[发明专利]一种二氧化钼纳米薄膜的溅射制备方法

说明书

本发明公开了一种二氧化钼纳米薄膜的溅射制备方法，包括以下步骤：(1)将清洁衬底固定于真空腔内位于靶材正前方的夹具筒的筒壁上或靶材侧的真空腔腔壁上，夹具筒可以绕中轴线旋转，其中轴线与靶材表面平行，夹具筒筒壁与靶材表面的最小距离在2cm以上；(2)将真空腔抽真空，然后通入工作气体；(3)、开启控制二氧化钼靶直流阴极电源的射频阴极电源，使靶前产生等离子体，对靶进行溅射；(4)、在靶材表面施加300V～900V的频率低于100KHz的交流电压进行中低频磁控溅射；(5)、对溅射的二氧化钼层进行退火热处理。本发明具有很高的溅射沉积速率：相较于同等尺寸靶材和相同溅射功率下的射频磁控溅射的沉积速率快2～5倍，可以有效提高生产效率和薄膜质量。

技术领域

本发明涉及纳米材料制备技术领域，尤其涉及一种二氧化钼纳米薄膜的溅射制备方法。

背景技术

二硫化钼作为一种过渡族金属二硫化物，是具有层状结构的半导体材料，表现出良好的半导体、金属甚至是超导特性。二硫化钼块体材料是一种间接带隙半导体，其带隙为1.2eV，随着厚度的降低，特别是当其厚度降低到几个分子层时，其物理性能发生显著的变化，单层二硫化钼变成了直接带隙半导体，其带隙增加到1.9eV，并且因其电子特性及高的比表面积，表现出良好的电学、光学及机械性能，广泛应用于润滑、传感、催化、储能等诸多方面。

近年来的科学研究表明，单层或者少层的二硫化钼纳米薄片能够显示出更优异的物理化学性质，在工业技术领域有重要的应用价值。目前，二维的二硫化钼纳米薄片制备工艺的中国专利包括液相超声法、锂离子插层法、化学气相沉积法、溶剂热法、超临界流体法、对流气体剪切法。

液相超声法：中国专利如申请号为201410081869.3，将配制的二硫化钼分散液先后进行低高功率的两步超声，剥离制备二硫化钼纳米片。然而液相超声法需要大功率超声设备且长时间超声处理，限制了工业化生产。

锂离子插层法：中国专利如申请号为201310187544.9、201310561235.3、201410059743.6、201410086208.X，利用正丁基锂等作为插层分子，通过搅拌、溶剂热等方法对层状二硫化钼进行插层，之后进行水解超声处理获得二硫化钼纳米片。然而，锂离子插层法插层处理时需要无氧无水环境，对工业生产环境要求苛刻。

化学气相沉积法：中国专利如申请号为201410087035.3，将钼源和硫源置于陶瓷舟中，并将陶瓷舟放在水平管式炉中部，抽真空后，在氩气保护下高温制备二硫化钼纳米片。然而，化学气相沉积法反应温度高，600℃～850℃，需要惰性气体保护，反应产物污染环境，损害人体健康，为三废处理带来困难。

溶剂热法：中国专利如申请号为201210311761.X、201310547151.4、201410361617.6，将钼酸盐在含硫化合物溶液中进行水热处理，清洗干燥后得到不同形貌的二硫化钼纳米片。然而，溶剂热法涉及到对温度压力的调控，对设备要求高，反应周期长，不利用工业化生产。

超临界流体法：中国专利如申请号为201210226272.4，将超临界二氧化碳泵入装有二硫化钼原始粉料的高压釜，渗透到二硫化钼层状结构当中，随后施加超声波振荡产生空化效应，以及迅速降压使层间二氧化碳逃逸，进而使原料层与层分离，如此多次升降压达到剥离二硫化钼的效果。然而，超临界流体化学活性较强，对材料的晶体结构有一定的破坏作用，从而影响到材料的物理性能。同时超临界流体对温度压力有特定的要求，压力高达80～250个大气压，限制了生产工艺的延伸。

对流气体剪切法：中国专利如申请号为201310238984.2，通过高压冷热气体循环对流产生的剪切力来剥离二硫化钼。通过将剪切力连续不断地作用于二硫化钼的X-Y晶面上，使其产生错位滑移，从而实现二硫化钼的剥离。然而，高压冷热气体循环对流对温度压力有特殊的要求，温差200℃且需要在封闭容器进行，限制了产量。

因此，找出一种新的方法来制作二氧化钼纳米薄膜对本领域技术人员来说是亟需解决的技术问题。

发明内容