一种基于有机硫前驱体的金属硫化物薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种基于有机硫前驱体的金属硫化物薄膜及其制备方法，通过采用原子层沉积技术将金属前驱体在惰性载气的存在下通入原子层沉积反应室，沉积一层金属单原子层，再以脉冲的方式向原子层沉积反应室通入有机硫前驱体，得到一层金属硫化物分子层，以形成一层分子层的过程为一个ALD周期，通过循环ALD周期，得到所述基于有机硫前驱体的金属硫化物薄膜。本发明专利技术的制备方法采用了有机硫化合物取代高毒性的H

【技术实现步骤摘要】
一种基于有机硫前驱体的金属硫化物薄膜及其制备方法
本专利技术涉及金属硫化物薄膜制备
，尤其涉及一种基于有机硫前驱体的金属硫化物薄膜及其制备方法。
技术介绍
金属硫化物薄膜拥有优越的电学、光学、磁学和电化学等性能，因此引起了各个领域研究者的广泛关注，目前在集成电路、气体传感器、光电探测器、太阳能电池和电化学催化等领域展现出很大的应用潜力。传统合成金属硫化物薄膜的方法主要包括电沉积、化学水浴沉积、化学气相沉积、物理气相沉积等。近年来，原子层沉积(ALD)技术逐渐演变为一种重要的高质量金属硫化物薄膜制备方法，ALD技术能够在包括一些复杂的纳米结构在内的各类基板上生长出均匀连续且厚度精确可控的高质量薄膜。在过去十年中，新型金属硫化物的ALD方法发展十分迅速，包括GaSx，GeS，CdS，MoS2，Li2S，CoSx，NiSx，MnS，FeSx，VS4，ReS2，HfS2，ZrS2等在内的硫化物薄膜均可以通过ALD技术实现。然而，采用ALD方法制备这些金属硫化物使用的硫源前驱体基本都是H2S气体，而H2S气体作为一种剧毒的、易燃的、腐蚀性气体，在储存运输使用等过程中存在着较大的安全隐患。装有H2S的气瓶需要存放在专业的储藏柜中并配备专业的H2S气体传感器，使用H2S过程中须遵守严格规范的操作步骤，这些问题在很大程度上阻碍了ALD新型金属硫化物的方法拓展与开发。因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于有机硫前驱体的金属硫化物薄膜及其制备方法，旨在提高金属硫化物薄膜制备过程的安全性。本专利技术的技术方案如下：一种基于有机硫前驱体的金属硫化物薄膜的制备方法，其中，包括步骤：A、将经预处理的基板置于原子层沉积反应室中；B、在惰性气体下，将加热至第一温度的金属前驱体通入所述沉积反应室中，使所述金属前驱体与所述基板发生反应，在所述基板表面生成金属单原子层；C、将加热至第二温度的有机硫前驱体通入所述沉积反应室中，使所述有机硫前驱体与所述金属单原子层发生反应，在所述基板表面生成金属硫化物单分子层；D、重复所述步骤B至步骤C若干次，直至得到预定厚度的所述金属硫化物薄膜。所述的制备方法，其中，所述步骤B具体包括：在惰性气体下，将加热至20～200℃的金属前驱体通入所述沉积反应室中，使所述金属前驱体与所述基板发生反应；反应结束后再通入惰性气体吹扫多余的金属前驱体和反应副产物，在所述基板表面生成金属单原子层。所述的制备方法，其中，所述步骤C具体包括：将加热至20～200℃的有机硫前驱体通入所述沉积反应室中，使所述有机硫前驱体与所述金属单原子层发生反应；反应结束后再通入惰性气体吹扫多余的有机硫前驱体和反应副产物，在所述基板表面生成金属硫化物单分子层。所述的制备方法，其中，所述金属前驱体中的金属包括镍、铜、钴、铁、锰、钨、铼、铟、锡、铅、铋、铪、锆、钛、铬、镉、钽、钒和锗中的一种。所述的制备方法，其中，所述有机硫前驱体包括叔丁基二硫、二异丙基二硫、二烯丙基二硫、二甲基二硫、二乙基二硫、二正丙基二硫、二异丁基二硫、二正丁基二硫、二苄基二硫、烯丙基丙基二硫醚、二苯基二硫、二甲硫醚、二乙硫醚、甲乙硫醚、二丙基硫醚、二丁基硫醚、烯丙基甲基硫醚、烯丙基乙硫醚、二烯丙基硫醚、二苄基硫醚和二苯硫醚中的一种或多种。所述的制备方法，其中，每重复一次所述步骤B至步骤C，所述金属前驱体的暴露剂量为0.001～20Torr·s，所述有机硫前驱体的暴露剂量为0.01～20Torr·s。所述的制备方法，其中，所述反应的温度为50～500℃。一种基于有机硫前驱体的金属硫化物薄膜，其中，采用如上所述的基于有机硫前驱体的金属硫化物薄膜的制备方法制备得到。一种金属硫化物催化电极，其中，包括基板以及设置在所述基板上的金属硫化物薄膜，所述金属硫化物薄膜采用如上所述的基于有机硫前驱体的金属硫化物薄膜。所述的金属硫化物催化电极，其中，所述基板采用表面分布有碳纳米管的碳布。有益效果：本专利技术通过采用原子层沉积技术将金属前驱体在惰性载气的存在下通入原子层沉积反应室，使金属前驱体与原子层沉积反应室中的基板表面进行反应，得到金属原子层，再以脉冲的方式向原子层沉积反应室通入有机硫前驱体，使所述有机硫前驱体与所述金属原子层进行反应，得到所述基于有机硫前驱体的金属硫化物薄膜。