Газът, използван в производството на микрочипове, е 6000 пъти по-силен като парников ефект от въглеродния диоксид и остава в атмосферата приблизително 50 000 години. Ето защо учените търсят по-екологични алтернативи на тетрафлуорометан (CF₄).
Изследователи от Корейския институт за напреднали науки и технологии (KAIST), заедно със Samsung Electronics, са разработили катализатор, който разгражда това вещество с 98% ефективност и остава функционален повече от 150 часа. Резултатите са публикувани в научното издание Angewandte Chemie International Edition.
Тетрафлуорометанът се използва в процеса на сухо ецване – премахване на ненужни области от полупроводникова пластина, за да се създадат изключително фини схеми.
Проблемът е, че молекулите CF₄ са практически неразрушими: връзката между въглерода и флуора е толкова силна, че газът се разлага в природата след векове. В производството той се разлага при високи температури с помощта на пара и катализатор, подобно на начина, по който работят каталитичните конвертори в изпускателните системи на автомобили.
Конвенционалните катализатори обаче бързо губят своята ефективност: разграждането на CF₄ произвежда флуороводород, който, когато се комбинира с влага, създава корозивна среда. Частиците на катализатора се слепват, като по този начин намалява и повърхността им, и производителността им.
Екип, ръководен от професор Минки Чой от KAIST, решава проблема, като прилага принципа на „ентропийна стабилизация” – или, по-просто казано, „силата на безпорядъка”. Когато няколко вида метални атоми са равномерно смесени, структурата на материала става толкова сложна и хаотична, че е трудно за него да се пренареди в различна форма или да се слепи.
Изследователите въвели пет метала в кристалната решетка на алумината: алуминий, цинк, галий, никел и кобалт. Полученият „ентропийно-стабилизиран алуминатен катализатор” (ESA) е устойчив на синтероване и структурни промени дори при условия на висока температура, влага и флуор.
Тази разработка проправя пътя за създаване на ново поколение катализатори за полупроводниковата индустрия. Според авторите, технологията значително ще намали емисиите на парникови газове при производството на чипове, където тетрафлуорометанът се използва в големи количества. Това ще намали съответно екологичния отпечатък на индустрията, без да се жертва производителността на оборудването.
Авторите експериментално потвърждават за първи път механизма за разлагане на CF₄ с помощта на кислородни изотопи: катализаторът използва кислород от собствената си структура и след това го допълва с пара – ефект на „кислородно повторно пълнене”.
В ускорен тест при 800°C за 150 часа ефективността на новия катализатор намалява от 98% на 92%, в сравнение със спад от 93% на 48% за конвенционален катализатор. Методът може да бъде адаптиран към други газове, използвани в производството на полупроводници, чрез промяна на състава на метала.
