Atomic layer deposition of complex thin films

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.author Ahvenniemi, Esko
dc.date.accessioned 2016-11-24T10:01:25Z
dc.date.available 2016-11-24T10:01:25Z
dc.date.issued 2016
dc.identifier.isbn 978-952-60-7079-7 (electronic)
dc.identifier.isbn 978-952-60-7080-3 (printed)
dc.identifier.issn 1799-4942 (electronic)
dc.identifier.issn 1799-4934 (printed)
dc.identifier.issn 1799-4934 (ISSN-L)
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/23528
dc.description.abstract Atomic layer deposition (ALD) is an advanced method for fabricating thin films on various substrate chemistries and architectures. It is employed commercially in semiconductor industry where typically thin films of binary oxides are employed in high-tech devices. Simple binary films have many useful properties, but to exploit the whole potential of the nanoscale devices, studies on more complex materials are required. Ternary and quaternary compounds possess several potentially exciting properties, but so far the studies on these complex ALD-fabricated thin films have been relatively scarce. Device thicknesses measured in nanometers can bring astonishing advantages for a number of frontier applications such as solid oxide fuel cells. For example, thin film cathodes benefit in massively lowered operation temperatures due to the exclusion of the bulk properties of the material. In this dissertation, ALD processes were developed for SrCoO3-d and (La,Sr)CoO3-d thin films to complete the set of ALD processes for one of the best cathode materials, (La,Sr)(Co,Fe)O3-d, and to gain deeper understanding of the growth of complex oxide films in general. Moreover, the dissertation studies concerned a relatively new class of materials, i.e. hybrid atomic/molecular layer deposition (ALD/MLD) fabricated inorganic-organic hybrid thin films, where different metal cations and organic molecules are mixed together creating materials which combine the best properties from the both worlds. When this dissertation research was initiated, ALD/MLD processes had been developed only for Al, Ti and Zn metal constituents, and practically only diols has been used as organic constituents. In this dissertation, di- and tricarboxylic acids are presented as highly reactive organic precursors even with the stable but vastly applied β-diketonate precursors to deliver copper, cobalt, manganese and calcium based hybrid ALD/MLD thin films with exciting structural features. en
dc.description.abstract Atomikerroskasvatus (atomic layer deposition, ALD) on kehittynyt ohutkalvojen kasvatusmenetelmä, joka ei ole juurikaan rajoittunut kasvatusalustan kemian tai arkkitehtuurin suhteen. Menetelmää käytetään puolijohdeteollisuudessa, jossa ohuet binääriset oksidikerrokset toimivat eristemateriaaleina korkean teknologian laitteissa. Yksinkertaisilla binäärisillä ohutkalvoilla on useita hyödyllisiä ominaisuuksia, mutta tarvitaan monimutkaisempia materiaaleja, jotta nanolaitteiden koko potentiaali voitaisiin ottaa hyötykäyttöön. Ternäärisillä ja kvaternäärisillä yhdisteillä on useita mielenkiintoisia ja hyödyllisiä ominaisuuksia, mutta tähän mennessä niiden tutkimus ALD-menetelmällä on ollut suhteellisen vähäistä. Materiaalien ominaisuudet voivat parantua radikaalisti paksuuksien lähentyessä nanomittaluokkaa, kuten käy esimerkiksi kiinteäoksidipoltto-kennoilla, joissa katodien valmistaminen nanometrikokoluokassa alentaa käyttölämpötilaa merkittävästi toiminta-tehokkuuden parantuessa. Tässä väitöskirjatyössä kehitettiin ALD-prosessit SrCoO3-d ja (La,Sr)CoO3-d -materiaaleille, jotka täydensivät ALD-prosessien sarjan yhdelle lupaavimmalle katodimateriaalille (La,Sr)(Co,Fe)O3-d:lle. Lisäksi väitöstutkimuksessa pyrittiin ymmärtämään laajemmin monimutkaisten ohutkalvojen kasvatusta. Väitöskirjatyössä