Development of a powder atomic layer deposition reactor for research purposes

dc.contributorAalto-yliopistofi
dc.contributorAalto Universityen
dc.contributor.advisorPuurunen, Riikka
dc.contributor.advisorLarkiala, Sauli
dc.contributor.authorAndsten, Simon
dc.contributor.schoolInsinööritieteiden korkeakoulufi
dc.contributor.supervisorEkman, Kalevi
dc.date.accessioned2022-10-16T17:03:34Z
dc.date.available2022-10-16T17:03:34Z
dc.date.issued2022-10-10
dc.description.abstractAtomic layer deposition (ALD) is process that creates thin layers of solid material by using gas-phase chemicals. The ALD process is used in the industry for semiconductor manufacturing. Commercial systems have been developed to achieve an ALD process that suits the industry requirements. In contrast, custom ALD systems are developed for research purposes with a smaller budget. Consequently, the aim of this thesis is to develop a reactor assembly to increase the number of ALD systems at Aalto University, School of Chemical Engineering, to aid research. The development of a new custom system also gave the opportunity to implement additional measurement systems and increase the operating temperature. The conducted design process in this thesis included a brief design comparison of two reactor types, a short presentation of the ALD system, the design challenges and decision made on the reactor assembly, manufacturing and assembly, and a proposed test for examining the safety and performance of the reactor assembly. The completed ALD reactor assembly was able to implement most of the desired equipment, which consisted mainly of a multipoint thermocouple inside the reactor tube, and the capability to operate in both vacuum and atmospheric pressure. The exceptions were a quartz crystal microbalance sensor and an infra-red thermal camera, which could not be added due to size and cost restrictions. In the reactor assembly prototype, the furnace has a temperature capability of 800°C. The furnace also supports the detachable reactor tube with ability to transfer samples in inert gas. The reactor tube seals and connections were designed accordingly to accommodate the temperatures up to 800°C, that the reactor furnace can reach. Cooling channels were added to protect the o-ring seals between the reactor tube flanges and metals flanges that connect the reactor tube to the rest of the piping system. The parts were then manufactured and assembled as far as possible with the parts at hand.en
dc.description.abstractAtomlagerdeponering, även kallat för ALD, är ytbeläggnings process som utnyttjar kemikalier i gasform. Ytbeläggnings processen används inom industrin för tillverkning av halvledare. Kommersiella system har utvecklats för att fylla kraven som industrin sätter på atomlagerdeponerings processen. Däremot utvecklar man hemmabyggda system för forskningssyfte med en mindre budget. Därmed kommer målet för detta diplomarbete. Arbetets syfte är att öka antalet atomlagerdeponerings system för Aalto Universitetet, högskolan för kemiteknik. Eftersom man valde att utveckla ett hemmabyggt system fick man möjlighet att välja egenskaper och funktioner för systemet. Dessa alternativ omfattade bland annat: extra mätutrustning, samt öka brukstemperaturen. Den genomförda designprocessen i detta diplomarbete innehåller följande: en kort maskinteknisk jämförelse av två reaktorer, en kort presentation av ALD systemet, designutmaningarna och besluten på reaktorenheten, tillverkning samt montering, och en plan för säkerhetstest av reaktorenheten. Den slutgiltiga ALD reaktor modellen lyckas implementera de flesta önskemålen för reaktorenheten. Dessa önskemål bestod bland annat av en temperaturgivare med flera mätpunkter innanför reaktorröret och förmågan att välja mellan vakuum eller atmosfär tryck. Mätutrustning som inte kunde implementeras till reaktorenheten var en quartz crystal microbalance givare, samt en värmekamera. Dom begränsande faktorerna var storleken och priset för utrusningen. Den planerade ugnen för reaktorenheten har en höjd brukstemperatur på 800°C. Ugnen stöder även förmågan att försegla reaktorröret med en icke-reagerande gas samt förmågan att demontera röret från ALD systemet. Reaktorrörets tätningar och kopplingar valdes i enlighet med 800°C temperatur kravet. Kylkanaler lades till för att skydda tätningarna mellan kopplingarna på reaktorröret och rörsystemet. Sist och slutligen tillverkades delar enligt förmåga och montering av reaktorröret påbörjades med delarna till hands.sv
dc.format.extent46 + 14
dc.format.mimetypeapplication/pdfen
dc.identifier.urihttps://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/117134
dc.identifier.urnURN:NBN:fi:aalto-202210165922
dc.language.isoenen
dc.programmeMaster's Programme in Mechanical Engineering (MEC)fi
dc.programme.majorProduction Engineeringfi
dc.programme.mcodefi
dc.subject.keywordatomic layer depositionen
dc.subject.keyworddevelopmenten
dc.subject.keywordpowderen
dc.subject.keywordreactoren
dc.titleDevelopment of a powder atomic layer deposition reactor for research purposesen
dc.titleUtvecklingen av en atomlagerdeponerings reaktor för forsknings syftesv
dc.typeG2 Pro gradu, diplomityöfi
dc.type.ontasotMaster's thesisen
dc.type.ontasotDiplomityöfi
local.aalto.electroniconlyyes
local.aalto.openaccessyes
Files
Original bundle
Now showing 1 - 1 of 1
No Thumbnail Available
Name:
master_Andsten_Simon_2022.pdf
Size:
4.89 MB
Format:
Adobe Portable Document Format