaterialer. Det er med basis i peroskitt amintypehybridmaterialer. Kjente teknikker for fremstilling av hybridmaterialer er: kofordampning (PVD), spinnbelegging, dyppebelegging. Langmuir filmvekst, vanlig CVD. Andre publikasjoner innen dette området er D.B. Mitzi et al., ”Organic-inorganic elektronics”, IBM J. Res. & Dev. Vol.45, nr.1, januar 2001, side 21-45. Her beskrives organisk-uorganiske hybridmaterialer og deres anvendelse. Anvendelsen av ALCVD teknikk for å oppnå hybridmaterialer er ikke beskrevet. A hybrid material is a material that consists of both inorganic structural elements. This class of materials has recently received much attention due to the fact that it is now possible to synthesize these materials in a more controlled manner. The organic part can provide potential advantages such as good electrical mobility, band gap tuning, mechanical and thermal stability and interesting magnetic or dielectric transitions. Furthermore, the organic part can contribute useful properties such as soft mechanical properties, suitable processing as well as structural and functional diversity. In light of the synthetic flexibility of organic materials, this latter set of possibilities is particularly arresting for the imagination. These advantages are discussed thoroughly in the prior art for example by Z. Xu, in Organic Chemistry, Vol.42, No.6, 2003 or D.B. Mitzi, Progress in Organic Chemistry, 48 (1999) 1-121, and D.B. Mitzi in Chemistry of Materials 13 (2001) 3283-3298. David B. Mitzi has focused his attention on hybrid materials for transistor materials. It is based on perovskite amine type hybrid materials. Known techniques for the production of hybrid materials are: vapor deposition (PVD), spin coating, dip coating. Langmuir film growth, conventional CVD. Other publications in this area are D.B. Mitzi et al., "Organic-inorganic electronics", IBM J. Res. & Dev. Vol.45, no.1, January 2001, pages 21-45. Organic-inorganic hybrid materials and their application are described here. The application of the ALCVD technique to obtain hybrid materials is not described.

I hybridmultisjiktfilm dannet ved selv-sammenstilling av en ordnet flytende krystallinsk rekke av molekylære kolonner på et ultratynt metallsjikt er det blitt vist at elektroner i metallet intragerer med molekylærsjiktet over, danne nye energibånd som har nye elektrontransportegenskaper. Se for eksempel A. Pecchia et al. / Microelektronic Engineering 51-52 (2000) 633-644. In hybrid multilayer films formed by self-assembly of an ordered liquid crystalline array of molecular columns on an ultra-thin metal layer, it has been shown that electrons in the metal interact with the molecular layer above, forming new energy bands that have new electron transport properties. See for example A. Pecchia et al. / Microelectronic Engineering 51-52 (2000) 633-644.

Hybridfilmer kan også ha interessante optiske egenskaper for eksempel som beskrevet for polysilan-silikahybridtynnfilmer av S. Mimura et al in Journal of Organometallic Chemistry 611 (2000) 40-44. Hybrid films can also have interesting optical properties, for example as described for polysilane-silica hybrid thin films by S. Mimura et al in Journal of Organometallic Chemistry 611 (2000) 40-44.

På grunn av det store antallet av mulige organiske og uorganiske bygningselementer som man kan forestille seg anvendt i hybridmaterialer er der et nesten ubegrenset forestillbart resultat i mulige interessante egenskaper som kan fremstilles ut fra hybridmaterialer. Noen av disse konstruksjoner kan involvere superstrukturer av forskjellig hybridmateriale og dette skulle være passende mulig å produsere ved ALCVD. Det er et håp at dette området vil være til nytte for neste generasjon av elektronikk. Motivasjonen for dette arbeidet har vært å demonstrere at hybridmaterialer kan syntetiseres på en enkel måte og med god kontroll ved ALCVD teknikken. Det demonstrerer anvendelsen av kjemiske reaksjoner for å forbinde forskjellige bygningselementer som sammen danner en hybridfilm. Due to the large number of possible organic and inorganic building blocks that can be imagined used in hybrid materials, there is an almost unlimited imaginable result in possible interesting properties that can be produced from hybrid materials. Some of these constructions may involve superstructures of different hybrid materials and this should be suitably possible to produce by ALCVD. It is hoped that this area will benefit the next generation of electronics. The motivation for this work has been to demonstrate that hybrid materials can be synthesized in a simple way and with good control by the ALCVD technique. It demonstrates the application of chemical reactions to connect different building elements that together form a hybrid film.

US 6,645,882B1 beskriver konstruksjonen av dielektrisk materiale til halvlederanordninger ved anvendelse av multisjikter av materialer med variende dielektrisitetskonstanter. Alle materialer som overveies er å anses som uorganiske materialer. Den resulterende stakk blir noen ganger refererer til som en kompositt eller et hybridmateriale siden den består av materialer fra to forskjellige undergrupper, i dette tilfellet uorganiske materialer med variende størrelse på dielektrisitetskonstanten. Det nevnte patentet dekker ikke noe emne til foreliggende oppfinnelse siden sistnevnte fokuserer på materialer som inneholder både uorganiske og organiske deler og som nevnt fokuserer patentet kun på uorganiske materialer. US 6,645,882B1 describes the construction of dielectric material for semiconductor devices using multilayers of materials with varying dielectric constants. All materials considered are to be considered inorganic materials. The resulting stack is sometimes referred to as a composite or a hybrid material since it consists of materials from two different subsets, in this case inorganic materials with varying magnitudes of dielectric constant. The aforementioned patent does not cover any subject of the present invention since the latter focuses on materials containing both inorganic and organic parts and as mentioned the patent focuses only on inorganic materials.

US 2004/0087101 A1 beskriver konstruksjonen av kondensatorer ved anvendelse av multisjikter av materialer med variende dielektrisitetskonstant. På den samme måten som for US 6,645,882B1 anvender dette patentet formuleringen kunstige hybriditere for å beskrive materialer med to forskjellige undergrupper. Også for dette patentet er begge undergrupper som vurderes rent uorganiske av natur. US 2004/0087101 A1 describes the construction of capacitors using multilayers of materials with varying dielectric constant. In the same way as for US 6,645,882B1, this patent uses the formulation artificial hybridites to describe materials with two different subgroups. Also for this patent, both subgroups that are assessed are purely inorganic in nature.

US2004/0118805A1 beskriver fremgangsmåter for etsing/fjernelse av materialet ved fremstilling av elektroniske anordninger. Teknikken anvender en kombinasjon av ionbombardering på utvalgte områder etterfulgt av en våt etseprosedyre. Denne kombinasjonen av to forskjellige etseprosedyrer for å fremstille en etseprosedyre refereres til som et hybridmaterialefjernelsesskjema. Patentet er derfor ikke av signifikant viktighet med hensyn til denne oppfinnelsen. US2004/0118805A1 describes methods for etching/removing the material in the manufacture of electronic devices. The technique uses a combination of ion bombardment on selected areas followed by a wet etching procedure. This combination of two different etching procedures to produce one etching procedure is referred to as a hybrid material removal scheme. The patent is therefore not of significant importance with regard to this invention.

ALCVD teknikk er nå for første gang blitt anvendt til å fremstille tynnfilmer av en uorganisk-organisk natur også referert til som hybridfilm. ALCVD technique has now for the first time been used to produce thin films of an inorganic-organic nature also referred to as hybrid film.

Ifølge den foreliggende oppfinnelsen tilveiebringer den en fremgangsmåte for å fremstilling av en tynnfilm med en organisk-uorganisk natur på et substrat ved gassfase deponeringsteknikk fremstilt ved ALCVD, omfattende de følgende trinn: According to the present invention, it provides a method for producing a thin film of an organic-inorganic nature on a substrate by a gas phase deposition technique produced by ALCVD, comprising the following steps:

a) å bringe substratet i kontakt med en puls av en uorganisk forløper valgt blant gruppen bestående av metallalkyler og metallhalogenider, hvor metallet er valgt blant gruppen bestående av Al, Si, Sn, Zn, Mg, Ti, Zr, V, Mn, Fe, Co, Cr og Pt; a) contacting the substrate with a pulse of an inorganic precursor selected from the group consisting of metal alkyls and metal halides, wherein the metal is selected from the group consisting of Al, Si, Sn, Zn, Mg, Ti, Zr, V, Mn, Fe , Co, Cr and Pt;

b) å reagere den uorganiske forløperen med minst en overflate til substratet; c) å fjerne ikke-reagert uorganisk forløper og reaksjonsbiprodukter hvis noen; d) å bringe overflaten til substratet i kontakt med en puls av en organisk forløper, hvor den organiske forløperen er en organisk forbindelse substituert med 2-6 substituenter valgt blant gruppen bestående av –OH, -COOH, -SH, -NH2, -SO4H, -SO3H, -PO4H og -NH3I, hvor den organiske forbindelsen er valgt blant rettkjedede eller forgrenede alkaner, cykloalkaner, alkener, monoog poly-cykliske aromatiske grupper, heterocykliske aromatiske grupper, hvor den organiske forbindelsen eventuelt kan omfatte andre substituenter enn de minst to reaktive substituentene, og hvor den organiske forløperen kan bringes på gassfase; b) reacting the inorganic precursor with at least one surface of the substrate; c) removing unreacted inorganic precursor and reaction byproducts if any; d) contacting the surface of the substrate with a pulse of an organic precursor, wherein the organic precursor is an organic compound substituted with 2-6 substituents selected from the group consisting of –OH, –COOH, –SH, –NH2, –SO4H . the reactive substituents, and where the organic precursor can be brought to gas phase;

e) å reagere den organiske forløperen med den uorganiske forbindelsen bundet til substratet for å danne et organisk uorganisk hybridsjikt; e) reacting the organic precursor with the inorganic compound bound to the substrate to form an organic inorganic hybrid layer;

f) å fjerne ikke-reagert organisk forløper og reaksjonsbiprodukter hvis noen, g) å gjenta trinn a) til f) inntil den ønskede filmtykkelsen er oppnådd. f) removing unreacted organic precursor and reaction by-products if any, g) repeating steps a) to f) until the desired film thickness is achieved.

Trinnene a) til c) og/eller d) til f) kan gjentas med uavhengige valgte forløpere før fremgangsmåten fortsetter med hhv. trinnene d) til f) eller a) til c). Steps a) to c) and/or d) to f) can be repeated with independently selected precursors before the procedure continues with respectively steps d) to f) or a) to c).

Andre foretrukne utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse er beskrevet i underkravene. Other preferred embodiments of the present invention are described in the subclaims.

Det er beskrevet en tynnfilm omfattende hybridmonosjikter omfattende en organisk del og en uorganisk del kjemisk bundet til hverandre. A thin film comprising hybrid monolayers comprising an organic part and an inorganic part chemically bonded to each other is described.

Det er også beskrevet et substrat omfattende et tynnfilmbelegg inneholdende monosjikter omfattende en organisk del og en uorganisk del kjemisk bundet til hverandre. A substrate comprising a thin film coating containing monolayers comprising an organic part and an inorganic part chemically bonded to each other is also described.

Videre er det beskrevet anvendelse av en tynnfilm fremstilt ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen eller en tynnfilm ifølge oppfinnelsen som et optisk materiale, en trykksensor, en gassensor, en temperatursensor, en magnetisk feltsensor, en elektrisk feltsensor, et piezoelektrisk materiale, et magnetisk materiale, et halvleder-materiale og som et elektrisk isolerende materiale. Furthermore, the use of a thin film produced by the method according to the invention or a thin film according to the invention as an optical material, a pressure sensor, a gas sensor, a temperature sensor, a magnetic field sensor, an electric field sensor, a piezoelectric material, a magnetic material, a semiconductor is described -material and as an electrically insulating material.

Det er også beskrevet en trykksensor kjennetegnet ved at den omfatter en hybridtynnfilm fremstilt ved ALCVD. A pressure sensor characterized by the fact that it comprises a hybrid thin film produced by ALCVD is also described.

Det er ytterligere beskrevet en tynnfilm omfattende flere hybridmonosjikter av organiske og uorganiske deler kjemisk bundet til hverandre, hvor tynnfilmen omfatter minst to forskjellige organiske eller uorganiske deler. It is further described a thin film comprising several hybrid monolayers of organic and inorganic parts chemically bound to each other, where the thin film comprises at least two different organic or inorganic parts.