perehdyttiin myös suhteellisen uuden ohutkalvomateriaaliluokan tutkimiseen, jossa valmistetaan epäorgaanis-orgaanisia hybridimateriaaleja atomi/molekyylikerroskasvatuksella (ALD/MLD). Tällä menetelmällä metallikationit ja orgaaniset molekyylit muodostavat hybridimateriaaleja, joissa yhdistyy molempien materiaaliluokkien parhaita ominaisuuksia. Väitöstutkimuksen alussa ALD/MLD -prosesseja oli kehitetty vain alumiini-, titaani- ja sinkkimateriaaleille käytännössä ainoastaan diolien ollessa orgaanisena osana. Tässä väitöskirjatyössä, di- ja trikarboksyylihapot havaittiin reagoivan täydellisesti vakaiden, stabiilien ja paljon tutkittujen β-diketonaattien kanssa. Lisäksi uusia hybridimateriaaleja valmistettin kuparin, koboltin, mangaanin tai kalsiumin ollessa metallina, joilla havaittiin löytyvän uusia mielenkiintoisia rakenteellisia ominaisuuksia. fi
dc.format.extent 63 + app. 28
dc.format.mimetype application/pdf en
dc.language.iso en en
dc.publisher Aalto University en
dc.publisher Aalto-yliopisto fi
dc.relation.ispartofseries Aalto University publication series DOCTORAL DISSERTATIONS en
dc.relation.ispartofseries 215/2016
dc.relation.haspart [Publication 1]: E. Ahvenniemi, M. Matvejeff and M. Karppinen, SrCoO3-δ thin films by atomic layer deposition, Applied Surface Science 320, 838-842 (2014). DOI: 10.1016/j.apsusc.2014.09.131
dc.relation.haspart [Publication 2]: E. Ahvenniemi, M. Matvejeff and M. Karppinen, Atomic layer deposition of quaternary oxide (La,Sr)CoO3-δ thin films, Dalton Transactions 44, 8001-8006 (2015). DOI: 10.1039/C5DT00436E
dc.relation.haspart [Publication 3]: E. Ahvenniemi and M. Karppinen, Atomic/molecular layer deposition: a direct gas-phase route to crystalline metal-organic framework thin films, Chemical Communications 52, 1139-1142 (2016). DOI: 10.1039/C5CC08538A
dc.relation.haspart [Publication 4]: E. Ahvenniemi and M. Karppinen, ALD/MLD processes for Mn and Co based hybrid thin films, Dalton Transactions 45, 10730-10735 (2016). DOI: 10.1039/C6DT00851H
dc.relation.haspart [Publication 5]: E. Ahvenniemi and M. Karppinen, In-situ atomic/molecular layer-bylayer deposition of inorganic-organic coordination network thin films from gaseous precursors, Chemistry of Materials 28, 6260-6265 (2016). DOI: 10.1021/acs.chemmater.6b02496
dc.subject.other Chemistry en
dc.subject.other Materials science en
dc.subject.other Physics en
dc.title Atomic layer deposition of complex thin films en
dc.title Monimutkaiset ohutkalvot atomikerroskasvatusmenetelmällä fi
dc.type G5 Artikkeliväitöskirja fi
dc.contributor.school Kemian tekniikan korkeakoulu fi
dc.contributor.school School of Chemical Technology en
dc.contributor.department Kemian laitos fi
dc.contributor.department Department of Chemistry en
dc.subject.keyword atomic layer deposition en
dc.subject.keyword atomic/molecular layer deposition en
dc.subject.keyword ternary en
dc.subject.keyword quaternary en
dc.subject.keyword hybrid en
dc.subject.keyword thin films en
dc.subject.keyword atomikerroskasvatus fi
dc.subject.keyword atomi-/molekyylikerroskasvatus fi
dc.subject.keyword ternäärinen fi
dc.subject.keyword kvaternäärinen fi
dc.subject.keyword hybridi fi
dc.subject.keyword ohutkalvot fi
dc.identifier.urn URN:ISBN:978-952-60-7079-7
dc.type.dcmitype text en
dc.type.ontasot Doctoral dissertation (article-based) en
dc.type.ontasot Väitöskirja (artikkeli) fi
dc.contributor.supervisor Karppinen, Maarit, Prof., Aalto University, Department of Chemistry, Finland
dc.opn Detavernier, Christophe, Prof., Ghent University, Belgium
dc.contributor.lab Laboratory of Inorganic Chemistry en
dc.rev Miikkulainen, Ville, Ph.D., University of Helsinki, Finland
dc.rev Pedersen, Henrik, Associate Prof., Linköping University, Sweden
dc.date.defence 2016-11-25


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse

My Account