Theoretische Untersuchungen zur Etablierung N-heterocyclischer Carbene als molekulare Inhibitoren in flächenselektiver Atomlagendeposition

• Antragsteller: Professor Dr. Ralf Tonner-Zech
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Chemie: Moleküle, Materialien, Oberflächen
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 578813517

Dieser Antrag zielt darauf ab, die vielversprechende Molekülklasse der N-heterocyclischen Carbene (NHCs) als molekulare Inhibitoren für die flächenselektive Atomlagenabscheidung (AS-ALD) mithilfe fortschrittlicher Methoden der computergestützten Chemie zu untersuchen. Das Interesse an der Oberflächenchemie von NHCs nimmt stetig zu, und die Forschung entwickelt aktuell über Pilotstudien hinaus hin zu praktischen Anwendungen. Eine der vielversprechendsten Anwendungen ist die selektive Oberflächenbedeckung bei ALD-Prozessen, wobei NHCs molekular durch gezielte Modifikationen ihres Rückgrats und der Substituenten angepasst werden können. Trotz bedeutender Fortschritte bleibt die systematische experimentelle Untersuchung einer Vielzahl von NHC-Derivaten herausfordernd. Hier leisten moderne rechnergestützte Ansätze, wie unsere auf Dichtefunktionaltheorie basierende Modellierung von Oberflächenchemie und selektiver Abscheidung, entscheidende Beiträge und bieten wertvolle Leitlinien für das molekulare Design. Basierend auf unserer umfassenden Erfahrung mit Simulationen der Oberflächenchemie und der Modellierung von ALD-Prozessen konzentrieren wir uns darauf, die elektronischen und sterischen Effekte verschiedener Substitutionsmuster bei NHCs mit unserer Energiedekompositionsmethode für ausgedehnte Systeme zu quantifizieren. So lassen sich Design-Prinzipien entwickeln, die zukünftige Experimente inspirieren und gezielt unterstützen. Die experimentelle Validierung dieser Computervorhersagen wird in Zusammenarbeit mit unseren Partnern in Kanada durchgeführt (siehe beigefügtes Unterstützungsschreiben). Wir planen, über die üblicherweise untersuchten Goldsubstrate – die als Ausgangspunkt dienen – hinauszugehen und uns stärker reaktiven Oberflächen zu widmen, etwa Platin, Ruthenium und Kobalt, die für die aktuelle Halbleitertechnologie besonders relevant sind. Unser Ansatz schafft das grundlegende Verständnis, um praktische Anwendungen in der atompräzisen Materialsynthese für die Mikroelektronik der nächsten Generation zu inspirieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Kanada
• Kooperationspartnerin: Professorin Dr. Cathleen Crudden