I den foreliggende oppfinnelse skal betegnelsen ”uorganisk forløper” anses å bety en hvilken som helst forbindelse omfattende en uorganisk del som ved reaksjon med en overflate til et substrat bindes til overflatene, derved forbinde den uorganiske delen til substratet gjennom en binding eller en eller flere brodannende elementer og hvor den uorganiske delen bundet til overflaten omfatter en eller flere reaktive grupper for reaksjon med en annen forløper. Med betegnelsen ”uorganisk del” menes en del som inneholder minst et metallatom. For eksempel kan det være en forbindelse som er metallorganisk, organometallisk, en halogenforbindelse, karbonyl, eller en hvilken som helst annen forbindelse som er i stand til å bringe metallet over på gassfasen. In the present invention, the term "inorganic precursor" shall be considered to mean any compound comprising an inorganic part which, upon reaction with a surface of a substrate, is bound to the surfaces, thereby connecting the inorganic part to the substrate through a bond or one or more bridging elements elements and where the inorganic part bound to the surface comprises one or more reactive groups for reaction with another precursor. The term "inorganic part" means a part that contains at least one metal atom. For example, it can be a compound that is organometallic, organometallic, a halogen compound, carbonyl, or any other compound capable of transferring the metal to the gas phase.

I den foreliggende oppfinnelse skal betegnelsen “organisk forløper” anses å bety en hvilken som helst forbindelse omfattende en organisk del som ved reaksjon med en overflate til et substrat bindes til overflaten, derved forbinder den organiske delen til substratet gjennom en binding eller en eller flere brodannende elementer og hvor den organiske delen bundet til overflaten omfatter en eller flere reaktive grupper for reaksjon med en annen forløper. In the present invention, the term "organic precursor" shall be considered to mean any compound comprising an organic part which, upon reaction with a surface of a substrate, is bound to the surface, thereby connecting the organic part to the substrate through a bond or one or more bridging elements elements and where the organic part bound to the surface comprises one or more reactive groups for reaction with another precursor.

Beskrivelse av figurer Description of figures

Fig. A Effekten av pulsparametere på veksthastigheten til Al-hydroquinon (Hq) film, beregnet på basis av kvartskrystallmonitor (QCM) målinger. Fig. A The effect of pulse parameters on the growth rate of Al-hydroquinone (Hq) film, calculated on the basis of quartz crystal monitor (QCM) measurements.

Fig. B Effekten av pulsparametere på veksthastigheten til Al-floroglusinol (Phl) film, beregnet på basis av QCM målinger. Fig. B The effect of pulse parameters on the growth rate of Al-phloroglucinol (Phl) film, calculated on the basis of QCM measurements.

Fig. C Vekstrate som en funksjon av temperatur for Al-Hq (nederste par) og Al-Phl (øverste par) film beregnet på basis av 80 vekstcykluser, både for som deponert og luftbehandlede film. Fig. C Growth rate as a function of temperature for Al-Hq (bottom pair) and Al-Phl (top pair) film calculated on the basis of 80 growth cycles, both for as-deposited and air-treated film.

Fig. D IR absorbansspektra for tynnfilm av (a) Al-Hq, (b) Al-Phl, (c) Al-Hq-Al-Phl, både som deponert og luftbehandlet. Filmene ble dyrket med 1000 cykluser ved en reaktortemperatur på 200 °C. Absorbansspektraene for ren Hq og Phl er tilføyd som referanse. Fig. D IR absorbance spectra for thin films of (a) Al-Hq, (b) Al-Phl, (c) Al-Hq-Al-Phl, both as deposited and air-treated. The films were grown for 1000 cycles at a reactor temperature of 200°C. The absorbance spectra for pure Hq and Phl are added for reference.

Fig. E Lineariteten av veksten som målt ved QCM med ferske Au elektroder. Fig. E The linearity of the growth as measured by QCM with fresh Au electrodes.

Fig. F Vekst kinetisk analyse oppnådd ved QCM målinger av (a) Al-Hq, (b) Al-Phl, (c) Al-malonsyre, Al-tereftalsyre, Zr-Hq, Ti-Hq, og (d) Tietylendiaminvekst. Dataene er basert på gjennomsnitt av 20 suksessive pulser. Fig. F Growth kinetic analysis obtained by QCM measurements of (a) Al-Hq, (b) Al-Phl, (c) Al-malonic acid, Al-terephthalic acid, Zr-Hq, Ti-Hq, and (d) Thiethylenediamine growth. The data is based on the average of 20 successive pulses.

Fig. G Røntgendiffraktogram av hybridtynnfilmer dyrket med totalt 1000 Fig. G X-ray diffractogram of hybrid thin films grown with a total of 1000

cykluser. Det øvre og nedre diffraktogram for hvert par representerer henholdsvis som dyrket og luftbehandlet tilstand. cycles. The upper and lower diffractograms for each pair represent the as-grown and air-treated condition, respectively.

ALCVD teknikken kan ses på som en kontroll sekvensiell kjemisk reaksjonsteknikk. Filmen bygger ved å la en funksjonell gruppe på gassmolekylet reagere med et passende sete på en overflate. Gassmolekylene som reagerer må etterlate et sete på overflaten som vil fungere som et reaktivt sete for den etterfølgende type av gassmolekyl for å produsere en kontinuerlig film. The ALCVD technique can be seen as a control sequential chemical reaction technique. The film builds by allowing a functional group on the gas molecule to react with a suitable site on a surface. The reacting gas molecules must leave a site on the surface that will act as a reactive site for the subsequent type of gas molecule to produce a continuous film.

Denne type av vekst er eksemplifisert ved veksten av Al-Hq og Al-Phl filmer ved det faktum at metylgrupper bundet til aluminium reagerer med hydroksylgrupper for å danne metan og en film av aluminiumbenzen oksid. Trimetyl-aluminium (TMA) reagerer ikke med alle dets tre alkylgrupper med overflaten på grunn av sterisk hindring, men beholder minst en gruppe som en reaktiv sete mot et etterfølgende gassmolekyl. Hq-gassmolekylet er en dioltype hvor kun en av hydroksylgruppene kan reagere med overflatesetet på grunn av sterisk hindring. Dette vil da etterlate en hydroksylterminert overflate for etterfølgende reaksjoner med TMA. This type of growth is exemplified by the growth of Al-Hq and Al-Phl films by the fact that methyl groups bonded to aluminum react with hydroxyl groups to form methane and a film of aluminum benzene oxide. Trimethyl aluminum (TMA) does not react with all three of its alkyl groups with the surface due to steric hindrance, but retains at least one group as a reactive site toward a subsequent gas molecule. The Hq gas molecule is a diol type where only one of the hydroxyl groups can react with the surface site due to steric hindrance. This will then leave a hydroxyl-terminated surface for subsequent reactions with TMA.

Denne type av vekst har også blitt eksemplifisert ved vekst av filmer med forløperkombinasjonene: TMA og malinsyre, TMA og tereftalsyre, ZrCl4og Hq, TiCl4og Hq, TiCl4og etylendiamin. Vekstgenetikkene avledet fra QCM data fra disse eksperimentene er vist i Fig. F. This type of growth has also been exemplified by the growth of films with the precursor combinations: TMA and malic acid, TMA and terephthalic acid, ZrCl4 and Hq, TiCl4 and Hq, TiCl4 and ethylenediamine. The growth genetics derived from QCM data from these experiments are shown in Fig. F.

De to eller flere typer av funksjonelle grupper på et gassmolekyl må ikke være av den samme type, men bør etterlate et reaktivt sete egnet for etterfølgende vekst med annen type gassmolekyl. Hver type av gassmolekyl må ikke gjennomgå reaksjoner med seg selv. The two or more types of functional groups on a gas molecule must not be of the same type, but should leave a reactive site suitable for subsequent growth with another type of gas molecule. Each type of gas molecule must not undergo reactions with itself.

Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan forløperen til hvert monosjikt velges fritt blant de forbindelser som vil reagere med de tilgjengelige funksjonelle grupper og følgelig er det mulig å generere film omfattende alternerende organiske og uorganiske grupper hvor disse grupper kan være like eller forskjellige fra de tidligere deponerte grupper eller de kan velges for å danne et valgfritt gjentagende mønster. With the method according to the invention, the precursor to each monolayer can be freely chosen from among the compounds that will react with the available functional groups and consequently it is possible to generate films comprising alternating organic and inorganic groups where these groups can be the same or different from the previously deposited groups or they can be selected to form an optional repeating pattern.

Noen av de funksjonelle gruppene som kan tenkes å gjennomgå reaksjoner ved ALCVD prinsippet er beskrevet i det følgende. For alle disse foreslåtte reaksjonsmekanismer er det mulig at reaksjonsskjemaet er noe forskjøvet eller forskjellig og reaksjonsskjemaene bør ikke fortolkes begrensende for omfanget av oppfinnelsen. Grunnprinsippet er at reaksjonen resulterer i at en film dannes. Some of the functional groups that can be considered to undergo reactions by the ALCVD principle are described in the following. For all these proposed reaction mechanisms, it is possible that the reaction scheme is somewhat shifted or different and the reaction schemes should not be interpreted as limiting the scope of the invention. The basic principle is that the reaction results in the formation of a film.

Vedrørende mulige reaksjoner mellom metallholdige forløpere og organiske molekyler med funksjonelle grupper. Organiske molekyler med funksjonelle grupper som har noen grad av surhet, som kan donere et proton foretrekkes. Dette proton vil bli anvendt til å komplementere alkanmolekylet eller halogensyremolekylet fra den uorganiske forløperen og lar reaksjonen forløpe videre. Regarding possible reactions between metal-containing precursors and organic molecules with functional groups. Organic molecules with functional groups having some degree of acidity which can donate a proton are preferred. This proton will be used to complement the alkane molecule or the halogen acid molecule from the inorganic precursor and allow the reaction to proceed.

Nedefor presenteres noen funksjonelle grupper på den organiske forløperen som kan være involvert i reaksjonene, og eksempler på reaksjonen er anført. Alle de foreslåtte reaksjoner er kun illustrasjoner på mulige reaksjoner og skal ikke tolkes som begrensninger. Below are presented some functional groups on the organic precursor that may be involved in the reactions, and examples of the reaction are listed. All the proposed reactions are only illustrations of possible reactions and should not be interpreted as limitations.

Hydroksylgrupper Hydroxyl groups

Hydroksylgrupper (R-OH) tilveiebringer et oksygen og hydrogen for en mulig reaksjon. Disse reagerer lett med elektropositive metaller f.eks. i form av alkyler eller halogenider, hvorved det dannes et metallalkoksid og hhv. metyl eller hydrohalogensyre. Denne reaksjonen demonstreres ved produksjon av Al-Hq og Al-Phl filmer med TMA og Hq eller Phl. Hydroxyl groups (R-OH) provide an oxygen and hydrogen for a possible reaction. These react easily with electropositive metals, e.g. in the form of alkyls or halides, whereby a metal alkoxide is formed and resp. methyl or hydrohalic acid. This reaction is demonstrated by the production of Al-Hq and Al-Phl films with TMA and Hq or Phl.

De to partielle reaksjoner som finner sted mellom et diol (HO-R-OH) og TMA ((CH3)3Al) er anført nedenfor: The two partial reactions that take place between a diol (HO-R-OH) and TMA ((CH3)3Al) are listed below:

HO-R-OH(g) CH3-Al-| → CH4(g) HO-R-O-Al-| HO-R-OH(g) CH3-Al-| → CH4(g) HO-R-O-Al-|

2HO-R-| (CH3)3Al(g) → 2CH4(g) CH3-Al-(O-R-|)22HO-R-| (CH3)3Al(g) → 2CH4(g) CH3-Al-(O-R-|)2

Elektropositive metaller som er kjent for lett å gjennomgå slike reaksjoner er: Al, Mg, Si, Ti, V og mest sannsynlig adskillig andre metaller som Zn, Mn, Fe, Co, Cr blant andre. Electropositive metals that are known to easily undergo such reactions are: Al, Mg, Si, Ti, V and most likely several other metals such as Zn, Mn, Fe, Co, Cr among others.

Etergrupper Ether groups

Etergrupper (-OR) kan reagere og danne addukter til metaller i filmen. Disse bindingene er ganske svake, men stadig vekk kan de være basis for strukturdannelse for fremstilling av film ved lave temperaturer. Et eksempel på et slikt reaksjonsskjema er: Ether groups (-OR) can react and form adducts to metals in the film. These bonds are quite weak, but still they can be the basis for structure formation for the production of films at low temperatures. An example of such a reaction scheme is:

R’O-R(g) CH3-Mn-| → R’O-R-Mn-| R'O-R(g) CH3-Mn-| → R’O-R-Mn-|

2R’O-R-| (CH3)3Al(g) → 2R’-CH3(g) CH3-Al-(O-R-|)22R’O-R-| (CH3)3Al(g) → 2R'-CH3(g) CH3-Al-(O-R-|)2

Kun en halv reaksjon er presentert fordi det er ganske sannsynlig at film dannet via denne reaksjonsvei vil anvende en annen type av funksjonelle grupper i dens struktur for å danne film i det neste trinn. Den generelle idé er å danne chelatbindinger mellom eteren og metallatomet. Only a half reaction is presented because it is quite likely that film formed via this reaction pathway will use a different type of functional groups in its structure to form film in the next step. The general idea is to form chelate bonds between the ether and the metal atom.

