Organic and inorganic-organic thin film structures by molecular layer deposition: A review

Beilstein Journal of Nanotechnology

Volumn 5, Issue 1, 2014, Pages 1104-1136

  Sundberg, Pia ^a   Karppinen, Maarit ^a  

^a AALTO UNIVERSITY   (Finland)

Author keywords

Atomic layer deposition (ALD); hybrid inorganic organic thin films; Molecular layer deposition (MLD); nanolaminates; Nanostructuring; Organic thin films; Superlattices; Thin film technology

Indexed keywords

DEPOSITION; FILM PREPARATION; HYBRID MATERIALS; SUPERLATTICES; THIN FILMS;

HYBRID INORGANIC-ORGANIC; MOLECULAR LAYER DEPOSITIONS (MLD); NANO-LAMINATES; NANO-STRUCTURING; ORGANIC THIN FILMS; THIN-FILM TECHNOLOGY;

ATOMIC LAYER DEPOSITION;

EID: 84905235605     PISSN: None     EISSN: 21904286     Source Type: Journal    
DOI: 10.3762/bjnano.5.123     Document Type: Review

References (116)

1. Sveshnikova, G. V.; Kol'tsov, S. I.; Aleskovskii, V. B. J. Appl. Chem. USSR 1970, 43, 432-434.
2. Aleskovskii, V. B. J. Appl. Chem. USSR 1974, 47, 2145-2157.
3. Suntola, T.; Antson, J. Method for producing compound thin films. U.S. Pat. Appl. US4058430 A, Nov 15, 1977.
4. Puurunen, R. L. J. Appl. Phys. 2005, 97, 121301. doi:10.1063/1.1940727
5. Yoshimura, T.; Tatsuura, S.; Sotoyama, W. Appl. Phys. Lett. 1991, 59, 482-484. doi:10.1063/1.105415
6. Kubono, A.; Yuasa, N.; Shao, H.-L.; Umemoto, S.; Okui, N. Thin Solid Films 1996, 289, 107-111. doi:10.1016/S0040-6090(96)08913-4
7. Nagai, A.; Shao, H.; Umemoto, S.; Kikutani, T.; Okui, N. High Perform. Polym. 2001, 13, S169-S179. doi:10.1088/0954-0083/13/2/315
8. Shao, H.; Umemoto, S.; Kikutani, T.; Okui, N. Polymer 1997, 38, 459-462. doi:10.1016/S0032-3861(96)00504-6
9. Yoshimura, T.; Tatsuura, S.; Sotoyama, W.; Matsuura, A.; Hayano, T. Appl. Phys. Lett. 1992, 60, 268-270. doi:10.1063/1.106681
10. Lee, B. H.; Ryu, M. K.; Choi, S.-Y.; Lee, K.-H.; Im, S.; Sung, M. M. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 16034-16041. doi:10.1021/ja075664o
11. Smirnov, V. M.; Zemtsova, E. G.; Belikov, A. A.; Zheldakov, I. L.; Morozov, P. E.; Polyachonok, O. G.; Aleskovskii, V. B. Dokl. Phys. Chem. 2007, 413, 95-98. doi:10.1134/S0012501607040069
12. Dameron, A. A.; Seghete, D.; Burton, B. B.; Davidson, S. D.; Cavanagh, A. S.; Bertrand, J. A.; George, S. M. Chem. Mater. 2008, 20, 3315-3326. doi:10.1021/cm7032977
13. Nilsen, O.; Klepper, K. B.; Nielsen, H. Ø.; Fjellvåg, H. ECS Trans. 2008, 16, 3-14. doi:10.1149/1.2979975
14. Sood, A.; Sundberg, P.; Malm, J.; Karppinen, M. Appl. Surf. Sci. 2011, 257, 6435-6439. doi:10.1016/j.apsusc.2011.02.022
15. Liang, X.; Yu, M.; Li, J.; Jiang, Y.-B.; Weimer, A. W. Chem. Commun. 2009, 7140-7142. doi:10.1039/b911888h
16. Seghete, D.; Davidson, B. D.; Hall, R. A.; Chang, Y. J.; Bright, V. M.; George, S. M. Sens. Actuators, A 2009, 155, 8-15. doi:10.1016/j.sna.2008.12.016
17. Gabriel, N. T.; Talghader, J. J. J. Appl. Phys. 2011, 110, 043526. doi:10.1063/1.3626462
