[發明專利]基于ALD技術的復合無機-有機雜化物薄膜的制備方法

無效

• 申請號: 201310508835.3
• 申請日: 2013-10-25
• 公開（公告）號: CN103510074A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發明（設計）人: 李愛東;曹燕強;曹正義;吳迪
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: C23C16/455
• 分類號: C23C16/455;C23C16/08;C23C16/18
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

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技術領域

本發明涉及一種基于原子層沉積技術（Atomic?layer?deposition,?ALD）的復合無機-有機雜化物薄膜的制備方法，屬于新材料領域。

背景技術

隨著現代科技的發展，單一性質的材料己經不能滿足人們的生活需要，尋找具有多功能的新型復合材料迫在眉睫。人們設想通過兩種或多種材料的功能復合，性能互補和優化，制備出性能更加優異的雜化材料。無機－有機雜化材料兼具無機材料與有機材料的特點，性能可調性大，應用范圍廣闊。其中的無機金屬中心可以根據需要選擇不同元素：La系元素（發光、傳感）、Ti（催化）、Fe、Co、Ni（磁性）等等；有機分子部分則賦予了材料良好的韌性和加工性能，且便于進行基團的修飾以適合不同的應用。同時，兩者復合以后可產生許多新的特點，如巨大的比表面積，在氣體儲存、氣體分離等領域有著廣闊的應用前景。無機－有機雜化材料與傳統復合材料相比，結構上有明顯的區別，無機－有機雜化材料為分子尺度上的復合，性能更加優異。故無機－有機雜化材料體系一經出現，便受到重視與矚目。

無機-有機雜化材料有著如下幾個主要特點:結構新穎，采用不同的雜化組分可賦予這類材料不同的微觀結構和良好獨特的性能；物理力學性能優良，具有一定的機械強度、柔韌性和熱穩定性；光學透明，可在同一透明基質中制備含多種功能組分的雜化材料，可作為多種光活性物質的基質。目前該類材料可作為結構材料、電學材料、光學材料、催化材料、生物材料、傳感材料和絮凝材料等，在多領域有著巨大的應用價值。

傳統的無機-有機雜化材料大多是通過溶膠-凝膠法制備的，近些年又發展了水熱(溶劑熱)合成法、自組裝法、插層法、微波合成法和LB膜技術等。原子層沉積技術制備無機-有機雜化材料是最近才發展起來的一種富有吸引力的方法，也有人稱之為分子層沉積（Molecular?layer?deposition，?MLD），生長溫度低，組成調控可達原子尺度，目前所生長出的材料體系還比較少，主要為鋁、鋅、鈦等相關的雜化物，有機源也局限在簡單的醇、羧酸。與其它方法廣泛深入系統的研究相比，ALD沉積無機－有機雜化體系，還處在起步階段，材料體系、生長機制及其相關性能調控－還有許多問題迫切需要深入探討、予以解決。目前為止，ALD沉積復合無機-有機雜化物體系還是一片空白。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種基于原子層沉積技術的復合無機-有機雜化物薄膜的制備方法，其可以制備出成分可調的復合無機-有機雜化物薄膜。

為實現上述目的，本發明所述的基于ALD技術的復合無機-有機雜化物薄膜的制備方法，包括以下步驟：

1）襯底或沉積載體的準備，

2）將準備好的襯底或沉積載體轉移入ALD反應室，使用有機分子作為有機前驅體，同時引入兩種或兩種以上的無機前驅體，交替將無機前驅體和有機前驅體通入ALD反應室，并且在此過程中，通過調節無機前驅體的沉積循環次數比，在襯底或沉積載體表面原位生成成分可調的復合無機-有機雜化物薄膜。

上述步驟1）中襯底或沉積載體的材料包括硅片、石英玻璃、Si或氧化鋅納米線，二氧化硅或氧化鋁粉末。

步驟2）中有機前驅體的材料包括含有多官能團的醇、酸、胺。如乙二醇（HOCH₂CH₂OH）、富馬酸（HOOCCH=CHCOOH）、均苯三甲酸（1,3,5-btc）、乙二胺（H₂NCH₂CH₂NH₂）。

步驟2）中無機前驅體的材料包括適用于ALD的金屬有機源或鹵化物。如三甲基鋁（TMA）、二乙基鋅（DEZ）、四氯化鈦（TiCl₄）、四氯化硅（SiCl₄）、四（二甲氨基）鉿（Hf(NMe₂)₄）或四（甲乙氨基）鉿（Hf(NMeEt)₄）、四（二甲氨基）鋯（Zr(NMe₂)₄）或四（甲乙氨基）鋯（Zr(NMeEt)₄）、三（硅甲基氨基）鑭（La[N(SiMe₃)₂]₃）或三（硅甲基氨基）釓（Gd[N(SiMe₃)₂]₃）、二羰基環戊二烯基鈷（CoCp(CO)₂）、乙酰丙酮鐵(Fe(acac)₃)。