Pedersengruppen - Kemi i gränslandet mellan ångor och ytor för att bygga material med atomärprecision
Pedersengruppen 2024
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 provhållaren i en av våra CVD-reaktorer.
Ytkemi är central
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
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.
Trimetylaluminium 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.
