Filmes finos desempenham um papel fundamental na produção de eletrônicos. Eles podem ser cultivados diretamente na superfície do substrato por meio do processo de deposição de vapor químico (CVD), que envolve uma reação de compostos precursores de fase de vapor. Com base na espectroscopia Raman in situ durante CVD simulado em um reator personalizado, a decomposição de um precursor de carbonitreto de tungstênio foi examinada em condições realistas. No European Journal of Inorganic Chemistry , pesquisadores propuseram um mecanismo de decomposição.

Uma das principais vantagens do CVD sobre as técnicas físicas é o crescimento do filme conformado, que permite a cobertura uniforme de superfícies tridimensionais complexas, incluindo estruturas extremamente finas em wafers. Esse crescimento de filme conformado é necessário para a preparação de barreiras de difusão para circuitos integrados metalizados de cobre. Os átomos de cobre das trilhas condutoras tendem a se difundir no silício ou sílica circundante, alterando as propriedades elétricas e, eventualmente, causando falha dos componentes microeletrônicos. Embora as barreiras de difusão atuais consistam em bicamadas de nitreto de tântalo / tântalo aplicadas por meio de deposição física de vapor, materiais alternativos aplicados por CVD foram considerados. Carbonitreto de tungstênio (WNxCy) é um candidato promissor devido à sua baixa resistividade, estabilidade térmica e mecânica adequada, e reatividade química mínima com outros materiais usados ​​em circuitos integrados.

Para estabelecer um processo CVD adequado, a natureza do composto precursor é essencial. Suas características físicas e químicas e os mecanismos de suas vias de decomposição são fundamentais para o controle da deposição e das propriedades do material depositado. "Infelizmente, a grande maioria da caracterização de decomposição é feita usando técnicas que não capturam as condições CVD, "diz Lisa McElwee-White. Trabalhando com sua equipe na Universidade da Flórida (Gainesville, NÓS.), ela foi capaz de superar essas limitações simulando o processo de CVD em um especial, reator feito sob medida. Este reator está equipado com um espectrômetro Raman, permitindo a observação de produtos de reação em fase gasosa in situ. A espectroscopia Raman depende das alterações dos modos vibracional e rotacional das moléculas. Como um composto precursor, os pesquisadores escolheram o complexo de tungstênio imido Cl ₄ (CH ₃ CN) WNiPr, um conhecido precursor para o CVD assistido por aerossol (AA) de filmes finos de carbonitreto de tungstênio.

Com base nos intermediários observados combinados com os resultados de dados analíticos computacionais e ex situ anteriores, os pesquisadores foram capazes de propor um provável mecanismo de decomposição para o precursor que estudaram. Inclui uma reação conhecida como metátese de ligação σ entre a ligação W-Cl precursora e H2. Esta reação é geralmente desfavorável em condições convencionais de reação organometálica. "O fato de essa reação ocorrer pode ser devido às altas temperaturas e às condições especiais dentro de nosso reator CVD, "diz McElwee-White. Outra etapa é a homólise da ligação imido do precursor na posição N (imido) -C. Esta etapa também é uma reação de alta energia que requer altas temperaturas." Nossas descobertas podem explicar a temperatura de deposição limite observada para crescimento de WNxCy de complexos de imido. "