Ketongrupper Ketone groups

Ketoner (R=O) kan reagerer og danne chelatbindinger til et metallatom. Et slikt eksempel er dannelsen av forbindelser med β-ketoner. Et eksempel på en slik visualisert reaksjonsskjema er: Ketones (R=O) can react and form chelate bonds to a metal atom. One such example is the formation of compounds with β-ketones. An example of such a visualized reaction scheme is:

O=R’-R=O (g) Mn-| → R,R’(=O)2-Mn-| O=R'-R=O (g) Mn-| → R,R'(=O)2-Mn-|

Kun en halv reaksjon er presentert fordi det er ganske sannsynlig at film dannet via denne reaksjonsvei vil anvende andre typer av funksjonelle grupper i dens struktur for å danne film i neste trinn. Den generelle idéen er å danne chelatbindinger mellom ketonen og metallatomet. Only half a reaction is presented because it is quite likely that film formed via this reaction pathway will use other types of functional groups in its structure to form film in the next step. The general idea is to form chelate bonds between the ketone and the metal atom.

Karboksylgrupper Carboxyl groups

Karboksylgrupper (-COOH) har de samme bygningselementer som hydroksyl (-OH) og ketoner (=O), og bør følgelig undergå de samme reaksjonene som disse typer viser. Carboxyl groups (-COOH) have the same building blocks as hydroxyl (-OH) and ketones (=O), and should therefore undergo the same reactions that these types show.

De to delreaksjonene som finner sted mellom dikarboksylsyre (HOOC-R-COOH) og TMA ((CH3)3Al) er anført nedenfor: The two partial reactions that take place between dicarboxylic acid (HOOC-R-COOH) and TMA ((CH3)3Al) are listed below:

HOOC-R-COOH(g) CH3-Al-| → CH4(g) HOOC-R-COO-Al-| HOOC-R-COOH(g) CH3-Al-| → CH4(g) HOOC-R-COO-Al-|

2HOOC-R-| (CH3)3Al(g) → 2CH4(g) CH3-Al-(COO-R-|)22HOOC-R-| (CH3)3Al(g) → 2CH4(g) CH3-Al-(COO-R-|)2

Det er også en mulighet for et annet reaksjonsskjema med TMA hvor den vil reagere med både =O og –OH til en karboksylsyre. There is also a possibility for another reaction scheme with TMA where it will react with both =O and –OH to a carboxylic acid.

Tiolgrupper Thiol groups

Tiolgrupper (-SH) bør reagere ifølge de samme mønsteret som deres isoelektroniske hydroksylslektninger (-OH). Imidlertid er metallaffiniteten mot svovel noe forskjellig fra overfor oksygen. Dette resulterer i at elementer slik som Pb, Au, Pt, Ag, Hg, og adskillige andre lett vil reagere og danne stabile bindinger med svovel. Thiol groups (-SH) should react according to the same pattern as their isoelectronic hydroxyl relatives (-OH). However, the metal affinity towards sulfur is somewhat different from that towards oxygen. This results in elements such as Pb, Au, Pt, Ag, Hg, and several others will readily react and form stable bonds with sulfur.

De to delreaksjonene som finner sted mellom et di-tiol (HS-R-SH) og Pt(thd)2er anført nedenfor: The two subreactions that take place between a di-thiol (HS-R-SH) and Pt(thd)2 are listed below:

HS-R-SH(g) thd-Pt-| → Hthd(g) HS-R-S-Pt-| HS-R-SH(g) thd-Pt-| → Hthd(g) HS-R-S-Pt-|

2HS-R-| Pt(thd)2(g) → Hthd(g) thd-Pt-S-R-| 2HS-R-| Pt(thd)2(g) → Hthd(g) thd-Pt-S-R-|

Sulfatgrupper Sulfate groups

Sulfatgrupper (-SO4H) bør reagere med elektropositive metaller ifølge de samme reaksjonsveiene som for hydroksyler eller ketoner. Sulphate groups (-SO4H) should react with electropositive metals according to the same reaction pathways as for hydroxyls or ketones.

De to delreaksjoner som finner sted mellom et disulfat (HSO4-R-SO4H) og TMA ((CH3)3Al) er anført nedenfor: The two partial reactions that take place between a disulfate (HSO4-R-SO4H) and TMA ((CH3)3Al) are listed below:

HSO4-R-SO4H (g) CH3-Al-| → CH4(g) HSO4-R-SO4-Al-| HSO4-R-SO4H (g) CH3-Al-| → CH4(g) HSO4-R-SO4-Al-|

2HSO4-R-| (CH3)3Al(g) → 2CH4(g) CH3-Al-(SO4-R-|)22HSO4-R-| (CH3)3Al(g) → 2CH4(g) CH3-Al-(SO4-R-|)2

Sulfittgrupper Sulfite groups

Sulfittgrupper (-SO3H) bør reagere ifølge det samme mønsteret som for sulfatgrupper. Sulfite groups (-SO3H) should react according to the same pattern as for sulfate groups.

De to delreaksjoner som finner sted mellom et disulfitt (HSO3-R-SO3H) og TMA ((CH3)3Al) er anført nedenfor: The two partial reactions that take place between a disulfite (HSO3-R-SO3H) and TMA ((CH3)3Al) are listed below:

HSO3-R-SO3H (g) CH3-Al-| → CH4(g) HSO3-R-SO3-Al-| HSO3-R-SO3H (g) CH3-Al-| → CH4(g) HSO3-R-SO3-Al-|

2HSO3-R-| (CH3)3Al(g) → 2CH4(g) CH3-Al-(SO3-R-|)22HSO3-R-| (CH3)3Al(g) → 2CH4(g) CH3-Al-(SO3-R-|)2

Fosfidgrupper Phosphide groups

De to delreaksjoner som finner sted mellom et di-fosfid (H2P-R-PH2) og Ni(thd)2, hvor thd står for 2,2,6,6-tetrametyl-3,5-heptandion, er anført nedenfor: The two partial reactions that take place between a di-phosphide (H2P-R-PH2) and Ni(thd)2, where thd stands for 2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedione, are listed below:

H2P-R-PH2(g) thd-Ni-| → Hthd(g) H2P-R-PH-Ni-| H2P-R-PH2(g) thd-Ni-| → Hthd(g) H2P-R-PH-Ni-|

2H2P-R-| Ni(thd)2(g) → Hthd(g) thd-Ni-PH-R-| 2H2P-R-| Ni(thd)2(g) → Hthd(g) thd-Ni-PH-R-|

Fosfatgrupper Phosphate groups

De to delreaksjoner som finner sted mellom et difosfat (HPO4-R-PO4H) og TMA ((CH3)3Al) er anført nedenfor: The two partial reactions that take place between a diphosphate (HPO4-R-PO4H) and TMA ((CH3)3Al) are listed below:

HPO4-R-PO4H (g) CH3-Al-| → CH4(g) HPO4-R-PO4-Al-| HPO4-R-PO4H (g) CH3-Al-| → CH4(g) HPO4-R-PO4-Al-|

2HPO4-R-| (CH3)3Al(g) → 2CH4(g) CH3-Al-(PO4-R-|)22HPO4-R-| (CH3)3Al(g) → 2CH4(g) CH3-Al-(PO4-R-|)2

Amingrupper Amine groups

Amingrupper, alkylaminer eller silerte aminer eller halogenerte aminer bør reagere med forbindelser slik som SnI2, SnI4, PbI2, PbI4, CuI2, CuI4eller lignende for å danne perovskitt relaterte hybridmaterialer som beskrevet av D. B. Mitzi (D. B. Mitzi, Progress in Inorganic Chemistry, 48 (1999) 1-121. og D. B. Mitzi i Chemistry of Materials 13 (2001) 3283-3298). Amine groups, alkylamines or silated amines or halogenated amines should react with compounds such as SnI2, SnI4, PbI2, PbI4, CuI2, CuI4 or the like to form perovskite related hybrid materials as described by D. B. Mitzi (D. B. Mitzi, Progress in Inorganic Chemistry, 48 (1999 ) 1-121 and D. B. Mitzi in Chemistry of Materials 13 (2001) 3283-3298).

En foreslått reaksjonsmekanisme er: A proposed reaction mechanism is:

SnI4(g) NH4I-R-| → SnI4-NH4I-R-| SnI4(g)NH4I-R-| → SnI4-NH4I-R-|

SnI4-| NH4I-R-H4NI(g) → NH4I-R-H4NI-SnI4-| SnI4-| NH4I-R-H4NI(g) → NH4I-R-H4NI-SnI4-|

Videre kanen redox-reaksjon med Sn(IV)-Sn(II) og dannelse av I2(g) kanskje være involvert her. Alternativt ved anvendelse av divalente halogenider er visualisert som: Furthermore, redox reaction with Sn(IV)-Sn(II) and formation of I2(g) may be involved here. Alternatively, using divalent halides is visualized as:

SnI2(g) NH4I-R-| → SnI3-NH4-R-| SnI2(g)NH4I-R-| → SnI3-NH4-R-|

SnI3-| NH4I-R-H4NI(g) → NH4I-R-H4N-SnI4-| SnI3-| NH4I-R-H4NI(g) → NH4I-R-H4N-SnI4-|

En annen reaksjonsmekanisme med aminer er den analog til hydroksidene: Another reaction mechanism with amines is analogous to the hydroxides:

De to delreaksjonene som finner sted mellom et diamin (H2N-R-NH2) og TMA ((CH3)3Al) er anført nedenfor: The two partial reactions that take place between a diamine (H2N-R-NH2) and TMA ((CH3)3Al) are listed below:

H2N-R-NH2(g) CH3-Al-| → CH4(g) H2N-R-NH-Al-| H2N-R-NH2(g) CH3-Al-| → CH4(g) H2N-R-NH-Al-|

2H2N-R-| (CH3)3Al(g) → 2CH4(g) CH3-Al-(NH-R-|)22H2N-R-| (CH3)3Al(g) → 2CH4(g) CH3-Al-(NH-R-|)2

Det er imidlertid sannsynlig at begge H-atomer på en av aminene vil reagere med TMA. However, it is likely that both H atoms on one of the amines will react with TMA.

De følgende funksjonelle grupper vil reagere på lignende måte: -OH, -SH, -SeH, -TeH, -NH2, -PH2, -AsH2, -SiH3, -GeH3. -SO4H, -SO3H, -PO4H, -PO3H, SeO3H, SeO4H. I alle tilfeller hvor mer enn et H er tilstede, kan den andre H være substituert med en organisk gruppe R, hvor R er rettkjedet eller forgrenet alkan, cykloalkan, en arylgruppe, en heteroarylgruppe eller en av de andre funksjonelle gruppene. The following functional groups will react in a similar way: -OH, -SH, -SeH, -TeH, -NH2, -PH2, -AsH2, -SiH3, -GeH3. -SO4H, -SO3H, -PO4H, -PO3H, SeO3H, SeO4H. In all cases where more than one H is present, the other H may be substituted with an organic group R, where R is straight-chain or branched alkane, cycloalkane, an aryl group, a heteroaryl group or one of the other functional groups.

Det bør fremheves at begge funksjonelle grupper til en forløper ikke behøver å være av den samme typen. Ved å anvende forskjellige funksjonelle grupper med forskjellig reaktivitet er der mulighet for å danne et monosjikt av organiske molekyler med en grad av orden. Dette kan også kombineres med anvendelse av forskjellige metallkomponenter som vil ha forskjellig affinitet til de forskjellige grupper. It should be emphasized that both functional groups of a precursor need not be of the same type. By using different functional groups with different reactivity, it is possible to form a monolayer of organic molecules with a degree of order. This can also be combined with the use of different metal components which will have different affinity to the different groups.

Den organiske forbindelsen som bærer de funksjonelle gruppene er ikke spesielt begrenset men kan et hvilket som helst organisk molekyl som kan bringes på gassfase. Det foretrekkes at det er noen grad av sterisk hindring i molekylet som vil hindre det fra å reagere med begge dens reaktive grupper med den samme overflaten, da det bør være noen aktive sete tilbake for etterfølgende reaksjon. Ellers er det ingen begrensninger på hvordan den organiske C-C strukturen ser ut. Det organiske molekylet vil selvfølgelig påvirke surheten av protonene på de funksjonelle gruppene. Den organiske forbindelsen kan være en ikke-forgrenet alkan, en forgrenet alkan, cykloalkan, alken, en monocyklisk eller polycyklisk aromatisk gruppe, en heterocyklisk aromatisk gruppe hvor disse forbindelser i tillegg til de funksjonelle gruppene kan være substituert eller ikkesubstituert med andre organiske grupper slik som alkyl. The organic compound that carries the functional groups is not particularly limited but can be any organic molecule that can be brought to gas phase. It is preferred that there is some degree of steric hindrance in the molecule that will prevent it from reacting with both of its reactive groups with the same surface, as there should be some active site left for subsequent reaction. Otherwise, there are no restrictions on what the organic C-C structure looks like. The organic molecule will of course affect the acidity of the protons on the functional groups. The organic compound can be a non-branched alkane, a branched alkane, cycloalkane, alkene, a monocyclic or polycyclic aromatic group, a heterocyclic aromatic group where these compounds, in addition to the functional groups, can be substituted or unsubstituted with other organic groups such as alkyl.

