Das neuartige NIST-Verfahren ist ein kostengünstiger Weg zu ultradünnen Platinfilmen

Das neuartige NIST-Verfahren ist ein kostengünstiger Weg zu ultradünnen Platinfilmen

Video: Ethical Hacking Full Course - Learn Ethical Hacking in 10 Hours | Ethical Hacking Tutorial | Edureka (Kann 2020).

Anonim

vom National Institute of Standards and Technology

Image

(Phys.org) - Eine Forschungsgruppe am National Institute of Standards and Technology (NIST) hat eine relativ einfache, schnelle und effektive Methode entwickelt, um gleichmäßige, ultradünne Schichten von Platinatomen auf einer Oberfläche abzuscheiden. Das neue Verfahren nutzt ein unerwartetes Merkmal der galvanischen Abscheidung von Platin: Wenn Sie die Reaktion viel stärker als üblich vorantreiben, wird der Metallabscheidungsprozess durch eine neue Reaktion abgeschaltet, die eine beispiellose Kontrolle der Filmdicke ermöglicht.

Platin ist ein weit verbreiteter industrieller Katalysator - in Autokatalysatoren und Wasserstoffbrennstoffzellen - sowie eine Schlüsselkomponente in der Mikroelektronik, sodass die Entdeckung eine weit verbreitete Anwendung bei der Entwicklung und Herstellung von Bauteilen auf Platinbasis finden könnte.

Das Metall ist selten und daher sehr teuer. Deshalb versuchen Materialingenieure, es sparsam als dünne Schicht auf einem Substrat zu verwenden. Sie möchten in der Lage sein, den Ablagerungsprozess bis hinunter zu einheitlichen einzelnen Schichten von Atomen zu steuern. Leider kooperiert Platin nicht immer.

Das am NIST untersuchte Modellsystem - das galvanische Abscheiden einer Platinschicht auf Gold - zeigt die herausfordernde Natur des Problems. Eine Spannung wird angelegt, um die Abscheidung von Platin von einer Elektrode auf die Goldoberfläche in einer wässrigen Lösung zu treiben. Normalerweise führt dies eher zu einer fleckigen und rauen Oberfläche als zu der gewünschten glatten und gleichmäßigen Schicht aus Platin, da Platin dazu neigt, sich zuerst an irgendwelche Defekte auf der Goldoberfläche zu binden und sich dann eher an sich selbst zu binden als an das Gold.

Image

Das NIST-Team hat festgestellt, dass eine Erhöhung der Spannung, der treibenden Kraft der Reaktion, die weit über dem Normalwert liegt und zu einem unerwarteten und nützlichen Ergebnis führt, wenn die Wassermoleküle sich zu zersetzen beginnen und Wasserstoffionen entstehen. Der Wasserstoff bildet schnell eine Schicht, die die frisch abgeschiedenen Platininseln bedeckt und die weitere Metallabscheidung vollständig abschreckt. Unter Verwendung einer Reihe von Analysetechniken, darunter eine Quarzkristall-Mikrowaage, Röntgenphotoelektronenspektroskopie und Rastertunnelmikroskopie, stellte die Gruppe fest, dass die Bildung der Wasserstoffschicht schnell genug war, um die Abscheidung auf die Bildung einer einzelnen Schicht von Platinatomen zu beschränken. Das Team entdeckte ferner, dass sie durch Pulsieren der angelegten Spannung die Wasserstoffschicht selektiv entfernen konnten, um zu ermöglichen, dass der Platinabscheidungsprozess wiederholt werden konnte, um eine weitere Schicht zu bilden.

Der Abscheidungsprozess findet in einem einzigen Beschichtungsbad statt und ist überraschend schnell - 1000-mal schneller als vergleichbare Filme, die zum Beispiel Molekularstrahlepitaxie verwenden. Es ist auch schneller, einfacher und weniger anfällig für Verunreinigungen als andere elektrochemische Techniken zum Abscheiden von Platinfilmen, wodurch es viel billiger wird.

Die Forscher sagen, dass die neuartige Technik auch mit einer Reihe anderer Metall- und Legierungskombinationen funktioniert, die Gegenstand laufender Forschung sind.