Research Activities
Computational Studies Enable ‘Playing Lego’ in the Atomic Scale
(Studi Komputasi Membuka Jalan untuk ‘Bermain Lego’ di Skala Atom)
Nanomaterials have unique properties that can be utilized in various advanced technologies, such as semiconductor materials in your smartphone's processor and optoelectronics behind your TV screen. As the size of nano materials continues to shrink, efforts have emerged to build materials atom by atom, much like a child playing with Lego. This requires innovative and precise deposition methods.
Atomic Layer Deposition (ALD) emerges as a promising solution by utilizing surface reactions to ensure the precise growth of monolayers, one layer at a time. ALD allows for the deposition of multicomponent films with adjustable compositions, offering high uniformity, precision, and superior material quality at low temperatures. These advantages make ALD a key technology in the fabrication of nanoscale devices.
At the Center of Excellence in Applied Nanotechnology, one of our research focuses is computational analysis using Density Functional Theory (DFT). This method is used to study the electronic structure of atoms and molecules by describing the electronic density function. DFT is particularly useful for simulating processes occurring at the atomic level, such as those in Atomic Layer Deposition (ALD). Some aspects that can be studied include:
1. Adsorption: Predicting how easily or difficult a molecule attaches to a surface.
2. Chemical Reactions: Predicting the energy required for reactions and determining possible or impossible reaction mechanisms.
3. Surface Structure: Predicting the atoms present on the surface, which can influence the reactivity or properties of a material.
Our latest research has successfully simulated the formation of thin films of aluminum oxide, nitride, and oxynitride synthesized through ALD using Al(CH₃)₃ (TMA)/AlCl₃ with H₂O/NH₃. We were able to explain the adsorption, oxidation, and nitridation phenomena of the precursors, as well as the mechanisms that control the film composition, providing insight into the factors that need to be considered during the product synthesis stage, useful for advancing semiconductor industries and miniaturizing devices.
Interested in reading more? You can check the full version of our research at doi.org/10.1063/5.0190183.
Nanomaterial punya sifat unik yang bisa dimanfaatkan di berbagai teknologi canggih, seperti bahan semikonduktor di dalam prosesor smartphone-mu dan optoelektronik di balik layar TV-mu. Seiring dengan semakin kecilnya ukuran material nano, muncul lah upaya-upaya untuk dapat manyusun suatu material atom demi atom layaknya seorang anak sedang bermain Lego. Karena itu, dibutuhkan metode deposisi yang inovatif dan presisi.
Deposisi lapisan atom atau atomic layer deposition (ALD) muncul sebagai solusi menjanjikan dengan memanfaatkan reaksi permukaan untuk memastikan pertumbuhan monolayer demi monolayer yang presisi. ALD memungkinkan deposisi film multikomponen dengan komposisi yang dapat disesuaikan, memberikan keseragaman tinggi, presisi, dan kualitas material superior pada suhu rendah. Keunggulan ini menjadikan ALD sebagai teknologi utama dalam fabrikasi perangkat skala nano.
Di Center of Excellence in Applied Nanotechnology, salah satu fokus riset kami adalah analisa komputasi dengan memanfaatkan teori fungsi kerapatan atau density functional theory (DFT). Metode ini dapat digunakan untuk mempelajari struktur elektron atom dan molekul dengan cara menggambarkan fungsi kerapatan elektron. DFT sangat berguna untuk mensimulasikan proses-proses yang terjadi pada tingkat atom, seperti yang terjadi pada Atomic Layer Deposition (ALD). Hal-hal yang dapat dipelajari di antaranya adalah:
1. adsorpsi: memprediksi mudah atau sulitnya suatu molekul menempel pada permukaan;
2. reaksi kimia: memprediksi energi yang diperlukan untuk reaksi dan menentukan mekanisme reaksi yang mungkin atau tidak mungkin.
3. struktur permukaan: memprediksi atom yang muncul di permukaan, yang dapat mempengaruhi reaktifitas atau sifat suatu material.
Penelitian terbaru kami telah berhasil mensimulasikan pembentukan film tipis aluminium oksida, nitrida, dan oksinitrida disintesis melalui ALD menggunakan Al(CH₃)₃ (TMA)/AlCl₃ dengan H₂O/NH₃. Kami dapat menjelaskan fenomena adsorpsi, oksidasi, dan nitridasi prekursor yang terjadi, serta mekanisme yang mengontrol komposisi film, sehingga memberikan pencerahan akan hal-hal yang perlu diperhatikan ketika sudah masuk ke dalam tahap sintesis produk, berguna untuk memajukan industri semikonduktor dan miniaturisasi perangkat.
Tertarik membaca lebih lanjut? Kalian bisa cek versi lengkap dari penelitian kami di doi.org/10.1063/5.0190183.