[发明专利]一种基于等离子体增强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等离子体增强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，叉采用惰性气体对过量的前驱体及副产物进行吹扫清洗，随后引入氢气等离子体，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，具体涉及一种基于等离子体增强原子层沉积技术制备纳米金颗粒薄膜的方法。

背景技术

纳米材料是指微观结构至少在一维方向上受纳米尺度(1-100nm)调制的各种固态材料。纳米材料的独特结构使其具有不同于常规材料和单个分子的性质，如表面效应、体积效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等，这也导致纳米材料在电子、化工陶瓷、医学等领域有广泛的应用。

纳米金除了具有纳米材料的一般性质外，还具有良好的光学特性、生物相容性及催化活性等独特的物理、化学性质，纳米金的这些特殊的性质使其在化学、生物、医药、食品等领域具有广泛的应用。

制备纳米金颗粒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等离子体增强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等离子体增强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瓶中的金源前驱体通过ALD脉冲阀门引入所述硅片衬底上，并得到第一反应表面；

S5：使用第一惰性气体对所述硅片衬底上的所述第一反应表面进行清洗；

S6：将还原性前驱体通过所述纳米金颗粒薄膜制备系统中电感耦合等离子体装置引入所述第一反应表面上，并得到第二反应表面；

S7：使用第二惰性气体对所述硅片衬底上的所述第二反应表面进行清洗：

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10mTorr-200mTorr。

优选地，所述金源瓶的温度为90℃。

优选地，所述金源前驱体为β-二酮类金化合物。

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ALD脉冲阀门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，所述还原性前驱体为氢气等离子体，所述氢气等离子体通过所述纳米金颗粒薄膜制备系统中的等离子射频装置引入所述第一反应表面上。

优选地，所述使用第一惰性气体对所述硅片衬底上的所述第一反应表面进行清洗包括步骤：

使用所述第一惰性气体对所述第一反应表面进行第一时长的清洗；