利用二甲基二硫醚作為硫前驅(qū)體和利用Mo(C0)6作為Mo前驅(qū)體的原子層沉積方法來沉積此52薄膜時，ALD溫度窗口出現(xiàn)在100至120°C (圖3a)。
[0034]當(dāng)在原子層沉積期間的沉積溫度低于100°C時，因為前驅(qū)體沒有被令人滿意地化學(xué)吸附，薄膜的厚度降低。并且，當(dāng)在原子層沉積期間的沉積溫度高于120°C時，由于鉬前驅(qū)體的熱分解，薄膜的厚度快速增加。
[0035]在本公開中，鉬前驅(qū)體不做具體限制，只要其是包含鉬的并且可用作前驅(qū)體的鉬前驅(qū)體即可。具體而言，其可以是選自M0(CO)6、M0F#PM0C1 6中的一種或更多種。
[0036]如上所述，根據(jù)本公開的MoS2薄膜是通過原子層沉積方法形成的。在沉積過程中，在沉積鉬前驅(qū)體時通過化學(xué)吸附在襯底的表面上形成包含Mo的化學(xué)官能團(tuán)。然后，當(dāng)化學(xué)吸附硫前驅(qū)體時，利用包含硫的化學(xué)官能團(tuán)使表面飽和。當(dāng)重復(fù)吸附反應(yīng)時，通過ALD過程生長MoS2。
[0037]通過利用532-nm激光獲得的MoS^^膜的拉曼光譜具有在375至385cm 1和400至410cm 1處觀察到的峰，如圖2所示的。
[0038]MoS2薄膜可以用作晶體管的半導(dǎo)體活性層薄膜、用作用于析氫反應(yīng)的催化劑、或者用作鋰離子電池的電極材料。
[0039]本公開還提供用于制造MoS2薄膜的方法，其包括:
[0040]1)通過將鉬前驅(qū)體供應(yīng)到處于真空狀態(tài)下的反應(yīng)器中在襯底上形成包含Mo的化學(xué)官能團(tuán)層的步驟；
[0041]2)在步驟1)之后通過將惰性氣體供應(yīng)到反應(yīng)器中來去除沒有形成包含Mo的化學(xué)官能團(tuán)層的過量鉬前驅(qū)體和副產(chǎn)物的步驟；
[0042]3)通過將硫前驅(qū)體供應(yīng)到反應(yīng)器中使硫前驅(qū)體化學(xué)吸附到包含Mo的化學(xué)官能團(tuán)層來形成MoS2原子層的步驟；和
[0043]4)在步驟3)之后通過將惰性氣體供應(yīng)到反應(yīng)器中來去除在步驟3)中沒有被吸附的硫如驅(qū)體和副廣物的步驟。
[0044]具體而言，在步驟2)中的硫前驅(qū)體可以是二烷基二硫醚或二鹵代二硫醚。
[0045]在步驟1)中的襯底不做具體限制，只要其是可以用于原子層沉積并且在ALD溫度窗口中具有熱穩(wěn)定性的襯底即可。具體而言，可以使用選自晶片如S1、藍(lán)寶石等，玻璃，聚合物膜，氧化鋁或氧化硅粉末/載體等中的一種或更多種。
[0046]在步驟1)中的鉬前驅(qū)體不做具體限制，只要其是包含鉬并且可用作前驅(qū)體的前驅(qū)體即可。具體而言，它可以是選自Mo(C0)6、MoFf^PMoCl 6中的一種或更多種。
[0047]在步驟1)中的反應(yīng)器不做具體限制，只要其是能夠用于原子層沉積的反應(yīng)器即可。
[0048]當(dāng)供應(yīng)步驟1)中的鉬前驅(qū)體時，供應(yīng)壓力不做具體限制，只要形成包含Mo的化學(xué)官能團(tuán)層并且在步驟3)中通過硫前驅(qū)體的化學(xué)吸附形成MoS2薄膜即可。具體而言，供應(yīng)壓力可以是0.1至10托。當(dāng)鉬前驅(qū)體具有低蒸氣壓時，其可以通過利用惰性氣體如氮作為載氣來供應(yīng)。當(dāng)鉬前驅(qū)體的供應(yīng)壓力低于0.1托時，可能不能充分形成包含Mo的化學(xué)官能團(tuán)層。并且，當(dāng)鉬前驅(qū)體的供應(yīng)壓力高于10托時，在經(jīng)濟(jì)上是不合需要的，因為供應(yīng)過量的鉬前驅(qū)體。
[0049]在步驟2)或在步驟4)中供應(yīng)的惰性氣體不做具體限制，只要其是元素周期表第18族中的元素或能夠通過吹掃安全地去除過量鉬前驅(qū)體或硫前驅(qū)體的氣體即可。作為具體的實例，可以使用氮(N2)、氬(Ar)等?；蛘撸诓皇褂妙~外的吹掃氣體的情況下，步驟2)和步驟4)可以用在真空中去除過量前驅(qū)體和副產(chǎn)物的真空吹掃步驟來代替。在步驟2)或步驟4)中，惰性氣體的供應(yīng)壓力不做具體限制，只要惰性氣體的量足以去除在步驟1)中沒有形成包含Mo的化學(xué)官能團(tuán)層的鉬前驅(qū)體或在步驟3)中沒有被化學(xué)吸附的硫前驅(qū)體即可。具體而言，惰性氣體可以以0.5至5托的壓力供應(yīng)。
[0050]具體而言，在步驟3)中的硫前驅(qū)體可以是二烷基二硫醚或二鹵代二硫醚。當(dāng)使用二烷基二硫醚或二鹵代二硫醚作為硫前驅(qū)體時，可以通過安全和生態(tài)友好的制造過程來制造MoS2薄膜。
