Pedersengruppen (Kemi i gränslandet mellan ångor och ytor för att bygga material med atomärprecision)

Pedersengruppen
Pedersengruppen 2023

Vi lever i en värld av material och kemi är nyckeln för att bygga och forma material på de allra minsta skalorna. Pedersengruppen vid Linköpings universitet använder och studerar kemiska reaktioner, i gränslandet mellan ångor och ytor, som kan bygga material med atomär precision.

Tunna lager, eller tunna skikt, av material finns överallt runt oss. Ofta kallar vi dem för tunna filmer och vi hittar dem på allt från beläggningar på självrengörande fönsterglas, till hårda beläggningar på borrar. Elektroniska komponenter byggs upp av flera tunna filmer på varandra, alla med noga kontrollerade elektriska egenskaper. Mycket av arbetet i Pedersengruppen kretsar kring tekniken CVD. CVD står för chemical vapor deposition, en metod för att skapa tunna filmer genom kemiska reaktioner mellan molekyler och ytor. Målet är oftast att utveckla bättre CVD-processer för att deponera material för allt från hårda beläggningar på skärverktyg, till neutronomvandlande skikt i neutrondetektorer, till elektriskt ledande, isolerande eller halvledande material för chiptillverkning. Vi arbetar också med ”omvänd CVD” alltså etsning av material med hjälp av ytkemiska reaktioner.

En plasmaurladdning ovanför provhållarenEn plasmaurladdning ovanför provhållaren i en av våra CVD-reaktorer.

Ytkemi är central

Tvärsnittsbild tagen med ett elektronmikroskop av en kiselkarbidfilm Tvärsnittsbild tagen med ett elektronmikroskop av en kiselkarbidfilm där vi har varierat riktningen på kristallerna genom att växla mellan aromatiska och alifatiska kolväten som kolkälla i CVD-processen. Från Huang et al. Surf. Coat. Technol. 2022, 447, 128853. Vi forskar i gränslandet mellan kemi, materialvetenskap och fysik. Helt kontrollerade kemiska reaktioner på ytor är centrala för all vår forskning. För att åstadkomma dem utforskar vi olika tidsupplösta CVD-processer, bland annat atomlagerdeponering (ALD), molekyler för ytkemisk passivering, och kontroll över reaktionskinetiken, allt för att kunna deponera tunna filmer ner i små hål. Vi är studerar också hur fria elektroner från plasman kan användas för att deponera och etsa olika material genom att delta i ytkemiska reaktioner.

Hållbar produktion

Illustrativ bild som visar perfekt konform, amorf borkarbid deponerad med CVD i strukturer Perfekt konform, amorf borkarbid deponerad med CVD i strukturer som är åtta gånger så djupa som breda. Deponeringen gjordes genom att kontrollera reaktionskinetiken i processen. Från Choolakkal et al. J. Vac. Sci. Technol. A 2023, 41, 013401. Vi forskare också på hur CVD-processer kan göras mera hållbara genom att designa bättre CVD-reaktorer och CVD-kemi, och genom att utveckla livscykelanalyser (LCA) för CVD-processer. Målet med vårt arbete är enklare och bättre processer för att bygga material med atomär precision för till exempel bättre och mera hållbar produktion av mikrochip. Sådana processer behövs för att uppnå flera av FNs hållbarhetsmål, främst mål 7 – ren energi, och mål 9 – industriell innovation.

Vi har nära samarbeten med beräkningsgrupper, för att studera gasfas- och ytkemi med kvantkemiska och fluidmekaniska beräkningar, med grupper inom materialvetenskap och plasmafysik, och med flera företag. Om du vill göra ditt exjobb hos oss, eller samarbeta med oss på något annat sätt, kontakta Henrik Pedersen.

IllustrationTrimetylaluminium adsorberar på en AlN (0001)-yta terminerad av aminogrupper. Bild (a) visar energipotentialen för adsorptionen, bild (b) visar hur molekylen adsorberar vid ett energiminima genom att bilda en Lewisaddukt, och bild (c) visar hur molekylen diffunderar mellan två amingrupper. Från Rönnby et al. J. Mater. Chem. C 2023, 11, 13935.

 

 

Populärvetenskap från Pedersengruppen

Publikationer

2024

Sachin Sharma, Justinas Palisaitis, Ivan Gueorguiev Ivanov, Per O A Persson, Henrik Pedersen, Hans Högberg (2024) The Influence of Carbon on Polytype and Growth Stability of Epitaxial Hexagonal Boron Nitride Films Advanced Materials Interfaces Vidare till DOI
Pentti Niiranen, Anna Kapran, Hama Nadhom, Martin Cada, Zdenek Hubicka, Henrik Pedersen, Daniel Lundin (2024) Plasma electron characterization in electron chemical vapor deposition Journal of Vacuum Science & Technology. A. Vacuum, Surfaces, and Films, Vol. 42, Artikel 023006 Vidare till DOI