18. Smith, S. W.; McAuliffe, K. G.; Conley Jr, J. F. Solid-State Electron. 2010, 54, 1076-1082. doi:10.1016/j.sse.2010.05.007
19. Heo, J.; Liu, Y.; Sinsermsuksakul, P.; Li, Z.; Sun, L.; Noh, W.; Gordon, R. G. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 10277-10283. doi:10.1021/jp202202x
20. Elam, J. W.; Sechrist, Z. A.; George, S. M. Thin Solid Films 2002, 414, 43-55. doi:10.1016/S0040-6090(02)00427-3
21. George, S. M. Chem. Rev. 2010, 110, 111-131. doi:10.1021/cr900056b
22. Miikkulainen, V.; Leskelä, M.; Ritala, M.; Puurunen, R. L. J. Appl. Phys. 2013, 113, 021301. doi:10.1063/1.4757907
23. Knez, M.; Nielsch, K.; Niinistö, L. Adv. Mater. 2007, 19, 3425-3438. doi:10.1002/adma.200700079
24. George, S. M.; Yoon, B.; Dameron, A. A. Acc. Chem. Res. 2009, 42, 498-508. doi:10.1021/ar800105q
25. Leskelä, M.; Ritala, M.; Nilsen, O. MRS Bull. 2011, 36, 877-884. doi:10.1557/mrs.2011.240
26. George, S. M. The Strem Chemiker 2011, XXV, 13-26.
27. George, S. M.; Lee, B. H.; Yoon, B.; Abdulagatov, A. I.; Hall, R. A. J. Nanosci. Nanotechnol. 2011, 11, 7948-7955. doi:10.1166/jnn.2011.5034
28. Lee, B. H.; Yoon, B.; Abdulagatov, A. I.; Hall, R. A.; George, S. M. Adv. Funct. Mater. 2013, 23, 532-546. doi:10.1002/adfm.201200370
29. Yoshimura, T.; Yoshino, C.; Sasaki, K.; Sato, T.; Seki, M. IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 2012, 18, 1192-1199. doi:10.1109/JSTQE.2011.2167676
30. King, D. M.; Liang, X.; Weimer, A. W. ECS Trans. 2009, 25, 163-190. doi:10.1149/1.3205053
31. Zhou, H.; Bent, S. F. J. Vac. Sci. Technol., A 2013, 31, 040801. doi:10.1116/1.4804609
32. Klepper, K. B.; Nilsen, O.; Fjellvåg, H. Dalton Trans. 2010, 39, 11628-11635. doi:10.1039/c0dt00817f
33. Yoon, B.; Lee, Y.; Derk, A.; Musgrave, C.; George, S. M. ECS Trans. 2011, 33, 191-195. doi:10.1149/1.3565514
34. Zhou, W.; Leem, J.; Park, I.; Li, Y.; Jin, Z.; Min, Y.-S. J. Mater. Chem. 2012, 22, 23935-23943. doi:10.1039/c2jm35553a
35. Nilsen, O.; Haug, K. R.; Finstad, T.; Fjellvåg, H. Chem. Vap. Deposition 2013, 19, 174-179. doi:10.1002/cvde.201207043
36. Sood, A.; Sundberg, P.; Karppinen, M. Dalton Trans. 2013, 42, 3869-3875. doi:10.1039/c2dt32630b
37. Sundberg, P.; Karppinen, M. Eur. J. Inorg. Chem. 2014, 968-974. doi:10.1002/ejic.201301560
38. Gong, B.; Peng, Q.; Parsons, G. N. J. Phys. Chem. B 2011, 115, 5930-5938. doi:10.1021/jp201186k
39. Lee, Y.; Yoon, B.; Cavanagh, A. S.; George, S. M. Langmuir 2011, 27, 15155-15164. doi:10.1021/la202391h
40. Seo, S.-W.; Jung, E.; Lim, C.; Chae, H.; Cho, S. M. Thin Solid Films 2012, 520, 6690-6694. doi:10.1016/j.tsf.2012.07.017
41. Lee, B. H.; Lee, K. H.; Im, S.; Sung, M. M. Org. Electron. 2008, 9, 1146-1153. doi:10.1016/j.orgel.2008.08.015
42. Cha, S. H.; Park, A.; Lee, K. H.; Im, S.; Lee, B. H.; Sung, M. M. Org. Electron. 2010, 11, 159-163. doi:10.1016/j.orgel.2009.09.021
43. Lee, B. H.; Im, K. K.; Lee, K. H.; Im, S.; Sung, M. M. Thin Solid Films 2009, 517, 4056-4060. doi:10.1016/j.tsf.2009.01.173
