Ein interdisziplinäres Forschungsteam hat einen neuartigen Magnesium-Präkursor entwickelt, mit dem sich ultradünne Magnesiumoxid-Schichten (MgO) erstmals bei bislang unerreicht niedrigen Temperaturen mittels Atomlagenabscheidung (Atomic Layer Deposition, ALD) herstellen lassen.

In der Dünnschichttechnologie spielen Präkursoren eine entscheidende Rolle. Diese speziell entwickelten chemischen Verbindungen dienen als Ausgangsstoffe für das Schichtwachstum. In die Reaktionskammer eingebracht, reagieren sie in streng kontrollierten Zyklen mit einem zweiten Reaktionspartner. So entstehen extrem dünne, gleichmäßige und fehlerfreie Beschichtungen – Schicht für Schicht auf molekularer Ebene.

Florian Preischel, Doktorand am Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (IFW Dresden) und an der Ruhr-Universität Bochum (RUB), hat in seiner Arbeit alle entscheidenden Eigenschaften für einen erfolgreichen ALD-Prozess vereint: Der neue Präkursor ist leicht verdampfbar, thermisch stabil und hochreaktiv – zugleich aber im Gegensatz zu bisherigen Verbindungen nicht selbstentzündlich an der Luft. Damit ist er sicherer und einfacher in der Handhabung und lässt sich zudem in größeren Mengen herstellen – ein wichtiger Schritt hinsichtlich industrieller Anwendbarkeit.

„Mit dem neuen Präkursor konnten wir homogene Magnesiumoxid-Schichten bereits bei Temperaturen ab 30 Grad Celsius und bis zu 260 Grad Celsius abscheiden – ein entscheidender Fortschritt gegenüber bisherigen Verfahren. Das eröffnet ganz neue Möglichkeiten, etwa für die Beschichtung temperaturempfindlicher Materialien wie Polymerfolien oder flexibler Elektronik,“ erklärt Preischel.

Die Ergebnisse wurden im renommierten Fachjournal Journal of the American Chemical Society veröffentlicht. Bereits 2024 erhielt Preischel für die zugrunde liegende Arbeit außerdem den Dr. Tuomo Suntola Preis auf der Internationalen ALD/ALE-Konferenz in Helsinki.

Magnesiumoxid ist ein leicht verfügbares, ungiftiges und biokompatibles Material. Es eignet sich für ein breites Anwendungsspektrum – von schützenden Barriereschichten über Implantatbeschichtungen bis hin zu Oxidbarrieren in magnetischen Tunnelkontakten (magnetic tunnel junctions, MTJs) und innovativen Speichertechnologien wie magnetoresistivem RAM (MRAM). Der nächste Schritt besteht nun darin, die abgeschiedenen MgO-Schichten in konkreten Anwendungen – besonders in der Elektronik und in biomedizinischen Beschichtungen – umfassend zu erproben.

Mit dem Amtsantritt von Prof. Anjana Devi Anfang 2024 hat das IFW Dresden seine Aktivitäten im Bereich Materialchemie gezielt ausgebaut. Devi, die Preischels Arbeit wissenschaftlich betreut, etabliert derzeit am IFW ein neues Kompetenzzentrum für Atomlagenabscheidung mit internationaler Strahlkraft. 
Ihre Anstrengungen erweitern die Aktivitäten des IFW Dresden in der Materialchemie und vergrößern dabei die internationale Sichtbarkeit sowie die Vernetzung. Die Arbeit von Preischel unterstreicht die Fortschritte auf diesem Gebiet und zeigt das große Potenzial des Standorts Dresden für zukünftige Schlüsseltechnologien.

Originalpublikation:
J. Am. Chem. Soc. 2025, 147, 35, 31764–31778
https://doi.org/10.1021/jacs.5c08514

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