2023

Giane Damas, Karl Rönnby, Henrik Pedersen, Lars Ojamäe (2023) Thermal decomposition of trimethylindium and indium trisguanidinate precursors for InN growth: An ab initio and kinetic modeling study Journal of Chemical Physics, Vol. 158, Artikel 174313 Vidare till DOI
Karl Rönnby, Henrik Pedersen, Lars Ojamäe (2023) Surface chemical mechanisms of trimethyl aluminum in atomic layer deposition of AlN Journal of Materials Chemistry C, Vol. 11, s. 13935-13945 Vidare till DOI
Jing-Jia Huang, Christian Militzer, Charles Wijayawardhana, Urban Forsberg, Henrik Pedersen (2023) Superconformal silicon carbide coatings via precursor pulsed chemical vapor deposition Journal of Vacuum Science & Technology. A. Vacuum, Surfaces, and Films, Vol. 41, Artikel 030403 Vidare till DOI
Karl Rönnby, Henrik Pedersen, Lars Ojamäe (2023) On the limitations of thermal atomic layer deposition of InN using ammonia Journal of Vacuum Science & Technology. A. Vacuum, Surfaces, and Films, Vol. 41, Artikel 020401 Vidare till DOI
Arun Haridas Choolakkal, Hans Högberg, Jens Birch, Henrik Pedersen (2023) Conformal chemical vapor deposition of boron-rich boron carbide thin films from triethylboron Journal of Vacuum Science & Technology. A. Vacuum, Surfaces, and Films, Vol. 41, Artikel 013401 Vidare till DOI
Pentti Niiranen, Hama Nadhom, Michal Zanaska, Robert Boyd, Mauricio Sortica, Daniel Primetzhofer, Daniel Lundin, Henrik Pedersen (2023) Biased quartz crystal microbalance method for studies of chemical vapor deposition surface chemistry induced by plasma electrons Review of Scientific Instruments, Vol. 94, Artikel 023902 Vidare till DOI
Henrik Pedersen, Hsu Chih-Wei, Neeraj Nepal, Jefferey M. Woodward, Charles R. Eddy (2023) Atomic Layer Deposition as the Enabler for the Metastable Semiconductor InN and Its Alloys Crystal Growth & Design, Vol. 23, s. 7010-7025 Vidare till DOI
M. Povoli, A. Kok, O. Koybasi, M. Getz, G. ONeill, D. Roehrich, E. Monakhov, Henrik Pedersen, Jens Birch, Arun Haridas Choolakkal, K. Kanaki, C. -C. Lai, R. Hall-Wilton, T. Slavicek, I. Llamas Jansa (2023) 3D silicon detectors for neutron imaging applications Journal of Instrumentation, Vol. 18, Artikel C01056 Vidare till DOI
Ganpati Ramanath, Collin Rowe, Geetu Sharma, Venkat Venkataramani, Johan G. Alauzun, Ravishankar Sundararaman, Pawel Keblinski, Davide Sangiovanni, Per Eklund, Henrik Pedersen (2023) Engineering inorganic interfaces using molecular nanolayers Applied Physics Letters, Vol. 122, Artikel 260502 Vidare till DOI
Laurent Souqui, Hans Högberg, Henrik Pedersen (2023) Chemical vapor deposition of amorphous boron carbide coatings from mixtures of trimethylboron and triethylboron Journal of Vacuum Science & Technology. A. Vacuum, Surfaces, and Films, Vol. 41, Artikel 063412 Vidare till DOI

2022

Chih-Wei Hsu, Ivan Martinovic, Roger Magnusson, Babak Bakhit, Justinas Palisaitis, Per O A Persson, Polla Rouf, Henrik Pedersen (2022) Homogeneous high In content InxGa1-x N films by supercycle atomic layer deposition Journal of Vacuum Science & Technology. A. Vacuum, Surfaces, and Films, Vol. 40, Artikel 060402 Vidare till DOI
Jing-Jia Huang, Christian Militzer, Jinghao Xu, Charles Wijayawardhana, Urban Forsberg, Henrik Pedersen (2022) Growth of silicon carbide multilayers with varying preferred growth orientation Surface & Coatings Technology, Vol. 447, Artikel 128853 Vidare till DOI
Laurent Souqui, Sachin Sharma, Hans Högberg, Henrik Pedersen (2022) Texture evolution in rhombohedral boron carbide films grown on 4H-SiC(0001) and 4H-SiC(0001) substrates by chemical vapor deposition Dalton Transactions, Vol. 51, s. 15974-15982 Vidare till DOI
Can Lu, Nathan O´Brien, Polla Rouf, Richard Dronskowski, Henrik Pedersen, Adam Slabon (2022) Fabrication of semi-transparent SrTaO2N photoanodes with a GaN underlayer grown via atomic layer deposition Green Chemistry Letters and Reviews, Vol. 15, s. 658-670 Vidare till DOI
Jing-Jia Huang, Christian Militzer, Charles Wijayawardhana, Urban Forsberg, Henrik Pedersen (2022) Conformal and superconformal chemical vapor deposition of silicon carbide coatings Journal of Vacuum Science & Technology. A. Vacuum, Surfaces, and Films, Vol. 40, Artikel 053402 Vidare till DOI
Jing-Jia Huang, Christian Militzer, Charles Wijayawardhana, Urban Forsberg, Lars Ojamäe, Henrik Pedersen (2022) Controlled CVD Growth of Highly ⟨111⟩-Oriented 3C-SiC The Journal of Physical Chemistry C, Vol. 126, s. 9918-9925 Vidare till DOI
Sachin Sharma, Laurent Souqui, Henrik Pedersen, Hans Högberg (2022) Chemical vapor deposition of sp(2)-boron nitride films on Al2O3 (0001), (11 2 over bar 0), (1 1 over bar 02), and (10 1 over bar 0) substrates Journal of Vacuum Science & Technology. A. Vacuum, Surfaces, and Films, Vol. 40, Artikel 033404 Vidare till DOI
Karl Rönnby, Henrik Pedersen, Lars Ojamäe (2022) Surface Structures from NH(3) Chemisorption in CVD and ALD of AlN, GaN, and InN Films The Journal of Physical Chemistry C, Vol. 126, s. 5885-5895 Vidare till DOI

Kontakta Pedersengruppen

Medarbetare 

Tillbaka till Kemi

Läs mer om IFM, Institutionen för fysik, kemi och biologi