[发明专利]一种基于原子层沉积技术制备纳米金颗粒薄膜的方法

说明书

本申请提供的一种基于原子层沉积技术制备纳米金颗粒薄膜的方法采用等离子增强原子层沉积技术，利用载气将金属有机化合物前驱体脉冲入反应室，并在衬底表面发生化学自饱和吸附及发生交换反应，又采用惰性气体对过量的前驱体及副产物进行吹扫清洗，随后引入肼类还原性前驱体，与置换后的新表面发生还原反应生产金单质薄膜。由于前驱体的自饱和性化学吸附，因此一个循环周期生成一个单原子层薄膜，控制循环的周期可以精确控制金单质薄膜的厚度，且成膜不受衬底表面和形状的影响；所沉积的纳米金薄膜均匀完整、纯度高、厚度精确可控。

技术领域

本发明属于原子层沉积技术领域，具体涉及一种基于原子层沉积技术制备纳米金颗粒薄膜的方法。

背景技术

纳米材料是指三维空间中至少有一维处于纳米尺寸范围或者由它们作为基本单元构成的材料。纳米材料由于具有量子效应、小尺寸效应及表面效应，呈现出许多特有的物理、化学性质，已成为物理、化学、材料等诸多学科研究的前沿领域。纳米金作为纳米材料的一种，具有良好的生物相容性、优异的催化活性及独特的物理和光学性质，这些特性使得它在生物医学应用(如癌症的诊断、细胞成像、药物运输、肿瘤热疗等)、食品安全检测领域应用(如农药残留、微生物检测、生物毒素检测、重金属离子检测)、催化方面的应用、光电子器件应用上具有很大潜力。

制备纳米金的主要方法是有氧还原法、电化学法、紫外光分解法等，目前最常见的方法是利用柠檬酸盐还原氯金酸，但现有制备纳米金薄膜的方法不仅成膜能力差，而且薄膜的纯度和厚度均无法精确控制。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种基于原子层沉积技术制备纳米金颗粒薄膜的方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于原子层沉积技术制备纳米金颗粒薄膜的方法，所述方法包括步骤：

S1：搭建纳米金颗粒薄膜制备系统；

S2：设置所述纳米金颗粒薄膜制备系统中各装置参数；

S3：将硅片衬底放入所述纳米金颗粒薄膜制备系统中的反应室中；

S4：将所述纳米金颗粒薄膜制备系统中金源前驱体瓶中的金源前驱体通过金源前驱体ALD阀引入所述硅片衬底上，并得到金置换前驱体；

S5：使用第一惰性气体对所述硅片衬底上的所述金置换前驱体进行清洗；

S6：将所述纳米金颗粒薄膜制备系统中肼类前驱体源瓶中的肼类前驱体通过肼类前驱体ALD阀引入所述金置换前驱体上，并得到金薄膜；

S7：使用第二惰性气体对所述硅片衬底上的所述金薄膜进行清洗；

S8：循环步骤S4-S7，并得到预设厚度的纳米金颗粒薄膜。

优选地，所述反应室的温度为50℃-300℃。

优选地，所述反应室和所述纳米金颗粒薄膜制备系统中真空管路的真空压力为5mTorr-10mTorr。

优选地，所述金源前驱体瓶的温度为90℃而载气流量为10sccm-200sccm，所述肼类前驱体源瓶的温度为40℃-80℃而载气流量为10sccm-200sccm。

优选地，所述肼类肼类前驱体结构式为R1R2N-NR3R4，其中，R1-R4是氢原子或C1-C5的烃链。

优选地，所述金源前驱体为二甲基(乙酰丙酮)黄金(III)。

优选地，所述金源前驱体ALD阀、所述肼类前驱体ALD阀和所述纳米金颗粒薄膜制备系统中载气管路的温度为150℃-200℃。

优选地，所述金源前驱体ALD阀开启的时长为50ms-2000ms，所述肼类前驱体ALD阀开启的时长为20ms-1000ms。