[发明专利]一种原子层沉积技术生长NbSx

说明书

本发明公开了一种原子层沉积技术生长NbS_x薄膜的方法，属于纳米材料制备技术领域。本发明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相Nb源进行沉积，得到沉积有Nb源的衬底，所述Nb源为Nb(OCH₂CH3)₅；(2)向体系中充入惰性气体进行吹扫；(3)将硫醇作为硫源以脉冲形式通入反应腔，与沉积在衬底上的Nb源进行反应，得到纳米NbS_x薄膜；(4)向体系中充入惰性气体吹扫，完成一个ALD循环，将上述循环过程重复多次，即可得到一定厚度的NbS_x薄膜。本发明可以在衬底上沉积形成保型性较好的含NbS_x沉积层。

技术领域

本发明涉及一种原子层沉积技术生长NbS_x薄膜的方法，属于纳米材料制备技术领域。

背景技术

纳米结构的过渡金属硫化物磁性、电子和光学性质优异。其中，在光(电)催化产氢领域过渡金属硫化物因其催化活性较好和较低的成本而受到广泛关注。Nb基纳米材料被认为有较好的析氢催化性能。此外，原子层沉积(ALD)已经逐渐成为制备纳米结构材料的前沿技术。ALD的自限性表面化学反应，允许纳米材料沉积在各种复杂的表面或三维结构上，具有显着的重现性，且对薄膜厚度，材料成分，原子活性位点分布控制精确。在过去的几年里，ALD一直在迅速发展。然而，到目前为止仍然没有涉及ALD合成硫化铌(NbS_x)材料的报道。鉴于过渡金属硫化物和Nb基材料在光(电)催化产氢领域的良好效果，迫切需要具有可行性的NbS_x ALD合成工艺，促进基于NbS_x的纳米结构材料在上述领域的发展。

前驱体是ALD制备相关纳米材料的基础原料，合适、匹配的前驱体组合是制备材料成功的关键。金属前驱体受ALD技术特点限制，需要有好的挥发性、热稳定性以及针对制备某种目标材料所需的另一种前驱体的反应活性。寻找或制备这样的金属前驱体并非易事。目前可用于ALD方法的Nb前驱体仅有乙醇铌(V)即Nb(OCH₂CH₃)₅。因此，寻找与之匹配的硫源尤为重要。此外，ALD方法制备其他相关硫化物所用硫源均为硫化氢气体，不易存储运输，同时具有较强的毒性，不易操作。

发明内容

为了解决上述至少一个问题，本发明提供了一种原子层沉积技术生长NbS_x薄膜的方法，本发明的方法能够在纳米级的衬底上沉积形成NbS_x的沉积层。本发明通过大量实验，获得了一种液态、低(无)毒硫源替代硫化氢，用于ALD工艺制备相关硫化物。通过在大量含硫有机物如硫醚(结构为R-S-R，其中R为C1-C4的烷烃，具体例如二甲硫醚CH₃-S-CH₃)、二硫醚(结构为R-S-S-R，其中R为C1-C4的烷烃，具体例如二甲二硫醚CH₃-S-S-CH₃)、硫醇(结构为R-SH，其中R为C1-C4的烷烃，具体例如叔丁基硫醇t-Bu-SH)中进行尝试，最终确定只有硫醇作为液态硫源才具有足够的反应活性与Nb(OCH₂CH₃)₅通过ALD技术制备NbS_x材料。同时，相对于传统ALD硫源硫化氢，硫醇易存储运输、操作简便、毒性大大降低。

本发明的第一个目的是提供一种原子层沉积技术ALD生长NbS_x薄膜的方法，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Nb源Nb(OCH₂CH₃)₅进行沉积，得到沉积有Nb源的衬底；

(2)向体系中充入惰性气体进行吹扫；