De uorganiske forløperne som kan delta i fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er beskrevet nedenfor. Alle de foreslåtte reaksjonene er kun illustrasjoner på mulige reaksjoner og skal ikke fortolkes som begrensninger. The inorganic precursors that can participate in the method according to the invention are described below. All the suggested reactions are only illustrations of possible reactions and should not be interpreted as limitations.

Metallalkyler Metal alkyls

Metallalkyler og metallcykloalkyler er ganske reactive og gjennomgår følgelig reaksjon med de fleste organiske funksjonelle grupper. Dette er eksemplifisert ved fremstilling av hybridtynnfilmer med TMA og hydroksider. Eksempler på mulige metallalkyler er: Al(CH3)3, Zn(Et)2, Zn(Me)2, MgCp2; Metal alkyls and metal cycloalkyls are quite reactive and consequently undergo reaction with most organic functional groups. This is exemplified by the production of hybrid thin films with TMA and hydroxides. Examples of possible metal alkyls are: Al(CH3)3, Zn(Et)2, Zn(Me)2, MgCp2;

hvor Cp står for cyklopentyl. where Cp stands for cyclopentyl.

Metallhalogenider Metal halides

Noen elektropositive metallhalogenider er ganske reactive og reagerer med mange organiske funksjonelle grupper. Noen eksempler er AlCl3, TiCl4, SiCl4, SnCl4, Si(CH3)2Cl2. Some electropositive metal halides are quite reactive and react with many organic functional groups. Some examples are AlCl3, TiCl4, SiCl4, SnCl4, Si(CH3)2Cl2.

Metallkarbonyler Metal carbonyls

Metallkarbonyler er også reaktive og noen eksempler er: Fe2(CO)9,Mn(CO)xMetal carbonyls are also reactive and some examples are: Fe2(CO)9,Mn(CO)x

Metallchelater Metal chelates

Eksempler på reaktive metallchelater er: VO(thd)2, Mn(HMDS)2, Fe(HMDS)2, TiO(thd)2, Pt(thd)2. Examples of reactive metal chelates are: VO(thd)2, Mn(HMDS)2, Fe(HMDS)2, TiO(thd)2, Pt(thd)2.

Thd (=2,2,6,6-tetrametyl-3,5-heptandione) er en chelaterende forbindelse ut fra hvilken forbindelser med elementer som Ti, V, og adskillige flere kan fremstilles. HMDS star for heksametyl-disilazan. Thd (=2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedione) is a chelating compound from which compounds with elements such as Ti, V, and several more can be prepared. HMDS stands for hexamethyl-disilazane.

Andre mulige chelaterende forbindelser er beta-ketoner slik som acetylacetonater, fluorinerte thd-forbindelser og etylendiamintetra eddiksyre (EDTA). Other possible chelating compounds are beta-ketones such as acetylacetonates, fluorinated thd compounds and ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA).

Metallet til den uorganiske forløperen velges fra gruppen bestående av Al, Si, Ge, Sn, In, Pb, alkalimetaller, jordalkalimetaller, 3d-innskuddmetaller, 4d-innskuddsmetaller, , 5d-innskuddsmetaller, lantanider og aktanoider. Noen av de mer interessante metaller er Cu, Ni, Co, Fe, Mn og V. The metal of the inorganic precursor is selected from the group consisting of Al, Si, Ge, Sn, In, Pb, alkali metals, alkaline earth metals, 3d deposit metals, 4d deposit metals, 5d deposit metals, lanthanides and actanoids. Some of the more interesting metals are Cu, Ni, Co, Fe, Mn and V.

Denne oppfinnelsen er eksemplifisert i eksemplene nedenfor, hvor trimetylaluminium (TMA), hydroquinon (Hq) og floroglusinol (Phl) er blitt anvendt som forløpere for å fremstille tynnfilm av aluminiumbenzenoksider som konstruerer en hybridtypefilm. Film blir fremstilt ved anvendelse av TMA-Phl, TMA-Hq, og en kontrollert blanding av typen TMA-Phl-TMA-Hq. Vekstgenetikken er undersøkt på basis av kvartskrystallmonitor (QCM) målinger og filmene er analysert ved Fourier transformert infrarød spektroskopi (FT-IR) og ved røntgendiffraksjon (XRD). Effekten av luftbehandling på dyrkede filmer er blitt notert. This invention is exemplified in the examples below, where trimethylaluminum (TMA), hydroquinone (Hq) and phloroglucinol (Phl) have been used as precursors to produce thin films of aluminum benzene oxides which construct a hybrid type film. Film is produced using TMA-Phl, TMA-Hq, and a controlled mixture of the type TMA-Phl-TMA-Hq. The growth genetics has been investigated on the basis of quartz crystal monitor (QCM) measurements and the films have been analyzed by Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) and by X-ray diffraction (XRD). The effect of air treatment on grown films has been noted.

Oppfinnelsen vil bli beskrevet i ytterligere detalj med referanse til de medfølgende figurene. Effekten av pulseparametrer på veksthastigheten ble undersøkt ved en reaktortemperatur på 200 °C ved å variere en av parametrene og holde de andre på et tilstrekkelig høyt nivå. The invention will be described in further detail with reference to the accompanying figures. The effect of pulse parameters on the growth rate was investigated at a reactor temperature of 200 °C by varying one of the parameters and keeping the others at a sufficiently high level.

Den relative veksthastigheten ble målt med en QCM ved å anvende helningen av den målte resonansfrekvens over en periode på 50 vekst cykluser og normalisering av denne til vekst pr. cyklus. På denne måten kunne veksthastigheten uttrykkes ved hjelp av ∆Hz cyklus-1, som er lineær proporsjonal med en vekstrate basert på masse cyklus-1. The relative growth rate was measured with a QCM by applying the slope of the measured resonance frequency over a period of 50 growth cycles and normalizing this to growth per cycle. In this way, the growth rate could be expressed using ∆Hz cycle-1, which is linearly proportional to a growth rate based on mass cycle-1.

Resultatet av denne analysen for både hydroquinon og floroglusinol er vist på fig. A og B henholdsvis. Dette viser at en selvkontrollert vekst kan oppnås for passende valgte pulsparametere. Resultatene indikerer at reaksjonen av TMA med Phl terminert film skjer på to typer seter. Den første type av seter mettes ved 0.2 s mens en pulslengde på 2 s er nødvendig for å mette den andre typen fullstendig. Ifølge QCM undersøkelsene av pulsparametrene (Fig. A, og B) er det mulig å dyrke hybridfilmer av TMA - Phl og TMA - Hq kontrollert med ALCVD teknikk ved anvendelse av pulsparametere på 1.0 s for Phl og Hq puls etterfulgt i begge tilfeller av en spyletid på minst 0.5 s, og en pulsperiode på henholdsvis 1.5, 0.5 s TMA før en spyling på 0.2 s for Phl og Hq inneholdende filmer. Effekten av temperaturen på veksthastigheten til TMA-Hq og på TMA-Phl filmer ble målt ved røntgenprofilometri for filmer dyrket med 80 cykluser ved forskjellige reaktortemperaturer (Fig. C). Tykkelsesmålingen ble utført umiddelbart etter deponering og også på de samme filmene etter behandling i normal atmosfære i minst en uke. Dette avslørte at filmene er noe luftfølsomme og endrer tykkelse over tid, imidlertid er tykkelsesendring forskjellig for de to typer av film. Film med Phl gror med en typisk vekstrate på 0.34 nm/cyklus og reduseres i tykkelse med 0.25 nm/cyklus ved luftbehandling, mens filmer med Hq snarere øker i tykkelse fra 0.53 til 0.58 nm/cyklus ved luftbehandling. Uansett viser det at vekstraten kun er lite påvirket av veksttemperaturen for begge typer av film, avslørende et ALCVD vindu på 150–300 og 200–350 °C for hhv. Phl og Hq holdige filmer. Lineariteten av veksten ble også testet ved QCM målinger over totalt 1000 pulsecykluser med konfigurasjonen 1.0-1.0-0.9-0.5 s for Hq/Phl pulse – spyling - TMA pulse – spyling (Fig. E). Både Phl og Hq holdige filmer ble funnet å ha en lineær tykkelse avhengig av antallet av pulscykluser, bortsett fra det innledende vekttrinnet (opptil ca.30 pulser) hvor en redusert veksthastighet ble funnet. Denne oppførselen kan stamme fra et begrenset antall av kjernedannende seter på gulvoverflaten til kvartsresonatorene og foretrukken etterfølgende vekst på begynnelseskjernen. The result of this analysis for both hydroquinone and phloroglucinol is shown in fig. A and B respectively. This shows that a self-controlled growth can be achieved for suitably chosen pulse parameters. The results indicate that the reaction of TMA with Phl terminated film occurs on two types of sites. The first type of seats saturates at 0.2 s while a pulse length of 2 s is required to completely saturate the second type. According to the QCM investigations of the pulse parameters (Fig. A, and B) it is possible to grow hybrid films of TMA - Phl and TMA - Hq controlled with ALCVD technique by using pulse parameters of 1.0 s for Phl and Hq pulse followed in both cases by a rinse time of at least 0.5 s, and a pulse period of 1.5, 0.5 s TMA respectively before a rinse of 0.2 s for Phl and Hq containing films. The effect of temperature on the growth rate of TMA-Hq and on TMA-Phl films was measured by X-ray profilometry for films grown for 80 cycles at different reactor temperatures (Fig. C). The thickness measurement was carried out immediately after deposition and also on the same films after treatment in normal atmosphere for at least one week. This revealed that the films are somewhat air sensitive and change thickness over time, however thickness change is different for the two types of film. Films with Phl grow with a typical growth rate of 0.34 nm/cycle and decrease in thickness by 0.25 nm/cycle during air treatment, while films with Hq rather increase in thickness from 0.53 to 0.58 nm/cycle during air treatment. Regardless, it shows that the growth rate is only slightly affected by the growth temperature for both types of film, revealing an ALCVD window of 150–300 and 200–350 °C for respectively. Phl and Hq containing films. The linearity of the growth was also tested by QCM measurements over a total of 1000 pulse cycles with the configuration 1.0-1.0-0.9-0.5 s for Hq/Phl pulse – flushing - TMA pulse – flushing (Fig. E). Both Phl and Hq containing films were found to have a linear thickness depending on the number of pulse cycles, except for the initial weight step (up to about 30 pulses) where a reduced growth rate was found. This behavior may originate from a limited number of nucleating sites on the floor surface of the quartz resonators and preferential subsequent growth on the initial core.

Resultatet av IR analyse av filmer både som deponert og luftbehandlet etter minst en uke er vist på fig. 3 sammen med IR analyse av ren hydroquinon og floroglusinol presset i KBr tabletter. Dette avslører at det er en distinkt likhet mellom de rene bestanddelene og de dannede filmene. Det er i tillegg også dannet noen nye bånd som antas å være på grunn av dannelsen av benzenoksider. IR signalene er noe endret når filmene er luftbehandlet avslørende at en kjemisk reaksjon finner sted. For de Phl-Hq blandede filmene er det mulig å identifisere mønsteret fra begge av de rene typer av filmer. Forsøk på å male vekstgenetikkene ved anvendelse av QCM, ble gjort ved måling av vekstmønsteret over 20 ganske lange cykluser og deretter ta den aritmetriske midlen av resultat fra alle disse cyklusene (Fig. F). Figur F viser veksten av de følgende forskjellige hybridtynnfilmer: (a) Al-Hq, (b) Al-Phl, (c) Al-malinsyre, Al-tereftalsyre, Zr-Hq, Ti-Hq, og (d) Ti-etylendiamin. The result of IR analysis of films both as deposited and air-treated after at least one week is shown in fig. 3 together with IR analysis of pure hydroquinone and phloroglucinol pressed in KBr tablets. This reveals that there is a distinct similarity between the pure constituents and the films formed. In addition, some new bands have also formed which are believed to be due to the formation of benzene oxides. The IR signals are slightly changed when the films are air-treated, revealing that a chemical reaction is taking place. For the Phl-Hq mixed films it is possible to identify the pattern from both of the pure types of films. Attempts to map the growth genetics using QCM were made by measuring the growth pattern over 20 fairly long cycles and then taking the arithmetic mean of the results from all these cycles (Fig. F). Figure F shows the growth of the following different hybrid thin films: (a) Al-Hq, (b) Al-Phl, (c) Al-malic acid, Al-terephthalic acid, Zr-Hq, Ti-Hq, and (d) Ti-ethylenediamine .