44. Park, Y.; Han, K. S.; Lee, B. H.; Cho, S.; Lee, K. H.; Im, S.; Sung, M. M. Org. Electron. 2011, 12, 348-352. doi:10.1016/j.orgel.2010.11.026
45. Huang, J.; Lee, M.; Lucero, A.; Kim, J. Chem. Vap. Deposition 2013, 19, 142-148. doi:10.1002/cvde.201207041
46. Han, K. S.; Park, Y.; Han, G.; Lee, B. H.; Lee, K. H.; Son, D. H.; Im, S.; Sung, M. M. J. Mater. Chem. 2012, 22, 19007-19013. doi:10.1039/c2jm32767h
47. Gong, B.; Parsons, G. N. ECS J. Solid State Sci. Technol. 2012, 1, P210-P215. doi:10.1149/2.023204jss
48. Yoon, B.; Seghete, D.; Cavanagh, A. S.; George, S. M. Chem. Mater. 2009, 21, 5365-5374. doi:10.1021/cm9013267
49. Chen, C.; Li, P.; Wang, G.; Yu, Y.; Duan, F.; Chen, C.; Song, W.; Qin, Y.; Knez, M. Angew. Chem., Int. Ed. 2013, 52, 9196-9200. doi:10.1002/anie.201302329
50. Du, Y.; George, S. M. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 8509-8517. doi:10.1021/jp067041n
51. Peng, Q.; Gong, B.; Van Gundy, R. M.; Parsons, G. N. Chem. Mater. 2009, 21, 820-830. doi:10.1021/cm8020403
52. Yoon, B.; O'Patchen, J. L.; Seghete, D.; Cavanagh, A. S.; George, S. M. Chem. Vap. Deposition 2009, 15, 112-121. doi:10.1002/cvde.200806756
53. Abdulagatov, A.; Hall, R. A.; Sutherland, J. L.; Lee, B. H.; Cavanagh, A. S.; George, S. M. Chem. Mater. 2012, 24, 2854-2863. doi:10.1021/cm300162v
54. Lee, B. H.; Anderson, V. R.; George, S. M. Chem. Vap. Deposition 2013, 19, 204-212. doi:10.1002/cvde.201207045
55. Cho, S.; Han, G.; Kim, K.; Sung, M. M. Angew. Chem., Int. Ed. 2011, 50, 2742-2746. doi:10.1002/anie.201006311
56. Yoon, K.-H.; Han, K.-S.; Sung, M.-M. Nanoscale Res. Lett. 2012, 7, doi:10.1186/1556-276X-7-71
57. Klepper, K. B.; Nilsen, O.; Hansen, P.-A.; Fjellvåg, H. Dalton Trans. 2011, 40, 4636-4646. doi:10.1039/c0dt01716g
58. Design Institute for Physical Properties, DIPPR Project 801-Full Version, Design Institute for Physical Property Data/AlChE, 2005
59. Peng, Q.; Efimenko, K.; Genzer, J.; Parsons, G. N. Langmuir 2012, 28, 10464-10470. doi:10.1021/la3017936
60. Adamczyk, N. M.; Dameron, A. A.; George, S. M. Langmuir 2008, 24, 2081-2089. doi:10.1021/la7025279
61. Putkonen, M.; Harjuoja, J.; Sajavaara, T.; Niinistö, L. J. Mater. Chem. 2007, 17, 664-669. doi:10.1039/b612823h
62. Salmi, L. D.; Puukilainen, E.; Vehkamäki, M.; Heikkilä, M.; Ritala, M. Chem. Vap. Deposition 2009, 15, 221-226. doi:10.1002/cvde.200906770
63. Yoshida, S.; Ono, T.; Esashi, M. Micro Nano Lett. 2010, 5, 321-323. doi:10.1049/mnl.2010.0128
64. Yoshida, S.; Ono, T.; Esashi, M. Nanotechnology 2011, 22, 335302. doi:10.1088/0957-4484/22/33/335302
65. Haq, S.; Richardson, N. V. J. Phys. Chem. B 1999, 71, 5256-5265. doi:10.1021/jp984813+
66. Miyamae, T.; Tsukagoshi, K.; Matsuoka, O.; Yamamoto, S.; Nozoye, H. Jpn. J. Appl. Phys., Part 1 2002, 41, 746-748. doi:10.1143/JJAP.41.746
67. Bitzer, T.; Richardson, N. V. Appl. Phys. Lett. 1997, 71, 662-664. doi:10.1063/1.119822
68. Bitzer, T.; Richardson, N. V. Appl. Surf. Sci. 1999, 144-145, 339-343. doi:10.1016/S0169-4332(98)00823-X
