Pulsed technique cuts carbon contamination in iron film production by 68%
Researchers have developed a pulsed electron CVD process that dramatically reduces carbon impurities in iron films—dropping contamination from 32% to 10%—while improving iron content. The advance could enable cleaner, denser metal coatings for semiconductors, electronics, and advanced manufacturing at lower temperatures where traditional methods fail.
Originaltitel: Pulsed e-CVD of iron containing films
Pulserad elektronkemisk ångdeposition möjliggör järnfilmer med betydligt lägre kolhalt än tidigare metoder — en framsteg som kan öka efterfrågan på lågtemperaturkemiskdepositionssystem för metallytbeläggningar. Teknikens centrala fördel är att plasmafria elektroner driver reduktionen av järnföreningar istället för att kräva reaktiva gaserna, vilket eliminerar många föroreningar. Forskare vid Linköpings universitet demonstrerar att pulsering minskar kolinnehållet från cirka 32 procent vid kontinuerlig process till cirka 10 procent. Järnandelen ökar motsvarande från 27 till 38 procent. De testar två prekursorer — ferrocen och en järnamidinatförening — och tillskriver förbättringarna till minskade plasmareaktioner i gasvolymen när processer pausas mellan cykler. För leverantörer av beläggningsutrustning och metallkomponenttillverkare öppnar metoden vägar mot renare filmsamlingar vid rumstemperatur, relevant för elektronik och känsliga substratlager där värmetålighet är begränsad.
<p>Deposition of metals at low temperatures by chemical vapor deposition (CVD) is challenging when precursor reduction is thermodynamically unfavorable. We recently demonstrated electron CVD (e-CVD) of Fe, Co, and Ni from their respective metallocenes, where free electrons from a plasma drive reduction instead of using a molecular co-reactant. Prior work on Fe e-CVD reported substantial C and O incorporation, although a pulsed approach appeared to improve film density. Here, we quantify how pulsed e-CVD lowers C in Fe-containing films. Using ferrocene, bis(cyclopentadienyl)iron(II), the C content decreases from similar to 32 at. % in continuous e-CVD to similar to 10 at. % in a pulsed e-CVD process, with the Fe fraction increasing from similar to 27 to similar to 38 at. %. We attribute these changes to a more favorable surface chemistry in a pulsed process where there are less plasma volume reactions. We also evaluate an Fe amidinate precursor, bis(N,N'-di-tert-butylacetamidinato)iron(II). Based on quartz crystal microbalance measurements, we speculate that this ligand system enables a more controllable surface chemistry, albeit it yields the same level of impurities. These results establish pulsed e-CVD as a viable route to low-temperature Fe films with reduced C content.</p>