Utforsking av potensielle forløparar for atomlagsavsetting av gull

Abstract

Tynne filmar av eit materiale som kan leie straum godt, vere kjemisk inert og spegle varmestråling godt er, i alle fall med ALD, i dag ikkje mogleg. Arbeidet i denne oppgåva har som hovudtema å undersøke om ein serie med metallorganiske kompleks basert på Au(I) og Au(III) som moglege forløparar til ein prosess som kan lage tynne filmar av gull med ALD. Arbeidet byggjer på ALD-kompetansen til NAFUMA og gullkjemiprosjektet til Tilset-gruppa. Ein serie metallorganiske gullkompleks er syntetisert, termisk karakterisert og samanlikna ved hjelp av termogravimetri og ein ny type forløpartestar. Eitt av kompleksa, AuCl 2 (tpy), vart nytta vidare til karakterisering for ALD-vekst. Komplekset sublimerer sakte ved 200 °C og danna ujamne filmar i form av nanopartiklar ved alternerande pulsing mot O 3 og H 2 O. Det er vanskeleg å variere temperaturen på avsettinga – som var 220 °C – grunna konkurrerande termisk dekomponering og sublimasjon. Utfallet av forsøka er i stor grad substratavhengig, og på til dømes silisium vart det observert til dels sjølvhindrande vekst. Mekanismar for dekomponering og vekst er ikkje kartlagde i detalj, men ser ut til å variere med både substrat og oksidant. Det vart gjort forsøk på finne alternative metodar for å avgjere storleik på nanopartiklar ved bruk av sveipelektronmikroskopi og bilethandsaming, samt spektroskopisk ellipsometri. Desse forsøka leidde til interessante resultat, men er ikkje nokon enkel måte å karakterisere belegg samansett av nanopartiklar på. Arbeidet viser klart at det er stort potensial for bruk av metallorganiske Au(III)-kompleks som forløparmateriale for ALD- og CVD-vekst, men opnar også for meir variasjon i val av forløpar då avsettingssystema som vart oppnådde ikkje er optimale.

Thin films of a material with high conductivity, chemical inertness and thermal reflectivity are, at least not by ALD, possible today. The work presented in this thesis is an investigation of several organometallic complexes, based on Au(I) and Au(III), as possible precursors in a process leading to gold thin films by ALD. The work is based on the ALD group at NAFUMA and the gold project at the Tilset group. A series of metalorganic complexes are synthesised, thermally characterised and compared with thermogravimetric analysis and a new type of precursor tester. One of the complexes, AuCl 2 (tpy), was used for characterisation for ALD growth. The complex sublimates slowly at 200 °C and produces uneven films of nanoparticles by alternating pulses against H 2 O and O 3 . It is hard to vary the temperature of the deposition – which was 220 °C – because of competing thermal decomposition and sublimation. The outcome of the process is very substrate dependent, and on for example silicon a partial self-hindered growth was observed. The mechanisms of decomposition and growth are not mapped out in detail, but seem to be dependent on both substrate and the other pulsed compound. An attempt was made to find ways of characterising the particles using spectroscopic ellipsometri and scanning electron microscopy paired with image processing software. These experiments led to interesting results, but are not an easy way of characterising films made up of gold nanoparticles. The work shows that there is a great potential for the use of Au(III) complexes as precursor material for ALD and CVD growth, but also opens up for more variation in choice of precursor as the deposition process achieved is non-optimal.