69. Kim, A.; Filler, M. A.; Kim, S.; Bent, S. F. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 6123-6132. doi:10.1021/ja042751x
70. Loscutoff, P. W.; Zhou, H.; Clendenning, S. B.; Bent, S. F. ACS Nano 2010, 4, 331-341. doi:10.1021/nn901013r
71. Prasittichai, C.; Zhou, H.; Bent, S. F. ACS Appl. Mater. Interfaces 2013, 5, 13391-13396. doi:10.1021/am4043195
72. Zhou, H.; Bent, S. F. ACS Appl. Mater. Interfaces 2011, 3, 505-511. doi:10.1021/am1010805
73. Zhou, H.; Toney, M. F.; Bent, S. F. Macromolecules 2013, 46, 5638-5643. doi:10.1021/ma400998m
74. Lee, J. S.; Lee, Y.-J.; Tae, E. L.; Park, Y. S.; Yoon, K. B. Science 2003, 301, 818-821. doi:10.1126/science.1086441
75. Loscutoff, P. W.; Lee, H.-B.-R.; Bent, S. F. Chem. Mater. 2010, 22, 5563-5569. doi:10.1021/cm1016239
76. Ivanova, T. V.; Maydannik, P. S.; Cameron, D. C. J. Vac. Sci. Technol., A 2012, 30, 01A121. doi:10.1116/1.3662846
77. Yoshimura, T.; Kudo, Y. Appl. Phys. Express 2009, 2, 015502. doi:10.1143/APEX.2.015502
78. Yoshimura, T.; Ito, S.; Nakayma, T.; Matsumoto, K. Appl. Phys. Lett. 2007, 91, 033103. doi:10.1063/1.2754646
79. Yoshimura, T.; Ebihara, R.; Oshima, A. J. Vac. Sci. Technol., A 2011, 29, 051510. doi:10.1116/1.3620644
80. Yoshimura, T.; Ishii, S. J. Vac. Sci. Technol., A 2013, 31, 031501. doi:10.1116/1.4793478
81. Miller, D. C.; Foster, R. R.; Zhang, Y.; Jen, S.-H.; Bertrand, J. A.; Lu, Z.; Seghete, D.; O'Patchen, J. L.; Yang, R.; Lee, Y.-C.; George, S. M.; Dunn, M. L. J. Appl. Phys. 2009, 105, 093527. doi:10.1063/1.3124642
82. Liang, X.; King, D. M.; Li, P.; George, S. M.; Weimer, A. W. AIChE J. 2009, 55, 1030-1039. doi:10.1002/aic.11757
83. Qin, Y.; Yang, Y.; Scholz, R.; Pippel, E.; Lu, X.; Knez, M. Nano Lett. 2011, 11, 2503-2509. doi:10.1021/nl2010274
84. Miller, D. C.; Foster, R. R.; Jen, S.-H.; Bertrand, J. A.; Seghete, D.; Yoon, B.; Lee, Y.-C.; George, S. M.; Dunn, M. L. Acta Mater. 2009, 57, 5083-5092. doi:10.1016/j.actamat.2009.07.015
85. Liang, X.; Weimer, A. W. J. Nanopart. Res. 2010, 12, 135-142. doi:10.1007/s11051-009-9587-0
86. Lee, B. H.; Yoon, B.; Anderson, V. R.; George, S. M. J. Phys. Chem. C 2012, 116, 3250-3257. doi:10.1021/jp209003h
87. Lee, B. H.; Anderson, V. R.; George, S. M. ECS Trans. 2011, 41, 131-138. doi:10.1149/1.3633661
88. Vähä-Nissi, M.; Sundberg, P.; Kauppi, E.; Hirvikorpi, T.; Sievänen, J.; Sood, A.; Karppinen, M.; Harlin, A. Thin Solid Films 2012, 520, 6780-6785. doi:10.1016/j.tsf.2012.07.025
89. Yu, M.; Funke, H. H.; Noble, R. D.; Falconer, J. L. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 1748-1750. doi:10.1021/ja108681n
90. Oldham, C. J.; Gong, B.; Spagnola, J. C.; Jur, J. S.; Senecal, K. J.; Godfrey, T. A.; Parsons, G. N. J. Electrochem. Soc. 2011, 158, D549-D556. doi:10.1149/1.3609046
91. Park, M.; Oh, S.; Kim, H.; Jung, D.; Choi, D.; Park, J.-S. Thin Solid Films 2013, 546, 153-156. doi:10.1016/j.tsf.2013.05.017
92. Ghazaryan, L.; Kley, E.-B.; Tünnermann, A.; Szeghalmi, A. V. J. Vac. Sci. Technol., A 2013, 31, 01A149. doi:10.1116/1.4773296