De mest intiuitivThe most intuitive reaksjonsmekanismene for disse prosessene presenters i ligningene nedenfor for Phl og Hq holdige filmer hhv. og gir en relativ masseendring som avhenger av den frigitte metanstøkiometrien for hver puls. De målte relative frekvensendringene var hhv. 3.5 og 1.9 for Phl og Hq holdige filmer. Ved å løse x parametrene med basis i disse verdiene, beregnes en endelig metanstøkiometri på x = 1.87 og 1.25 for hhv. Phl og Hq holdige filmer. Dette kan imidlertid ikke være den totale sannheten siden man kan likegodt forestille seg at et overskudd av Phl og/eller Hq kan introduseres og etterlate ureagert HO-| på filmen som er sterisk hindret for full reaksjon med TMA. Den tilsynelatende to seksjonsform av avhengigheten av vekstraten av TMA pulstiden, kan indikere at det siste tilfellet av sterisk hindrede HO-| grupper, er det mest sannsynlige tilfellet i disse situasjoner. XRD analyse av filmene viste at ingen av filmene var bra orientert. Som dyrket filmene med Phl ga ikke noe diffraksjonsmønster mens som dyrket filmene med Hq hadde en diffraksjonstopp ved 2θ = 23.0°. For de luftbehandlede filmene forekom en diffraksjonstopp ved 2θ = 27.5° på film med Phl. For den same type av behandlede filmer med Hq, dukket en mindre topp ved 2θ = 18.5° opp. Svingende kurveanalyse (rocking curve analysis) av toppene på som dyrket filmer med Phl og på begge av de luftede filmene viste at de alle var fullstendig tilfeldig orientert. Dette ble også observert for filmer med både Phl og Hq, som vist i fig. G. XRD analysen av disse filmer tilsvarer de med kun Phl. The most intuitive The most intuitive reaction mechanisms for these processes are presented in the equations below for films containing Phl and Hq respectively. and gives a relative mass change that depends on the released methane stoichiometry for each pulse. The measured relative frequency changes were respectively 3.5 and 1.9 for Phl and Hq containing films. By solving the x parameters based on these values, a final methane stoichiometry of x = 1.87 and 1.25 is calculated for respectively Phl and Hq containing films. However, this cannot be the total truth since it is equally conceivable that an excess of Phl and/or Hq could be introduced leaving unreacted HO-| on the film which is sterically hindered for full reaction with TMA. The apparent two-section shape of the dependence of the growth rate on the TMA pulse time may indicate that the latter case of sterically hindered HO-| groups, is the most likely case in these situations. XRD analysis of the films showed that none of the films were well oriented. As grown the films with Phl gave no diffraction pattern while as grown the films with Hq had a diffraction peak at 2θ = 23.0°. For the air-treated films, a diffraction peak occurred at 2θ = 27.5° on film with Phl. For the same type of films treated with Hq, a smaller peak at 2θ = 18.5° appeared. Rocking curve analysis of the peaks on as grown films with Phl and on both of the aerated films showed that they were all completely randomly oriented. This was also observed for films with both Phl and Hq, as shown in fig. G. The XRD analysis of these films corresponds to those with only Phl.

IR analyse har blitt utført på et utvalg av de eksemplifiserte vekstsystemene og en tabell av de karakteristiske absorpsjonsbånd eller topper er anført i tabell A. Det bør tas i betraktning at noen av disse filmer har gjennomgått reaksjoner med luft mens IR målingene ble utført. IR analysis has been carried out on a selection of the exemplified growth systems and a table of the characteristic absorption bands or peaks is given in Table A. It should be taken into account that some of these films have undergone reactions with air while the IR measurements were carried out.

Tabell A. Karakteristiske IR absorpsjonsbånd eller topper for deponerte hybridfilm. Table A. Characteristic IR absorption bands or peaks for deposited hybrid films.

Uorganisk Organisk Absorpsjonsbånd / cm–1 Inorganic Organic Absorption band / cm–1

forløper forløper precursor precursor

TMA Hq 1507, 1223, 879, 834, 800 TMA Hq 1507, 1223, 879, 834, 800

TMA Phl 1619, 1516, 1433, 1381, 1247, 1218, 1173, 1020, 946, TMA Phl 1619, 1516, 1433, 1381, 1247, 1218, 1173, 1020, 946,

905, 845, 668, 574 905, 845, 668, 574

TMA Tereftalsyre 1596, 1509, 1415, 1312, 1251, 1160, 1103, 879, 812, TMA Terephthalic acid 1596, 1509, 1415, 1312, 1251, 1160, 1103, 879, 812,

755, 573 755, 573

TMA Malinsyre 1620, 1485, 1438, 1376, 1280, 1235, 1180, 1074, 1003, TMA Malic acid 1620, 1485, 1438, 1376, 1280, 1235, 1180, 1074, 1003,

965, 812, 738, 522 965, 812, 738, 522

TiCl4Hq 1487, 1198, 886, 832, 817 TiCl4Hq 1487, 1198, 886, 832, 817

ZrCl4Hq 1497, 1272, 1203, 884, 832, 804 ZrCl4Hq 1497, 1272, 1203, 884, 832, 804

Vi har vist muligheten for å dyrke film av en hybridtype ved ALCVD teknikk ved dyrking av filmer med et nettverk av aluminiumbenzenoksider med hydroquinon og floroglusinol. Vi har fremstilt filmer med aluminiumbenzenoksid med ren hydroquinon eller floroglusinol og filmer hvor disse er blandet. Generelt har vi sålangt også vist muligheten for vekst av hybridtypefilm ved ALCVD teknikk anvendende forløperpar som: We have shown the possibility of growing films of a hybrid type by ALCVD technique by growing films with a network of aluminum benzene oxides with hydroquinone and phloroglucinol. We have produced films with aluminum benzene oxide with pure hydroquinone or phloroglucinol and films where these are mixed. In general, we have so far also shown the possibility of growing hybrid-type films by ALCVD technique using precursor pairs such as:

TMA – Hq, således tilveiebringe vekst av Al og også vekst av en aromatisk diol. TMA – Hq, thus providing growth of Al and also growth of an aromatic diol.

TMA – Phl, således tilveiebringe vekst av også en aromatisk triol. TMA – Phl, thus providing growth of also an aromatic triol.

TMA – Malonsyre, således tilveiebringende vekst med en lineær di-karbokssylsyre. TMA – Tereftalsyre, thus proving prowth with en aromatisk di-karbokssylsyre. TMA – Malonic acid, thus providing growth with a linear di-carboxylic acid. TMA – Terephthalic acid, thus proving prowth with an aromatic di-carboxylic acid.

TiCl4– Hq, således tilveiebringende vekst med titanium. TiCl4– Hq, thus providing growth with titanium.

ZrCl4– Hq, således tilveiebringende vekst med zirkonium. ZrCl4– Hq, thus providing growth with zirconium.

TiCl4– Etylenediamin, således tilveiebringe vekst av et amin. TiCl4– Ethylenediamine, thus providing growth of an amine.

Reaksjonsligninger: Reaction equations:

Prinsipiell reaksjonsmekanisme: Principle reaction mechanism:

Phl-tilfelle: Phl case:

Al(CH3)3(g) 1.5 HO–| → (CH3)1.5Al-O1.5–| 1.5 CH4(g) ∆m1 = 48.02 u 1.5 C6H4(OH)2(g) (CH3)1.5Al-O1.5–| → (HO–C6H4-O)1.5-Al-O1.5-| 1.5 CH4(g) ∆m2 = 141.10 u Al(CH3)3(g) 1.5 HO–| → (CH3)1.5Al-O1.5–| 1.5 CH4(g) ∆m1 = 48.02 u 1.5 C6H4(OH)2(g) (CH3)1.5Al-O1.5–| → (HO–C6H4-O)1.5-Al-O1.5-| 1.5 CH4(g) ∆m2 = 141.10 u

Δm2/ Δm1 = 2.94 Δm2/Δm1 = 2.94

Massedifferansen er mindre enn målt ved QCM og mekanismen bør modifiseres til å tillate færre ureagerte OH grupper i det første trinnet. The mass difference is smaller than measured by QCM and the mechanism should be modified to allow fewer unreacted OH groups in the first step.

Hq-tilfelle: Hq case:

Al(CH3)3(g) HO–| → (CH3)2Al-O–| CH4(g) ∆m1 = 56.04 u C6H3(OH)3(g) (CH3)2Al-O–| → HO–C6H3-(O)2-Al-O-| 2 CH4(g) Al(CH3)3(g) HO–| → (CH3)2Al-O–| CH4(g) ∆m1 = 56.04 u C6H3(OH)3(g) (CH3)2Al-O–| → HO–C6H3-(O)2-Al-O-| 2 CH4(g)

∆m2 = 94.02 u � ∆m2 = 94.02 u �

Δm2/ Δm1 = 1.68 Δm2/Δm1 = 1.68

Massedifferansen er mindre enn målt ved QCM og mekanismen bør modifiseres til å tillate færre ureagerte OH grupper i det første trinnet. The mass difference is smaller than measured by QCM and the mechanism should be modified to allow fewer unreacted OH groups in the first step.

Reaksjonsmekanismen med varierende grad av reaktivitet til OH-grupper: The reaction mechanism with varying degrees of reactivity to OH groups:

Phl-tilfelle: Phl case:

Al(CH3)3(g) x HO–| → (CH3)3–xAl-Ox–| x CH4(g) ∆m1 = 48.02 u 3-x C6H4(OH)2(g) (CH3)3–xAl-Ox–| → (HO–C6H4-O)3-x–Al-Ox-| (3–x) CH4(g) ∆m2 = 141.10 u x = 1.87 Al(CH3)3(g) x HO–| → (CH3)3–xAl-Ox–| x CH4(g) ∆m1 = 48.02 u 3-x C6H4(OH)2(g) (CH3)3–xAl-Ox–| → (HO–C6H4-O)3-x–Al-Ox-| (3–x) CH4(g) ∆m2 = 141.10 u x = 1.87

HQ-tilfelle: HQ case:

Al(CH3)3(g) x HO–| → (CH3)3-xAl-Ox–| x CH4(g) ∆m1 = 56.04 u C6H3(OH)3(g) (CH3)3–xAl-Ox–| → x ((HO)x–C6H3-(O2)(3-x)/2)3-x-Al-Ox-| (3-x) CH4(g) ∆m2 = 94.02 u x = 1.25 Al(CH3)3(g) x HO–| → (CH3)3-xAl-Ox–| x CH4(g) ∆m1 = 56.04 u C6H3(OH)3(g) (CH3)3–xAl-Ox–| → x ((HO)x–C6H3-(O2)(3-x)/2)3-x-Al-Ox-| (3-x) CH4(g) ∆m2 = 94.02 u x = 1.25

Reaksjonsmekanismen med fast grad av reaktivitet til OH-grupper ifølge observasjoner med QCM: The reaction mechanism with a fixed degree of reactivity to OH groups according to observations with QCM:

Phl-tilfelle: Phl case:

Al(CH3)3(g) 1.87 HO–| → (CH3)1.13Al-O1.87–| 1.87 CH4(g) ∆m1 = 42.08 u 1.13 C6H4(OH)2(g) (CH3)1.13Al-O1.87–| → (HO–C6H4-O)1.13-Al-O1.87-| 1.13 CH4(g) Al(CH3)3(g) 1.87 HO–| → (CH3)1.13Al-O1.87–| 1.87 CH4(g) ∆m1 = 42.08 u 1.13 C6H4(OH)2(g) (CH3)1.13Al-O1.87–| → (HO–C6H4-O)1.13-Al-O1.87-| 1.13 CH4(g)

∆m2 = 147.03 u Δm2/ Δm1 = 3.5 ∆m2 = 147.03 u Δm2/ Δm1 = 3.5

Hq-tilfelle: Hq case:

Al(CH3)3(g) 1.25 HO–| → (CH3)1.75Al-O1.25–| 1.25 CH4(g) ∆m1 = 52.03 u C6H3(OH)3(g) (CH3)1.75Al-O1.25–| → (HO)1.25–C6H3-(O2)0.875-Al-O1.25-| 1.75 CH4(g) ∆m2 = 98.03 u Δm2/ Δm1 = 1.9 Al(CH3)3(g) 1.25 HO–| → (CH3)1.75Al-O1.25–| 1.25 CH4(g) ∆m1 = 52.03 u C6H3(OH)3(g) (CH3)1.75Al-O1.25–| → (HO)1.25–C6H3-(O2)0.875-Al-O1.25-| 1.75 CH4(g) ∆m2 = 98.03 u Δm2/ Δm1 = 1.9

Den prinsippielle funksjonen av denne oppfinnelsen er en teknikk/metode eller prosedyre en kan anvende for å deponere film med en organisk-uorganisk struktur. Filmen fremstilles ved en gassfasedeponeringsteknikk utnyttende selv hindrende overflatereaksjoner med individuelle gassfaseforløpere. Forløperne produseres sekvensielt, hver etterfulgt av en spyling med en inert gass for å unngå gassfasereaksjoner. Fremgangsmåten er tidligere blitt benyttet for rene uorganiske materialer og blir kalt slike navn som ALCVD (Atomic Layer Chemical Vapour Deposition, eller ALE = Atomic Layer Epitaxy, eller ALD = Atomic Layer Deposition). The principle function of this invention is a technique/method or procedure one can use to deposit a film with an organic-inorganic structure. The film is produced by a gas-phase deposition technique utilizing self-inhibiting surface reactions with individual gas-phase precursors. The precursors are produced sequentially, each followed by a purge with an inert gas to avoid gas phase reactions. The procedure has previously been used for pure inorganic materials and is called such names as ALCVD (Atomic Layer Chemical Vapor Deposition, or ALE = Atomic Layer Epitaxy, or ALD = Atomic Layer Deposition).

