一种原子层沉积技术生长V制造技术

本发明专利技术公开了一种原子层沉积技术生长V

【技术实现步骤摘要】
一种原子层沉积技术生长V
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C纳米材料的方法


[0001]本专利技术涉及一种原子层沉积技术生长V
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C纳米材料的方法，属于纳米材料领域。

技术介绍

[0002]随着能源的消耗，人们对清洁可持续能源的需求越来越大，进一步推动了氢能的开发，而电解水技术作为一种理想且高效的制氢技术受到了研究者们的广泛关注；但该技术目前面临的挑战是需要寻找合适的电催化剂。目前，贵金属催化剂(Pt基)具有很好的析氢性能，但是地壳上含量低及成本高等缺点限制了其广泛应用。因此，开发可代替Pt基材料的高效、廉价析氢电催化剂具有重大的研究意义。近年来，研究者们报道了很多优异的析氢电催化剂，如碳化物、氮化物、硫化物、磷化物等。其中，碳化钒(V
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C)具有与Pt类似的电子结构，它被认为是有潜力的可替代Pt的电催化剂，因此，纳米V
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C材料的研究具有很大的发展空间。
[0003]现有常用的合成V
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C的方法有热反应沉积、磁控溅射、浸渍法等方法。然而，这些常规方法对合成纳米V
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C材料存在颗粒及形貌难可控问题。本领域公知，纳米材料的组分及形貌受限于制备方法，而纳米材料的组分及形貌则会影响材料的性能，因此，制备方法的不同也会影响该材料能否应用于特定领域。因此，需要寻找一种组分和形貌可控的纳米V
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C材料。
[0004]ALD技术是通过将气相前驱体脉冲交替地通入反应室并在沉积基体上发生表面化学反应形成薄膜的一种方法，具有自限制和自饱和的特点。ALD具有优良的重现性，且能够实现对薄膜厚度、材料成分和原子活性位点分布的精确控制。ALD生长优异性能的薄膜是建立在独特的表面自限制化学反应基础上的，因此，需要化学组分之间以及化学组分和工艺条件进行严格的匹配才能够获得目的产物。
[0005]现有技术WO 01/29280A1公开了卤化钒作为金属源来制备得到的碳化钒材料的方法，但是金属卤化物在ALD沉积过程中会产生相当的腐蚀ALD设备的卤化氢，因此，逐渐被放弃。鉴于V
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C材料的广泛和重要应用，迫切需要更多具有可行性的ALDV
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C合成工艺，促进基于V
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C的纳米结构材料在电催化领域的发展。

