Chemical vapor deposition of ruthenium
रुथेनियम का रासायनिक वाष्प निक्षेपण रासायनिक वाष्प निक्षेपण (सी. वी. डी.) द्वारा सब्सट्रेट पर रुथेनियम की पतली परतों को जमा करने की एक विधि है। रासायनिक वाष्प निक्षेपण (सी. वी. डी.) में उत्प्रेरक की अशुद्धि-मुक्त परतों को विकसित करने की कोशिश में एक अनूठी चुनौती उत्पन्न होती है। रूथेनियम धातु सी-एच और सी-सी बंधनों को सक्रिय करती है, जो सी-एच और सी-सी बंधन विखंडन में सहायता करती है। यह सभी धातु-कार्बनिक सी. वी. डी. अग्रदूतों के लिए एक संभावित उत्प्रेरक अपघटन पथ बनाता है जिससे महत्वपूर्ण कार्बन निगमन होने की संभावना है। प्लैटिनम, रासायनिक रूप से एक समान उत्प्रेरक, बेंजीन में पाँच और छह सदस्यीय चक्रीय हाइड्रोकार्बन के निर्जलीकरण को उत्प्रेरित करता है। रुथेनियम के डी-बैंड प्लैटिनम की तुलना में अधिक होते हैं, जो आम तौर पर प्लैटिनम की तुलना में मजबूत रुथेनियम-अवशोषित बंधनों की भविष्यवाणी करते हैं। इसलिए, यह संभावना है कि रुथेनियम पांच और छह सदस्यीय हाइड्रोकार्बन वलय के निर्जलीकरण को बेंजीन में उत्प्रेरित करता है। बेंजीन आगे रुथेनियम की सतहों पर हाइड्रोकार्बन के टुकड़ों में डिहाइड्रोजनेट करता है जो रुथेनियम की सतहों पर एसिटिलीन और एथेन द्वारा बनाए गए टुकड़ों के समान होते हैं। बेंजीन, एसिटिलीन और एथेन के अलावा, पाइरिडीन रूथेनियम की सतहों पर भी विघटित हो जाता है, जिससे सतह पर बंधे हुए टुकड़े रह जाते हैं। एक उत्प्रेरक के रूप में अपने औद्योगिक महत्व के कारण रूथेनियम का सतह विज्ञान और उत्प्रेरक साहित्य में असामान्य रूप से अच्छी तरह से अध्ययन किया जाता है। सतह विज्ञान में रुथेनियम पर व्यक्तिगत आणविक व्यवहार के कई अध्ययन हैं। हालांकि, प्रत्येक लिगेंड के व्यवहार को अपने दम पर समझना एक दूसरे के साथ और अग्रदूत के साथ सह-अवशोषित होने पर उनके व्यवहार को समझने के बराबर नहीं है। जबकि सतह विज्ञान अध्ययनों और सी. वी. डी. के बीच कोई महत्वपूर्ण दबाव अंतर नहीं है, सतह विज्ञान अध्ययनों और सी. वी. डी. विकास तापमान में दर्ज किए गए तापमान के बीच अक्सर तापमान का अंतर होता है। इन जटिलताओं के बावजूद, रुथेनियम रासायनिक वाष्प जमाव और उत्प्रेरक फिल्मों के पूर्ववर्ती डिजाइन को समझने के लिए एक आशाजनक उम्मीदवार है। लिगेंड जो अपने आप में स्थिर यौगिक होते हैं, छोटे लिगेंड-रुथेनियम संपर्क समय और मध्यम सब्सट्रेट तापमान सतह पर अवांछित लिगेंड अपघटन को कम करने में मदद करते हैं। सी-एच और सी-सी बंधन सक्रियण तापमान पर निर्भर है। यदि उत्पाद रुथेनियम सतह से बंधे नहीं हैं, तो उत्पाद का अवशोषण भी तापमान पर निर्भर है। इससे पता चलता है कि कुछ इष्टतम तापमान होता है, जिस पर सबसे स्वतंत्र रूप से स्थिर लिगेंड में सी-एच सक्रियण होने से पहले रुथेनियम फिल्म की सतह से अवशोषित होने के लिए पर्याप्त तापीय