Denne oppfinnelsen kan anvendes til å fremstille en type organisk-uorganisk materiale som er bygget ved kjemiske reaksjoner. De fysiske egenskapene til materialene er ikke viktig i denne oppfinnelsen men snarere fremgangsmåten for fremstilling av slike materialer. Følgelig er alle typer av materialer konstruert av organiske blokker og uorganiske blokker med ALCVD (ALD, ALE) fremgangsmåten eller lignende måter bør være innenfor omfanget av denne oppfinnelsen. This invention can be used to produce a type of organic-inorganic material that is built by chemical reactions. The physical properties of the materials are not important in this invention, but rather the method for producing such materials. Accordingly, all types of materials constructed from organic blocks and inorganic blocks with the ALCVD (ALD, ALE) process or similar ways should be within the scope of this invention.

Relaterte fremgangsmåter som hovedsakelig er solgt som CVD metoder, men som i prinsippet er beslektet med ALCVD bør også være inkludert. I dette aspekt er alle metoder som tillater ideologien å separate introdusere forskjellige forløpere på substratene være inkludert. Dette kan utføres ved enten å bevege substratene mellom forskjellige forløpersoner eller å flytte forløperlinjene over de forskjellige substratene eller en blanding av begge. Related methods that are mainly sold as CVD methods but are in principle related to ALCVD should also be included. In this aspect, all methods that allow the ideology to separately introduce different precursors on the substrates are included. This can be done by either moving the substrates between different precursors or moving the precursor lines across the different substrates or a mixture of both.

Filmene er blitt deponert anvendende en F-120 Sat (ASM Mirochemistry) reaktor ved å anvende trimetylaluminium, heretter betegnet TMA, (Crompton, teknisk kvalitet), hydroquinon(1,4-dihydroksybenzen, heretter referert til som Hq) (BDH Laboratory Supplies, >99%) og/eller floroglusinol (1,3,5-trihydroksybenzen, heretter referert til som Phl) (Merck, >99%) som forløpere. Temperaturen til TMA forløperen ble holdt ved 20 °C under filmvekst mens hydroquinon og floroglusinol var sublimert ved 140 °C og 175 °C. The films have been deposited using an F-120 Sat (ASM Mirochemistry) reactor using trimethylaluminum, hereafter referred to as TMA, (Crompton, technical grade), hydroquinone (1,4-dihydroxybenzene, hereafter referred to as Hq) (BDH Laboratory Supplies, >99%) and/or phloroglucinol (1,3,5-trihydroxybenzene, hereafter referred to as Phl) (Merck, >99%) as precursors. The temperature of the TMA precursor was maintained at 20 °C during film growth while hydroquinone and phloroglucinol were sublimed at 140 °C and 175 °C.

Nitrogen ble fremstilt innomhus anvendende en Schmidlin Nitrox 3001 generator (99.999% som N<2>+Ar) og anvendt som spyle- og bæregass. Trykket til reaktoren under vekst ble opprettholdt ved 1.8 mbar ved å anvende et inert gassflow på 300 cm3 min-1. Nitrogen was produced in-house using a Schmidlin Nitrox 3001 generator (99.999% as N<2>+Ar) and used as purge and carrier gas. The pressure of the reactor during growth was maintained at 1.8 mbar by using an inert gas flow of 300 cm3 min-1.

Puls- og spyleparametrene til filmveksten ble undersøkt ved å anvende en kvarts krystallmonitor (QCM), ved å anvende to 5 MHz gull eller sølvbelagte krystallsensorer og en Matex MT-400 krystallmonitor forbundet til en datamaskin. Denne konstellasjon gjorde det mulig å prøve to sensorer samtidig med en 10 Hz opptakshastighet. The pulse and flush parameters of the film growth were investigated using a quartz crystal monitor (QCM), using two 5 MHz gold or silver coated crystal sensors and a Matex MT-400 crystal monitor connected to a computer. This constellation made it possible to test two sensors simultaneously with a 10 Hz acquisition rate.

Et Siemens D5000 diffraktometer i θ-θ modus, utstyrt med et göbel speil produserende parallell Cu Kα stråling ble anvendt til røntgenprofilometritykkelsesmålinger og til konvensjonell røntgendiffraksjonsanalyse. A Siemens D5000 diffractometer in θ-θ mode, equipped with a Göbel mirror producing parallel Cu Kα radiation was used for X-ray profilometry thickness measurements and for conventional X-ray diffraction analysis.

IR analyse ble utført på filmer deponert på begge sider av dobbeltpolerte Si(100) substrater og anvendende et blankt Si(100) substrat som referanse. Et Perkin Elmer FT-IR system 2000 ble anvendt til dette formål. IR analysis was performed on films deposited on both sides of double-polished Si(100) substrates and using a blank Si(100) substrate as a reference. A Perkin Elmer FT-IR system 2000 was used for this purpose.

Filmene ble deponert på natronkalk og Si(100) substrater ved sekvensiell pulsering av TMA og enten hydroquinon eller floroglusinol. Det ble også fremstilt film hvor de organiske pulsene skiftevis ble endret mellom hydrokinon og floroglusinol på en Al-O-Hq-Al-O-Phl måte. The films were deposited on soda lime and Si(100) substrates by sequential pulsing of TMA and either hydroquinone or phloroglucinol. A film was also produced where the organic pulses were alternately changed between hydroquinone and phloroglucinol in an Al-O-Hq-Al-O-Phl manner.

Substratmaterialet er ikke begrenset til de her anvendte typene av materialer men kan være et hvilket som helst materiale reaktiv mot minst en av forløperne. The substrate material is not limited to the types of materials used here, but can be any material reactive towards at least one of the precursors.

Anvendelser av hybridtynnfilm. Applications of hybrid thin film.

Hybridmaterialer kan ha anvendelser i nesten enhver type av området som man kan forestille seg. Dets begrensninger i anvendelse kan snarere forestilles som begrensninger av filmene selv. Siden en av bestanddelene i disse filmene er et organisk materiale, inklusiv her biomolekyler, vil den termiske stabiliteten til disse filmene være begrenset av stabiliteten til disse bestanddeler. En annen effekt som man kan forestille seg ved første øyekast som en begrensning er hybridmaterialestabilitet mot naturlig atmosfære eller faktisk ytre kjemisk miljø. Dette håndteres i dag ved fremstilling av organiske lysutsendende anordninger, som også har disse betydelige begrensninger mot vann og oksygeneksponering. Dette kan imidlertid også brukes som en fordel hvis man anser materialet som sensorer mot en slik eksponering. Hybrid materials can have applications in almost any type of field imaginable. Rather, its limitations in application can be imagined as limitations of the films themselves. Since one of the constituents of these films is an organic material, including here biomolecules, the thermal stability of these films will be limited by the stability of these constituents. Another effect that one might imagine at first glance as a limitation is hybrid material stability against natural atmosphere or indeed external chemical environment. This is handled today by the production of organic light-emitting devices, which also have these significant limitations against water and oxygen exposure. However, this can also be used as an advantage if one considers the material as sensors against such exposure.

Noen av de områder hvor hybridtynnfilm kan komme til anvendelse er: Some of the areas where hybrid thin film can be used are:

Optiske materialer Optical materials

Sannsyligvis den første anvendelsen av tynnfilm generelt var som et optisk materiale. Ved anvendelse av tynnfilm med tykkelse i størrelsesorden til den interessante bølgelengden, vil en endre den optiske egenskapen til materialet. Denne tilgangsvinkelen anvendes ved fremstilling av antirefleksjonsbelegg. På den samme måte kan reflektive belegg fremstilles. Mere sofistikerte bølgelengdefiltre kan fremstilles ved alternere deponeringsmaterialer med høy og lav refleksjonsindeks. Probably the first application of thin film in general was as an optical material. When using a thin film with a thickness of the order of magnitude of the wavelength of interest, the optical properties of the material will change. This access angle is used in the production of anti-reflection coatings. In the same way, reflective coatings can be produced. More sophisticated wavelength filters can be produced by alternating deposition materials with a high and low reflection index.

ALCVD teknikken er kun sporadisk blitt demonstrert som nyttig for fremstilling av optiske materialer selv om den bør vise en overlegen evne til å fremstille skape klare faseoverganger. En grunn er at langsomheten av ALCVD prosessen sammenlignet med andre lengre anvendte teknikker. Dette bildet er ikke nødvendigvis riktig for tynnfilm av hybridtypen siden enhetene som deponeres er mye større i størrelse sammenlignet med rene uorganiske film. Til sammenligning involverer deponering av ca.50 nm av en Al-Phl type hybridfilm kun omkring 80 pulssekvenser, og uoptimert har den en veksthastighet på ca.0.18 nm/s = 0.64 μm/h. Dette kan økes ytterligere ved bruk av større typer organiske molekyler enn fluroglusinol. The ALCVD technique has only sporadically been demonstrated to be useful for the production of optical materials although it should show a superior ability to produce clear phase transitions. One reason is the slowness of the ALCVD process compared to other longer used techniques. This picture is not necessarily correct for thin films of the hybrid type since the units deposited are much larger in size compared to pure inorganic films. In comparison, deposition of approx. 50 nm of an Al-Phl type hybrid film only involves around 80 pulse sequences, and unoptimized it has a growth rate of approx. 0.18 nm/s = 0.64 μm/h. This can be further increased by using larger types of organic molecules than fluroglucinol.

Refleksjonsindekset for de forskjellige sjiktene til hybridmaterialer kan endres med varierende typer av materialer som anvendes. Hybridmaterialer kan også anvendes sammen med seksjoner av rene uorganiske sjikter for å øke allsidigheten. The reflection index of the different layers of hybrid materials can change with varying types of materials used. Hybrid materials can also be used together with sections of pure inorganic layers to increase versatility.

På denne måten kan film som utviser egenskaper som: antirefleksjon, økt refleksjon, cut-on eller cut-off filtre, smalbånd eller bredbånd filtre fremstilles. In this way, films exhibiting properties such as: anti-reflection, increased reflection, cut-on or cut-off filters, narrowband or broadband filters can be produced.

Typene av organiske eller uorganiske materialer som anvendes kan endres med et monolags oppløsning. Dette vil muliggjøre at man kan anvendes adskillige forskjellige typer av materialer i løpet av et filmdeponeringsforløp. Dette kan fremstille filmer som ser ut som graderte filmer med hensyn til endring i refleksjonsindeks eller andre fysikalske egenskaper. Slike materialer er av høy interesse innen tynnfilmsoptikk siden et høyt godhetstall kan oppnås. The types of organic or inorganic materials used can be changed with a monolayer solution. This will enable several different types of materials to be used during a film deposition process. This can produce films that look like graded films with respect to changes in reflective index or other physical properties. Such materials are of great interest in thin film optics since a high figure of merit can be achieved.

Optiske filmer kan anvendes for andre typer av anvendelser enn avbildning hvis det er mulig å påvirke de optiske egenskapene på en eller måte. Tiltak man kan forestille seg er: Optical films can be used for other types of applications than imaging if it is possible to influence the optical properties in some way. Measures that can be imagined are:

- Å påvirke tykkelsen av de individuelle sjiktene til tynnfilmene. - To influence the thickness of the individual layers of the thin films.

- Å endre refleksjonsindeks ved endring av kjemien i materialet. - To change the reflection index by changing the chemistry of the material.

Hybridmaterialer er en klasse av materialer som er meget mottakelig for innflytelser som kan endre tykkelsen, refleksjonsindeks eller begge. Grunnen til dette er deres mykhet og åpne struktur sammen med de uorganiske materialene. Dette gjør materialene ideelle som sensormaterialer med et utbytte i endring av optiske effekter, for eksempel endring av farge. Hybrid materials are a class of materials that are highly susceptible to influences that can change the thickness, reflectance index or both. The reason for this is their softness and open structure together with the inorganic materials. This makes the materials ideal as sensor materials with a benefit in changing optical effects, for example changing color.