93. Oldham, C. J.; Gong, B.; Spagnola, J.; Jur, J.; Senecal, K. J.; Godfrey, T. A.; Parsons, G. N. ECS Trans. 2010, 33, 279-290. doi:10.1149/1.3485265
94. Tynell, T.; Terasaki, I.; Yamauchi, H.; Karppinen, M. J. Mater. Chem. A 2013, 1, 13619-13624. doi:10.1039/c3ta12909h
95. Brown, J. J.; Hall, R. A.; Kladitis, P. E.; George, S. M.; Bright, V. M. ACS Nano 2013, 7, 7812-7823. doi:10.1021/nn402733g
96. Jen, S.-H.; George, S. M.; McLean, R. S.; Carcia, P. F. ACS Appl. Mater. Interfaces 2013, 5, 1165-1173. doi:10.1021/am303077x
97. Gong, B.; Spagnola, J. C.; Parsons, G. N. J. Vac. Sci. Technol., A 2012, 30, 01A156. doi:10.1116/1.3670963
98. Liang, X.; Jiang, Y.-B.; Weimer, A. W. J. Vac. Sci. Technol., A 2012, 30, 01A108. doi:10.1116/1.3644952
99. Yoon, B.; Lee, B. H.; George, S. M. ECS Trans. 2011, 41, 271-277. doi:10.1149/1.3633677
100. Yoon, B.; Lee, B. H.; George, S. M. J. Phys. Chem. C 2012, 116, 24784-24791. doi:10.1021/jp3057477
101. Liu, J.; Yoon, B.; Kuhlmann, E.; Tian, M.; Zhu, J.; George, S. M.; Lee, Y.-C.; Yang, R. Nano Lett. 2013, 13, 5594-5599. doi:10.1021/nl403244s
102. Tynell, T.; Karppinen, M. Thin Solid Films 2014, 551, 23-26. doi:10.1016/j.tsf.2013.11.067
103. Tynell, T.; Yamauchi, H.; Karppinen, M. J. Vac. Sci. Technol., A 2014, 32, 01A105. doi:10.1116/1.4831751
104. Ishchuk, S.; Taffa, D. H.; Hazut, O.; Kaynan, N.; Yerushalmi, R. ACS Nano 2012, 6, 7263-7269. doi:10.1021/nn302370y
105. Abdulagatov, A. I.; Terauds, K. E.; Travis, J. J.; Cavanagh, A. S.; Raj, R.; George, S. M. J. Phys. Chem. C 2013, 117, 17442-17450. doi:10.1021/jp4051947
106. Sundberg, P.; Sood, A.; Liu, X.; Karppinen, M. Dalton Trans. 2013, 42, 15043-15052. doi:10.1039/c3dt51578h
107. Bahlawane, N.; Arl, D.; Thomann, J.-S.; Adjeroud, N.; Menguelti, K.; Lenoble, D. Surf. Coat. Technol. 2013, 230, 101-105. doi:10.1016/j.surfcoat.2013.06.098
108. Seghete, D.; Hall, R. A.; Yoon, B.; George, S. M. Langmuir 2010, 26, 19045-19051. doi:10.1021/la102649x
109. Liang, X.; Evanko, B. W.; Izar, A.; King, D. M.; Jiang, Y.-B.; Weimer, A. W. Microporous Mesoporous Mater. 2013, 168, 178-182. doi:10.1016/j.micromeso.2012.09.035
110. Klepper, K. B.; Nilsen, O.; Levy, T.; Fjellvåg, H. Eur. J. Inorg. Chem. 2011, 2011, 5305-5312. doi:10.1002/ejic.201100192
111. Salmi, L. D.; Heikkilä, M. J.; Puukilainen, E.; Sajavaara, T.; Grosso, D.; Ritala, M. Microporous Mesoporous Mater. 2013, 182, 147-154. doi:10.1016/j.micromeso.2013.08.024
112. Klepper, K. B.; Nilsen, O.; Francis, S.; Fjellvåg, H. Dalton Trans. 2014, 43, 3492-3500. doi:10.1039/c3dt52391h
113. Sundberg, P.; Sood, A.; Liu, X.; Johansson, L.-S.; Karppinen, M. Dalton Trans. 2012, 41, 10731-10739. doi:10.1039/c2dt31026k
114. Kao, C.-Y.; Yoo, J.-W.; Min, Y.; Epstein, A. J. ACS Appl. Mater. Interfaces 2012, 4, 137-141. doi:10.1021/am201506h
115. Zhou, H.; Bent, S. F. J. Phys. Chem. C 2013, 117, 19967-19973. doi:10.1021/jp4058725
116. Smirnov, V.; Zemtsova, E.; Morozov, P. Rev. Adv. Mater. Sci. 2009, 21, 205-210