本专利技术的制备方法采用了有机硫化合物取代高毒性的H2S气体作为硫源前驱体，降低有害气体对薄膜制备过程中的安全隐患，具有环保性，该方法制备出的金属硫化物薄膜致密均匀且结晶性较好，并具有优异的电催化性能，可将其应用于电催化领域。附图说明图1(a～d)采用TBDS、IPDS、DMDS或DADS作为有机硫前驱体制备NiSx薄膜的生长特性曲线图。其中，(a)为Ni(amd)2暴露剂量与薄膜厚度的关系；(b)为TBDS、IPDS、DMDS或DADS暴露剂量与薄膜厚度的关系；(c)为薄膜厚度与ALD循环次数的关系；(d)为生长速率与反应温度的关系。(c～d)中的生长条件均为曲线(a-b)中的薄膜饱和生长条件(Ni(amd)2的饱和暴露剂量为0.12Torr·s，有机硫前驱体的饱和暴露剂量为0.2Torr·s)。图2(a～c)为以TBDS作为有机硫前驱体在200℃下制备NiSx薄膜的TEM图像及其对应的电子衍射环。其中，(a)为TEM图像；(b)为电子衍射环图像；(c)为从(a)中选择的正方形区域内快速傅里叶变换的结果图。图3(a～f)为分别以IPDS、DMDS、DADS作为有机硫前驱体在200℃下制备NiSx薄膜的TEM图像及其对应的电子衍射环。其中，(a)、(b)、(c)分别是以IPDS、DMDS、DADS作为有机硫前驱体制备的NiSx薄膜的TEM图像，(d)、(e)、(f)分别依次是与(a)、(b)、(c)对应的电子衍射环图像。图4为以TBDS作为有机硫前驱体在200℃下制备的NiSx薄膜中，Ni和S元素的原子数量比与沉积温度的关系曲线。图5(a～e)为TBDS作为有机硫前驱体沉积的NiSx薄膜在不同反应温度下的SEM图像，其中，(a)为180℃；(b)为200℃；(c)为220℃；(d)为235℃；(e)为250℃。图6为以TBDS作为有机硫前驱体沉积的NiSx薄膜的薄膜表面粗糙度与沉积温度的关系曲线。图7(a-c)为分别以IPDS、DMDS、DADS作为有机硫前驱体在200℃下所沉积的NiSx薄膜的SEM图。其中，(a)、(b)、(c)分别是以IPDS、DMDS、DADS作为有机硫前驱体。图8为以TBDS作为有机硫前驱体制备的NiSx薄膜的XPS全元素图谱。图9(a～d)为以TBDS作为有机硫前驱体制备的NiSx薄膜的XPS窄区图谱。其中，(a)、(b)、(c)、(d)分别为Ni2p、S2p、C1s、N1s的高分辨率XPS窄区谱。图10(a,b本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于有机硫前驱体的金属硫化物薄膜的制备方法，其特征在于，包括步骤：/nA、将经预处理的基板置于原子层沉积反应室中；/nB、在惰性气体下，将加热至第一温度的金属前驱体通入所述沉积反应室中，使所述金属前驱体与所述基板发生反应，在所述基板表面生成金属单原子层；/nC、将加热至第二温度的有机硫前驱体通入所述沉积反应室中，使所述有机硫前驱体与所述金属单原子层发生反应，在所述基板表面生成金属硫化物单分子层；/nD、重复所述步骤B至步骤C若干次，直至得到预定厚度的所述金属硫化物薄膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于有机硫前驱体的金属硫化物薄膜的制备方法，其特征在于，包括步骤：
A、将经预处理的基板置于原子层沉积反应室中；
B、在惰性气体下，将加热至第一温度的金属前驱体通入所述沉积反应室中，使所述金属前驱体与所述基板发生反应，在所述基板表面生成金属单原子层；
C、将加热至第二温度的有机硫前驱体通入所述沉积反应室中，使所述有机硫前驱体与所述金属单原子层发生反应，在所述基板表面生成金属硫化物单分子层；
D、重复所述步骤B至步骤C若干次，直至得到预定厚度的所述金属硫化物薄膜。


2.根据权利要求1所述的基于有机硫前驱体的金属硫化物薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤B具体包括：
在惰性气体下，将加热至20～200℃的金属前驱体通入所述沉积反应室中，使所述金属前驱体与所述基板发生反应；
反应结束后再通入惰性气体吹扫多余的金属前驱体和反应副产物，在所述基板表面生成金属单原子层。


3.根据权利要求1所述基于有机硫前驱体的金属硫化物薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤C具体包括：
将加热至20～200℃的有机硫前驱体通入所述沉积反应室中，使所述有机硫前驱体与所述金属单原子层发生反应；
反应结束后再通入惰性气体吹扫多余的有机硫前驱体和反应副产物，在所述基板表面生成金属硫化物单分子层。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属前...

【专利技术属性】
技术研发人员：王新炜，李豪，
申请(专利权)人：北京大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东;44