Anvendelse som utnytter disse effekter vil bli beskrevet nedenfor. Applications that utilize these effects will be described below.

Optisk hybridmaterialer som trykksensorer Optical hybrid materials as pressure sensors

En umiddelbar effekt av konstriksjon av et optisk multisjiktsbølgelengdefilter ved materialer som anses å være myke er av den optiske effekten er trykkfølsom. Ved å påføre et trykk til filmstakken vil den fysiske tykkelsen bli noe endret, hvilket igjen vil påvirke de optiske egenskapene dvs. endre bølgelengden av transmittert lys for bølgelengdefilteret. An immediate effect of constriction of an optical multilayer wavelength filter in materials considered to be soft is of the optical effect is pressure sensitive. By applying a pressure to the film stack, the physical thickness will be somewhat changed, which in turn will affect the optical properties, ie change the wavelength of transmitted light for the wavelength filter.

Optiske hybridmaterialer som gassensorer Optical hybrid materials as gas sensors

Hybridmaterialer har en krystallstruktur som er avhengig av pakningseffektiviteten til de organiske molekylene i strukturen. Kreftene mellom disse molekyler er ofte av van der Waals karakter og følgelig ikke for sterke. Dette tilsier at størrelsen av krystallenhetsgitteret er mottakelig for eksterne effekter som gassmolekylabsorbering mellom disse organiske molekyler. Hvis et optisk tynnfilmmateriale er konstruert av et slikt materiale, så vil gassabsorpsjon manifistere seg ved en endring av den fysiske tykkelsen og igjen en endring av de optiske egenskapene på den samme måten som nevnt for trykksensorer. Hybrid materials have a crystal structure that depends on the packing efficiency of the organic molecules in the structure. The forces between these molecules are often van der Waals in nature and therefore not too strong. This implies that the size of the crystal unit lattice is susceptible to external effects such as gas molecule absorption between these organic molecules. If an optical thin film material is constructed from such a material, then gas absorption will manifest itself by a change in the physical thickness and again a change in the optical properties in the same way as mentioned for pressure sensors.

Det bør være mulig å konstruere materialer med organiske molekyler som er mer følsomme mot noen typer av gassmolekyler enn andre og følgelig virker som selektive gassensorer. It should be possible to construct materials with organic molecules that are more sensitive to some types of gas molecules than others and consequently act as selective gas sensors.

Effekten av endring i fysisk tykkelse med en ekstern gass er allerede demonstrert ved luftbehandling av Al-Hq og Al-Phl filmer. Det er interessant med hensyn til dette å bemerke at tykkelsesendringen ved utsettelse for normal luft resulterer i en økning i tykkelse for Al-Phl og en minskning i tykkelse for Al-Hq tilfellet. Følgelig ved å kombinere forskjellige typer av hybridmaterialer kan mange interessante optiske effekter fremstilles. The effect of change in physical thickness with an external gas has already been demonstrated by air treatment of Al-Hq and Al-Phl films. It is interesting in this regard to note that the thickness change upon exposure to normal air results in an increase in thickness for the Al-Phl and a decrease in thickness for the Al-Hq case. Consequently, by combining different types of hybrid materials, many interesting optical effects can be produced.

Optiske hybridmaterialer som temperatursensorer Optical hybrid materials as temperature sensors

Den fysiske tykkelsen av materialer vil bli påvirket av temperatur, spesielt når van der Waals interaksjoner tar del i strukturen eller strukturen består av lange kjeder slik som I tilfellet med mange typer av hybridmaterialer. Dette vil igjen manifistere seg selv ved endring i de optiske egenskapene til optiske tynnfilm og således fungere som temperatursensorer. The physical thickness of materials will be affected by temperature, especially when van der Waals interactions take part in the structure or the structure consists of long chains as in the case of many types of hybrid materials. This will in turn manifest itself by a change in the optical properties of optical thin films and thus function as temperature sensors.

Optiske hybridmaterialer som magnetisk feltsensorer Optical hybrid materials as magnetic field sensors

Evnen til å kombinere både organiske og uorganiske materialer gir anledning til et stort antall muligheter. En slik mulighet er å anvende magnetisk aktivt uorganisk materiale for fremstilling av hybridmaterialene. Disse uorganiske deler kan interagere med eksterne magnetiske felt og følgelig gi anledning til endring i tykkelse av materialet. Dette vil igjen endre de optiske egenskapene til optiske tynnfilm konstruert av slike materialer. Hybridmaterialene kan gi økt egenskaper ved deponering av disse under påvirkning av et relativt sterk magnetisk felt under konstruksjon. The ability to combine both organic and inorganic materials gives rise to a large number of possibilities. One such possibility is to use magnetically active inorganic material for the production of the hybrid materials. These inorganic parts can interact with external magnetic fields and consequently give rise to a change in the thickness of the material. This in turn will change the optical properties of optical thin films constructed from such materials. The hybrid materials can provide increased properties when deposited under the influence of a relatively strong magnetic field during construction.

Det er adskillige muligheter for å finne effekter som vil resultere i endring i tykkelse. En ikke så åpenlys er hvis der er aromatiske ringer tilstede i de organiske molekylene. Et magnetisk felt vil indusere strømninger i disse ringstrukturer som igjen vil indusere et magnetisk felt. Resultatet er at disse strukturer vil ha en drivende kraft for å rette seg selv inn i et magnetisk felt. Størrelsesorden av denne kraften vil være større for større strukturer av aromatiske ringer. There are several possibilities for finding effects that will result in a change in thickness. A not so obvious one is if there are aromatic rings present in the organic molecules. A magnetic field will induce currents in these ring structures which will in turn induce a magnetic field. The result is that these structures will have a driving force to align themselves in a magnetic field. The order of magnitude of this force will be greater for larger structures of aromatic rings.

En mer åpenlys effekt er hvis der er metallelementer med uparrede spinn. Disse spinn vil bli påvirket av det eksterne magnetiske felt. Dette kan indusere rotasjon av metallpolyhedra i strukturen hvilket igjen vil påvirke tykkelsen. Hvis noen av disse metallatomer inntar en orden med høyere rekkevidde så kan strukturer som er ferromagnetiske eller anti-ferromagnetiske oppstå. Disse vil totalt sett bli påvirket av et eksternt felt i en høyere grad enn nevnt over. Hele sjiktet av filmstrukturen kan føle kontraktive eller repulsive krefter til magnetfeltet avhengig av orienteringen av det interne magnetiske felt. Dette kan faktisk resultere i strukturer hvor alternerende sjikter i filmstrukturen trekker seg sammen eller støtes fra hverandre. Dette vil være en ekstremt interessant struktur ut fra et teoretisk synspunkt. A more obvious effect is if there are metallic elements with unpaired spins. These spins will be affected by the external magnetic field. This can induce rotation of metal polyhedra in the structure, which in turn will affect the thickness. If some of these metal atoms assume a higher range order then structures that are ferromagnetic or anti-ferromagnetic can occur. Overall, these will be affected by an external field to a higher degree than mentioned above. The entire layer of the film structure can feel contractive or repulsive forces of the magnetic field depending on the orientation of the internal magnetic field. This can actually result in structures where alternating layers in the film structure contract or are pushed apart. This would be an extremely interesting structure from a theoretical point of view.

Optiske hybridmaterialer som elektrisk feltsensorer Optical hybrid materials as electric field sensors

Elektriske felter vil indusere styrker i dipolare molekyler. Hvis et hybridmateriale er konstruert av slike molekyler som en av dens bygningselementer, da vil den fysiske tykkelsen bli påvirket av eksterne elektriske felt. Følgelig vil materialet utvise piezoelektriske effekter. Det er viktig at det er et overskudd av bipolare molekyler med en spesiell orientering i hybridmaterialet slik at det produseres en total elektrisk polarisasjon. Denne kan økes ved deponering av disse filmer under elektriske felter. Electric fields will induce forces in dipolar molecules. If a hybrid material is constructed of such molecules as one of its building blocks, then its physical thickness will be affected by external electric fields. Consequently, the material will exhibit piezoelectric effects. It is important that there is an excess of bipolar molecules with a particular orientation in the hybrid material so that a total electrical polarization is produced. This can be increased by depositing these films under electric fields.

Elektriske egenskaper Electrical properties

Sensoreffektene til hybridmaterialer er blitt eksemplifisert over på basis av en optisk konstruksjon, imidlertid, generelt for alle materialene, bør en endring i fysisk størrelse av et materiale også påvirke de elektriske egenskapene. Dette bør være målbar som en endring i motstanden til tynnfilmen eller andre elektriske effekter og følgelig også anvendelig for sensoravlesing. Det har blitt vist mulig å konstruere hybridmaterialer med variende grad av elektrisk båndgap (D. B. Mitzi, Progress in Inorganic Chemistry, 48 (1999) 1-121. og D. B. Mitzi i Chemistry of Materials 13 (2001) 3283-3298). The sensing effects of hybrid materials have been exemplified above on the basis of an optical design, however, in general for all materials, a change in physical size of a material should also affect the electrical properties. This should be measurable as a change in the resistance of the thin film or other electrical effects and consequently also applicable for sensor reading. It has been shown possible to construct hybrid materials with varying degrees of electrical band gap (D. B. Mitzi, Progress in Inorganic Chemistry, 48 (1999) 1-121. and D. B. Mitzi in Chemistry of Materials 13 (2001) 3283-3298).

Størrelsen av disse båndgapene bør være påvirket av den fysiske størrelsen av filmen og følgelig gi anledning til elektrisk målbare effekter. The size of these band gaps should be influenced by the physical size of the film and consequently give rise to electrically measurable effects.

Med basis i disse effekter bør det være mulig å fremstille materialer som også utviser pyroelektrisitet. Based on these effects, it should be possible to produce materials that also exhibit pyroelectricity.

Muligheten for å fremstille materialer som utviser piezoelektrisitet muliggjør også fremstillingen av aktuatorer og resonatorer. The possibility of producing materials that exhibit piezoelectricity also enables the production of actuators and resonators.

Hvis egenskapene nevnt over er stabilisert i en eller flere av de påvirkede tilstandene, vil dette da fremstille materialer som kan være ferroelektrisiske, ferromagnetiske og undergrupper av disse fenomener. If the properties mentioned above are stabilized in one or more of the affected states, this will produce materials that can be ferroelectric, ferromagnetic and subgroups of these phenomena.

Det kan konstrueres hybridmaterialer med varierende grad av elektrisk isolasjonsevne, avhengig av både de organiske og uorganiske molekylene som anvendes. Det bør være mulig å konstruere materialer som utviser elektrisk ledning inn i sjiktene, men ikke normalt på sjiktene. Dette er typisk for sjiktstrukturer. På den samme måten kan det være mulig å konstruere det motsatte tilfellet ved å produsere endimensjonelle strukturer av hybridmaterialer. Hybrid materials can be constructed with varying degrees of electrical insulation, depending on both the organic and inorganic molecules used. It should be possible to construct materials that exhibit electrical conduction into the layers, but not normally onto the layers. This is typical for layered structures. Similarly, it may be possible to engineer the opposite case by producing one-dimensional structures of hybrid materials.

Isolerende materialer kan konstrueres ut fra organiske molekyler uten aromatiske forbindelser og med kun enkelt karbonbindinger og fra uorganiske elementer i deres høyeste oksidasjonstilstand. Begge kravene må ikke nødvendigvis oppfylles samtidig siden det allerede er blitt demonstrert at Al-Hq og Al-Phl filmer er isolerende selv om de inneholder aromatiske organiske molekyler. Insulating materials can be constructed from organic molecules without aromatic compounds and with only single carbon bonds and from inorganic elements in their highest oxidation state. Both requirements do not necessarily have to be fulfilled at the same time since it has already been demonstrated that Al-Hq and Al-Phl films are insulating even if they contain aromatic organic molecules.

Ved å introdusere metalliske elementer i en lavere oksidasjonstilstand enn deres høyeste eller ved konstruksjon av langtrekkende organiske bindinger bør det være mulig å introdusere både halvledning (p- og n-type) og metallisk ledning. By introducing metallic elements in a lower oxidation state than their highest or by constructing long-range organic bonds, it should be possible to introduce both semiconductor (p- and n-type) and metallic conduction.

Man kan også forestille seg at ved introduksjon av elementer slik som Nb eller Hg, kan materialene gjøres superledende ved lave temperaturer. Det bør også være mulig å fremstille HTc materialer ved deponering av seksjoner med slike materialer mellom sjikter med ren hybridstruktur. Stakken bør stadig anses som et hybridmateriale. One can also imagine that by introducing elements such as Nb or Hg, the materials can be made superconducting at low temperatures. It should also be possible to produce HTc materials by depositing sections with such materials between layers with a pure hybrid structure. The stack should still be considered a hybrid material.