ऊर्जा होती है। उदाहरण के लिए, बेंजीन 87 डिग्री सेल्सियस पर रुथेनियम पर विघटित होने लगता है। हालांकि, निर्जलीकरण प्रतिक्रिया 277 डिग्री सेल्सियस तक टुकड़ों में नहीं जाती है, और कम सतह कवरेज पर प्रतिस्पर्धा विखंडन नहीं देखा जाता है। इससे पता चलता है कि बशर्ते अधिशोषित बेंजीन अणु सतह पर एक दूसरे के करीब न हों और तापमान 277 डिग्री सेल्सियस से कम हो, बेंजीन अणुओं का विशाल बहुमत फिल्मों में कार्बन समावेश में योगदान नहीं दे सकता है। इसलिए, रुथेनियम जैसी उत्प्रेरक धातुओं की सी. वी. डी. फिल्मों को विकसित करने में एक महत्वपूर्ण विचार अणु डिजाइन और विकास के गतिज पहलुओं को अनुकूल तरीके से जोड़ना है। धातु-कार्बनिक अग्रदूतों का पता लगाने से पहले, ट्राइरुथेनियम डोडेकार्बोनिल (आरयू3 (सीओ) 12) का सीवीडी अग्रदूत के रूप में परीक्षण किया गया था। जबकि यह अग्रदूत अच्छी गुणवत्ता वाली फिल्म देता है, वाष्प का दबाव खराब होता है, जो सी. वी. डी. प्रक्रिया में इसके व्यावहारिक उपयोग को जटिल बनाता है। रुथेनोसिन और बिस (एथिलसाइक्लोपेंटाडाइनिल) रुथेनियम (II) और बीटा-डाइकेटोनेट रुथेनियम (II) यौगिकों की काफी व्यापक रूप से खोज की गई है। हालाँकि ये अग्रदूत ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया करने पर कम प्रतिरोधकता की शुद्ध फ़िल्में भी दे सकते हैं, लेकिन विकास दर बहुत कम होती है या रिपोर्ट नहीं की जाती है। एक उच्च विकास अग्रदूत, साइक्लोपेंटाडाइनिल-प्रोपाइलसाइक्लोपेंटाडाइनिलरुथेनियम (II) (आर. यू. सी. पी. (आई-पी. आर. सी. पी.)) की पहचान की गई है। (आर. यू. सी. पी. (आई-पी. आर. सी. पी.) ने 7.5 एनएम/मिनट से 20 एनएम/मिनट की वृद्धि दर के साथ-साथ कम प्रतिरोधकता हासिल की है। हालांकि, यह ऑक्साइड पर नाभिकीय नहीं होता है, सभी अनुप्रयोगों में इसके उपयोग को खारिज करता है लेकिन तांबे की परस्पर परतों में इसका उपयोग होता है। (1,5-साइक्लोऑक्टाडाइन) (टोल्यूनि) रु (0) (1,5-सी. ओ. डी.) (टोल्यूनि) रु) और (1,3-साइक्लोहेक्साडाइन) (बेंजीन) रु (0) (1,3-सी. एच. डी.) (बेंजीन) रु) के साथ एक नया शून्य-वैलेन्ट, एकल-स्रोत पूर्ववर्ती डिजाइन प्रतिमान शुरू किया गया था, जिसे भी स्वतंत्र रूप से (1,5-सी. ओ. डी.) (टोल्यूनि) रु का उपयोग करके परीक्षण किया गया था; यह पाया गया कि सी-एच बंधन आसानी से 1,5-सी. ओ. डी. में सक्रिय थे। हालांकि कार्बन निगमन का स्तर कम था (1-3%), लेकिन विकास दर केवल 0.08 एनएम/मिनट के आसपास थी। (1,3-सी. एच. डी.) (बेंजीन) आर. यू. का उपयोग करते हुए, 1,3-सी. एच. डी. को उम्मीद के अनुसार बेंजीन में निर्जलीकृत किया गया था, लेकिन दो लिगेंडों को शामिल करने वाली संभावित सतह प्रतिक्रियाओं की बड़ी विविधता के परिणामस्वरूप एक संकीर्ण प्रक्रिया खिड़की बनी जिसमें कार्बन की सांद्रता कम थी। संदर्भ रुथेनियम रासायनिक वाष्प निक्षेपण