[0051]在步驟3)中硫前驅(qū)體在包含Mo的化學(xué)官能團(tuán)層上的化學(xué)吸附通過原子層沉積來完成。具體而言，當(dāng)沉積鉬前驅(qū)體時通過化學(xué)吸附在襯底表面上形成包含Mo的化學(xué)官能團(tuán)。然后，當(dāng)化學(xué)吸附硫前驅(qū)體時利用包含硫的化學(xué)官能團(tuán)使表面飽和。當(dāng)重復(fù)吸附反應(yīng)時，通過ALD過程來生長MoS2。
[0052]當(dāng)在步驟3)中供應(yīng)硫前驅(qū)體時，供應(yīng)壓力不做具體限制，只要在步驟1)中形成的包含Mo的化學(xué)官能團(tuán)層上可以發(fā)生化學(xué)吸附即可。具體而言，供應(yīng)壓力可以是0.1至10托。當(dāng)硫前驅(qū)體具有低蒸氣壓時，其可以通過利用惰性氣體例如氮作為載氣來供應(yīng)。當(dāng)硫前驅(qū)體的供應(yīng)壓力低于0.1托時，在包含Mo的化學(xué)功能基團(tuán)層上可能不能充分發(fā)生化學(xué)吸附。并且，當(dāng)硫前驅(qū)體的供應(yīng)壓力高于10托時，在經(jīng)濟(jì)上是不合需要的，因為過量的硫前驅(qū)體會剩下而不會被化學(xué)吸附。
[0053]具體而言，根據(jù)本公開的MoS^^膜的形成是在對應(yīng)于ALD溫度窗口的溫度范圍內(nèi)完成的。在低于該溫度范圍的溫度下，因為前驅(qū)體的化學(xué)吸附不足，薄膜的生長速率低，厚度降低。并且，在高于該溫度范圍的溫度下，由于鉬前驅(qū)體的熱分解，薄膜的厚度快速增加。
[0054]在步驟1)中，應(yīng)當(dāng)供應(yīng)鉬前驅(qū)體足夠的時間以使得表面官能基團(tuán)通過鉬前驅(qū)體的化學(xué)吸附而飽和。在一個具體的示例性實施方案中，當(dāng)使用Mo(C0)6和二甲基二硫醚時，在原子層沉積中Mo(C0)6的供應(yīng)時間可以是3秒或更長，如圖4a中所示的。
[0055]并且，在步驟3)中，應(yīng)當(dāng)供應(yīng)硫前驅(qū)體足夠的時間以使得在步驟2)中制備的包含鉬的官能基團(tuán)通過硫前驅(qū)體的化學(xué)吸附而飽和。在一個具體的示例性實施方案中，當(dāng)使用Mo (C0)6和二甲基二硫醚時，在原子層沉積中二甲基二硫醚的供應(yīng)時間可以是0.5至5秒，如圖4b中所示的。
[0056]具體而言，在步驟4)中，可以通過供應(yīng)惰性氣體來去除在步驟3)中沒有被吸附的硫前驅(qū)體和副產(chǎn)物。
[0057]可以重復(fù)步驟1)至4)。在重復(fù)步驟1)至4)時，MoSJ^膜的厚度增加，如圖5所示的。因為MoS2薄膜的厚度是由步驟1)至4)的重復(fù)次數(shù)確定的，所以可以精確控制MoS2薄膜的厚度。因此，可以通過控制沉積循環(huán)的次數(shù)而在埃尺度上精確地控制MoSJ^膜的厚度或MoSjI子層的數(shù)目。
[0058]在重復(fù)步驟1)至4)之后，可以進(jìn)一步包括熱處理步驟以改善薄膜的結(jié)晶度。具體而言，熱處理可以在400至1000°C下進(jìn)行。當(dāng)熱處理溫度低于400°C時，不發(fā)生結(jié)晶。并且，當(dāng)熱處理溫度高于1000°C時，鉬和硫可能不期望地擴(kuò)散到下方的膜中。
[0059]根據(jù)本公開制造的MoS^^膜的拉曼光譜具有在375至385cm 1和400至410cm 1處觀察到的峰。
[0060]所制造的MoS2薄膜可以用作晶體管的半導(dǎo)體活性層薄膜、用作用于析氫反應(yīng)的催化劑、或者用作鋰離子電池的電極材料。
[0061]因為在根據(jù)本公開的用于制備MoS2薄膜的方法中通過原子層沉積方法來形成MoS2薄膜，所以MoS 2薄膜可以形成為單層。如果通過原子層沉積將MoS 2形成為單層，則可以通過控制循環(huán)次數(shù)來精確地控制層的數(shù)目。因此，可以在大的區(qū)域上提供均勻的單層MoS2，而不管襯底的尺寸如何。
[0062]如上所述，當(dāng)通過根據(jù)本公開的用于制造MoS2薄膜的方法來制備MoS 2薄膜時，可以通過安全和生態(tài)友好的原子層沉積方法來提供MoS2薄膜，并且可以通過控制循環(huán)的次數(shù)來精確地控制MoS2薄膜的原子層的厚度和數(shù)目。
[0063]本發(fā)明的實施方式
[0064]在下文中，會通過實施例詳細(xì)地描述本公開。然而，以下實施例僅用于舉例說明的目的，并且對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言明顯的是，本公開的范圍不受實施例限制。
實施例
[0065]準(zhǔn)備六羰基鉬(Mo (C0)6，Aldrich)作為用于原子層沉積的鉬前驅(qū)體。并且，準(zhǔn)備二甲基二硫醚(CH3S2CH3，Aldrich)作為硫前驅(qū)體。準(zhǔn)備高純氮(N2，99.99