Hybridtynnfilm blir i dag anvendt som elektroluminessensmateriale i organiske lysemitterende dioder. Vi bør ha som mål å fremstille materialer som utviser slike egenskaper med denne teknikk. En slik kandidat vil være anvendelsen av TMA og kinolin. Hybrid thin film is currently used as an electroluminescent material in organic light-emitting diodes. We should aim to produce materials that exhibit such properties with this technique. One such candidate would be the application of TMA and quinoline.

Andre typer av optisk aktive materialer som man bør søke etter er fotovoltiske materialer. Dette er i prinsippet det motsatte av elektroluminescente materialer og bør forbindes til dette området. Other types of optically active materials that one should look for are photovoltaic materials. This is in principle the opposite of electroluminescent materials and should be connected to this area.

Lyshøstende materialer er typisk også av en hybridnatur og kan anvendes som bølgelengdeshiftmaterialer. Et eksempel er filtre omdannende UV lys til synlig eller nær IR lys. Light-harvesting materials are typically also of a hybrid nature and can be used as wavelength shift materials. An example is filters converting UV light into visible or near IR light.

Et område som generelt påvirker de samme områdene er fotoionisk, ikke-lineære optikk, kromofore materialer og andre. An area that generally affects the same areas is photoionic, non-linear optics, chromophoric materials and others.

Summeringen av disse effektene er at hybridfilmer kan anvendes innenfor nesten et hvilket som helst type område fra flat panelskjermer og smarte vinduer til dannelsen av lagre, aktuatorer og sensorer. The summation of these effects is that hybrid films can be used in almost any type of area from flat panel displays and smart windows to the formation of bearings, actuators and sensors.

Vi har demonstrert at filmer av Al-Hq og Al-Phl endrer deres fysiske tykkelse ved luftbehandling og således vist at disse materialer er potensielle sensormaterialer hvor den fysiske tykkelsen overvåkes på en måte. We have demonstrated that films of Al-Hq and Al-Phl change their physical thickness during air treatment and have thus shown that these materials are potential sensor materials where the physical thickness is monitored in a way.

Claims (11)

PatentkravPatent claims 1.1. Fremgangsmåte for fremstilling av en tynnfilm med en organisk-uorganisk struktur på et substrat ved en gassfasedeponeringsteknikk fremstilt ved ALCVD, k a r -a k t e r i s e r t v e d at den omfatter de følgende trinn:Method for producing a thin film with an organic-inorganic structure on a substrate by a gas phase deposition technique produced by ALCVD, characterized in that it comprises the following steps: a) – å bringe substratet i kontakt med en puls av en uorganisk forløper valgt blant gruppen bestående av metallalkyler og metallhalogenider, hvor metall er valgt blant gruppen bestående av Al, Si, Sn, Zn, Mg, Ti, Zr, V, Mn, Fe, Co, Cr, og Pt; b) – å reagere den uorganiske forløperen med minst en overflate til substratet; c) – å fjerne ikke-reagert uorganisk forløper og reaksjonsbiprodukter hvis noen; d) – å bringe overflaten til nevnte substrat i kontakt med en puls av en organisk forløper hvor den organiske forløperen er organisk forbindelse substituert med med 2-6 substituenter valgt blant gruppen bestående av –OH, -COOH, -SH, -NH2, -SO4H, -SO3H, -PO4H, og -NH3I, hvor den organiske forbindelsen er valgt blant rettkjedede eller forgrenede alkaner, cykloalkaner, alkener, mono- og polycykliske aromatiske grupper, heterocykliske aromatiske grupper, hvor den organiske forbindelsen eventuelt kan omfatte andre substituenter enn de minst to reaktive substituentene, og hvor den organiske forløperen kan bringes på gassfase;a) - bringing the substrate into contact with a pulse of an inorganic precursor selected from the group consisting of metal alkyls and metal halides, where the metal is selected from the group consisting of Al, Si, Sn, Zn, Mg, Ti, Zr, V, Mn, Fe, Co, Cr, and Pt; b) – reacting the inorganic precursor with at least one surface of the substrate; c) – to remove unreacted inorganic precursor and reaction by-products if any; d) - bringing the surface of said substrate into contact with a pulse of an organic precursor where the organic precursor is an organic compound substituted with with 2-6 substituents selected from the group consisting of –OH, -COOH, -SH, -NH2, - SO4H, -SO3H, -PO4H, and -NH3I, where the organic compound is selected from straight-chain or branched alkanes, cycloalkanes, alkenes, mono- and polycyclic aromatic groups, heterocyclic aromatic groups, where the organic compound may possibly include other substituents than those at least two reactive substituents, and where the organic precursor can be brought to gas phase; e) – å reagere den organiske forløperen med den uorganiske forbindelse bundet til substratet for å danne et organisk uorganisk hybridsjikt;e) - reacting the organic precursor with the inorganic compound bound to the substrate to form an organic-inorganic hybrid layer; f) – å fjerne ikke-reagert organisk forløper og reaksjonsbiprodukter hvis noen; g) – å gjenta trinn a) til f) inntil den ønskede filmtykkelsen er oppnådd.f) – to remove unreacted organic precursor and reaction by-products if any; g) – to repeat steps a) to f) until the desired film thickness is achieved. 2.2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, k a r a k t e r i s e r t v e d at trinnene a) til c) gjentas en eller flere ganger før trinnene d) til f) utføres.Method according to claim 1, characterized in that steps a) to c) are repeated one or more times before steps d) to f) are performed. 3.3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, k a r a k t e r i s e r t v e d at fremgangsmåten videre omfatter å utføre trinnene d) og f) en eller flere ganger før trinnene a) til g) utføres.Method according to claim 1 or 2, characterized in that the method further comprises performing steps d) and f) one or more times before steps a) to g) are performed. 4.4. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1-3, k a r a k -t e r i s e r t v e d at fjernelse av ikke-reagerte forløpere og biprodukter i trinn c) og f) utføres ved spyling med en inert gass, fortrinnsvis nitrogen.Method according to any one of claims 1-3, characterized in that the removal of unreacted precursors and by-products in steps c) and f) is carried out by purging with an inert gas, preferably nitrogen. 5.5. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1-4, k a r a k -t e r i s e r t v e d at substratet omfatter et monosjikt av en organisk del bundet til overflaten, før trinn a) utføres for første gang.Method according to any one of claims 1-4, characterized in that the substrate comprises a monolayer of an organic part bound to the surface, before step a) is carried out for the first time. 6.6. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1-5, k a r a k -t e r i s e r t v e d at pulsen i trinn a) har en varighet på 0.1 til 5 s, fortrinnsvis 0.2 til 2 s.Method according to any one of claims 1-5, characterized in that the pulse in step a) has a duration of 0.1 to 5 s, preferably 0.2 to 2 s. 7.7. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1-6, k a r a k -t e r i s e r t v e d at spylingen i trinn c) og f) har en varighet på 0.1 til 5 s, fortrinnsvis 0.2 til 2 s, mest foretrukket 0.5 s.Method according to any one of claims 1-6, characterized in that the flushing in steps c) and f) has a duration of 0.1 to 5 s, preferably 0.2 to 2 s, most preferably 0.5 s. 8.8. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1-7, k a r a k -t e r i s e r t v e d at pulsen av den organiske forløperen har en varighet på 0.1 til 5 s, fortrinnsvis 0.2 til 2 s.Method according to any one of claims 1-7, characterized in that the pulse of the organic precursor has a duration of 0.1 to 5 s, preferably 0.2 to 2 s. 9.9. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1-8, k a r a k -t e r i s e r t v e d at den uorganiske forløperen omfatter et elektropositivt metall, fortrinnsvis Al, Si, Sn, Zn, Mg, Ti, V, Mn, Fe, Co, Cr eller Pt og den organiske forløperen er en organisk forbindelse substiuert med 2-6, mer foretrukket 2-3 substituenter valgt blant gruppen bestående av –OH, –COOH, -SH,Method according to any one of claims 1-8, characterized in that the inorganic precursor comprises an electropositive metal, preferably Al, Si, Sn, Zn, Mg, Ti, V, Mn, Fe, Co, Cr or Pt and the the organic precursor is an organic compound substituted with 2-6, more preferably 2-3 substituents selected from the group consisting of –OH, –COOH, –SH, –SO4H, –SO3H, –PO4H, -NH2og –NH3I.–SO4H, –SO3H, –PO4H, –NH2 and –NH3I. 10.10. Fremgangsmåte ifølge krav 9, k a r a k t e r i s e r t v e d at den organiske forløperen er benzen substitutert med 2-6, mer foretrukket 2-3Process according to claim 9, characterized in that the organic precursor is benzene substituted with 2-6, more preferably 2-3 hydroksylgrupper.hydroxyl groups. 11.11. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 9-10, k a r a k -t e r i s e r t v e d at en tynnfilm omfattende monosjikter av benzenaluminiumoksid er fremstilt.Method according to any one of claims 9-10, characterized in that a thin film comprising monolayers of benzene aluminum oxide is produced.
NO20073885A 2004-12-28 2007-07-24 Process for the preparation of thin film by gas phase deposition technique NO343742B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NO20073885A NO343742B1 (en) 2004-12-28 2007-07-24 Process for the preparation of thin film by gas phase deposition technique

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NO20045674A NO20045674D0 (en) 2004-12-28 2004-12-28 Thin films prepared with gas phase deposition technique
PCT/NO2005/000488 WO2006071126A1 (en) 2004-12-28 2005-12-28 Thin films prepared with gas phase deposition technique
NO20073885A NO343742B1 (en) 2004-12-28 2007-07-24 Process for the preparation of thin film by gas phase deposition technique

Publications (2)

Publication Number Publication Date
NO20073885L NO20073885L (en) 2007-09-26
NO343742B1 true NO343742B1 (en) 2019-05-27

Family

ID=38792405

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NO20073885A NO343742B1 (en) 2004-12-28 2007-07-24 Process for the preparation of thin film by gas phase deposition technique

Country Status (1)

Country Link
NO (1) NO343742B1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6400489B1 (en) * 1999-07-06 2002-06-04 Sony Corporation Solid-state displacement element, optical element, and interference filter
US6752869B2 (en) * 2001-06-14 2004-06-22 Samsung Electronics Co., Ltd. Atomic layer deposition using organometallic complex with β-diketone ligand

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6400489B1 (en) * 1999-07-06 2002-06-04 Sony Corporation Solid-state displacement element, optical element, and interference filter
US6752869B2 (en) * 2001-06-14 2004-06-22 Samsung Electronics Co., Ltd. Atomic layer deposition using organometallic complex with β-diketone ligand

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
David B. Mitzi, Thin-Film Deposition of Organic−Inorganic Hybrid Materials, Chem. Mater., 2001, 13 (10), pp 3283–3298, American Chemical Society, Dated: 01.01.0001 *

Also Published As

Publication number Publication date
NO20073885L (en) 2007-09-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DK1838893T3 (en) Thin films made with gas phase deposition technique
US10767263B2 (en) Thin metal-organic framework film
Salmi et al. Studies on atomic layer deposition of MOF-5 thin films
JP6654753B2 (en) Substrate structure and method for preparing the same
Boscher et al. Atmospheric pressure chemical vapour deposition of SnSe and SnSe2 thin films on glass
KR20000013329A (en) Production process of thin film using atomic layer deposition
TWI382987B (en) Organometallic precursors for use in chemical phase deposition processes
Nilsen et al. Growth of calcium carbonate by the atomic layer chemical vapour deposition technique
Tokuhisa et al. Novel liquid crystalline oxadiazole with high electron mobility
Müller et al. Multimorphism in molecular monolayers: Pentacene on Cu (110)
Barr et al. Solution atomic layer deposition of smooth, continuous, crystalline metal–organic framework thin films
Momtazi et al. Biocompatible organic–inorganic hybrid materials based on nucleobases and titanium developed by molecular layer deposition
Hansen et al. Luminescent properties of multilayered Eu2O3 and TiO2 grown by atomic layer deposition
Pakkala et al. Atomic layer deposition
Uusi-Esko et al. Atomic layer deposition of hexagonal and orthorhombic YMnO3 thin films
US20090286674A1 (en) Activation of surfaces through gas phase reactions
NO343742B1 (en) Process for the preparation of thin film by gas phase deposition technique
WO2016166986A1 (en) Laminate and method for producing same
WO2008111850A2 (en) Synthesis of molecular metalorganic compounds
Kim et al. Characteristics of chemically vapor deposited TiN films prepared using tetrakis-ethylmethyl-amido-titanium
KR100643637B1 (en) Process for preparing nickel oxide thin film by atomic layer deposition using nickelii aminoalkoxide
CN111954674B (en) Aluminum precursors and methods of forming metal-containing films
Petrovic Boronic Acids in Molecular Layer Deposition
WO2019206746A1 (en) Process for the generation of metal-containing films
Abdulagatov Growth, characterization and post-processing of inorganic and hybrid organic-inorganic thin films deposited using atomic and molecular layer deposition techniques