技术实现思路

[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供了一种原子层沉积技术生长V
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C纳米材料的方法，所述包括以下步骤：
[0007](1)将衬底置于反应腔中，在真空条件下，以脉冲形式向反应腔中通入气化后的V源，在150～350℃下进行沉积，得到沉积有V源的衬底，所述V源为三异丙氧基氧化钒，结构式见式1，
[0008][0009](2)充入气体进行吹扫；
[0010](3)将气化后的碳源以脉冲形式通入反应腔，与沉积在衬底上的V源进行反应，得到含单原子层V
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C纳米材料的衬底；
[0011](4)再次充入气体进行吹扫，完成一个ALD生长循环；
[0012]重复(1)
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(4)若干次数，即可得到生长有V
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C纳米材料的衬底。
[0013]优选的，步骤(1)中，所述以脉冲形式向反应腔中通入气化后的V源的单个脉冲的持续时间为0.5～20s。
[0014]优选的，步骤(1)中，所述气化后的V源在载气存在条件下以脉冲形式通入，所述载气的流量为10～200sccm。
[0015]优选的，步骤(2)中所述吹扫时间为1～100s。
[0016]优选的，步骤(3)中所述碳源有乙醚、丙醚、丁醚、四氢呋喃中的一种或几种。
[0017]优选的，步骤(3)中，将气化后的碳源以脉冲形式通入反应腔的单个脉冲的持续时间为0.1～20s。
[0018]优选的，步骤(4)中，所述吹扫时间为1～35s。
[0019]优选的，重复步骤(1)～(4)的操作1～2000次，通过重复不同次数制备得到不同厚度的V
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C纳米材料。
[0020]优选的，步骤(1)和(3)中的载气为高纯氮气或高纯氩气，纯度≥99.999％。
[0021]优选的，步骤(2)和(4)中吹扫所用气体为高纯氮气或高纯氩气，纯度≥99.999％。
[0022]优选的，所述衬底包括硅、氧化硅、氮化硅、TaN中的一种或几种。
[0023]最后，本专利技术提供了上述方法在电解水领域的应用。与现有技术相比，本专利技术具有以下优势：
[0024](1)本专利技术采用了具有式1结构的V源，将其应用在原子层沉积技术中，配合特定的碳源，使得能够在纳米级的器件上沉积形成保型性较好的含V
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C沉积层，且能够对薄膜厚度、材料成分、原子活性位点分布实现精确控制。
[0025](2)本专利技术制备得到的VxC纳米材料的电阻率低，可以低至31μΩ
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cm。
[0026](3)本专利技术方法能够对多种衬底如硅、氧化硅、氮化硅、TaN等表现出优良的兼容性。
附图说明
[0027]图1为本实施例1的V
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C纳米材料的SEM图。
具体实施方式
[0028]本专利技术提供一种原子层沉积技术生长含V
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C纳米材料的方法，包括以下步骤：(1)将衬底置于反应腔中，在真空条件下，以脉冲形式向反应腔中通入气化后的V源，在150～350℃下进行沉积，得到沉积有V源的衬底，所述V源为三异丙氧基氧化钒；(2)充入惰性气体进行吹扫；(3)将气化后的将碳源以脉冲形式通入反应腔，与沉积在衬底上的V源进行单原子反应，得到含单原子层VxC薄膜纳米材料的衬底；(4)再次向体系中充入惰性气体进行吹扫，完成一个ALD生长循环；重复(1)
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(4)若干次数，即可得到生长有VxC薄膜纳米材料的衬底。
[0029]本专利技术的衬底在使用前需要进行预处理，所述预处理优选工业界标准的清洗方式进行处理，所述工业界标准的清洗方式包括使用SPM(H2SO4/H2O2)溶液去除衬底表面的有机沾污，使用APM(NH4OH/H2O2)溶液去除衬底表面的颗粒沾污，采用稀释的HF溶液漂洗去除衬底表面的自然氧化层。将预处理的衬底放入原子层沉积设备的传片腔并抽真空，实现沉积所需的真空环境，达到要求的真空度后，再传入反应腔，以避免空气中的水氧扩散至反应腔影响薄膜的生长。
[0030]为了进一步的保证原子层沉积设备中各管路及腔体内无水氧残留，在放置衬底前，本专利技术优选对原子层沉积设备的管路及反应腔体进行抽空或预长膜处理。
[0031]在本专利技术中，衬底的预处理方式不限于此种清洗方法，也可视实际应用使用其它清洗方法，如丙酮、异丙醇、水清洗等。
[0032]本专利技术对所述V源进行加热，使之气化，得到气相V源，所述对V源加热的温度优选为65～170℃，更优选为70～150℃，最优选为70～90℃，具体的，在本专利技术的实施例中，可以是70℃、7本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种原子层沉积技术生长V
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C纳米材料的方法，包括以下步骤:(1)将衬底置于反应腔中，在真空条件下，以脉冲形式向反应腔中通入气化后的V源，在150～350℃下进行沉积，得到沉积有V源的衬底，所述V源为三异丙氧基氧化钒，结构式见式1，(2)充入气体进行吹扫；(3)将气化后的碳源以脉冲形式通入反应腔，与沉积在衬底上的V源进行反应，得到含单原子层V
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C纳米材料的衬底；(4)再次充入气体进行吹扫，完成一个ALD生长循环；重复(1)
‑
(4)若干次数，即可得到生长有V
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C纳米材料的衬底。2.根据权利要求1所述的一种原子层沉积技术生长V
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C纳米材料的方法，其特征在于，步骤(1)中，以脉冲形式向反应腔中通入气相V源的单个脉冲的持续时间为0.5～20s。3.根据权利要求1或2所述的一种原子层沉积技术生长V
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C纳米材料的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述气化后的V源在载气存在条件下以脉冲形式通入，所述载气的流量为10～200sccm。。4.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜立永，何冬梅，丁玉强，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：