[發明專利]MoS2薄膜及其制造方法

有效

• 申請號: 201380078541.X
• 申請日: 2013-08-13
• 公開（公告）號: CN105408516B
• 公開（公告）日: 2018-05-25
• 發明（設計）人: 閔耀燮
• 申請（專利權）人: 建國大學校產學協力團
• 主分類號: C23C16/448
• 分類號: C23C16/448;C23C16/06
• 代理公司: 北京柏杉松知識產權代理事務所(普通合伙) 11413
• 代理人: 王慶艷;劉繼富

本發明涉及MoS2薄膜及其制造方法。本發明提供MoS2薄膜和用于通過原子層沉積方法來制造MoS2薄膜的方法。特別地，在不使用有毒氣體如H2S作為硫前驅體的情況下通過原子層沉積方法來制造MoS2薄膜。因而，本發明是生態友好的。而且，可以在制造過程期間防止制造設備被損害和污染。另外，可以通過將MoS2薄膜的厚度精確調節到原子層的水平來制造MoS2薄膜。

技術領域

本公開涉及MoS2薄膜及其制造方法。

背景技術

過渡金屬硫族化合物具有與石墨的層狀結構類似的層狀結構。特別地，MoS2作為能夠代替石墨烯的用于晶體管的半導體活性層和作為能夠代替鉑的析氫反應催化劑正引起關注。此外，MoS2正被研究用作鋰離子電池的電極材料，因為其具有使得能夠容易地嵌入和取出鋰離子的層狀結構[Chhowalla,M.等,Nature Chemistry 2013,5,263-275]。

本體MoS2單晶具有不同于石墨烯的1.3eV的間接帶隙，和具有在室溫下 50至200cm2/Vs的優異遷移率。由于當厚度降低至單原子層的尺度時本體MoS2單晶具有1.8eV的直接帶隙，所以進行了積極的研究來將其制成用作晶體管的活性層的薄膜[Wang,Q.H.等,Nature Nanotechnology 2012,7,699-712]。最近，已知由單層、雙層或多層MoS2制備的薄膜具有與本體MoS2的遷移率接近的遷移率。

作為用于制造MoS2薄膜的方法，正在研究由MoS2單晶分離原子層的剝離法和利用Mo(或MoO3)和硫作為前驅體在高溫下將MoS2沉積在例如襯底上的化學氣相沉積。然而，這些方法不適用于大規模生產過程(特別是半導體過程)。另外，化學氣相沉積法的局限性在于難以控制原子層的數目。

MIT的Wang,H.等人在IEEE Tech.Dig.IEDM,88-91(2012)(非專利文獻1) 中報道了利用MoO3和S(單質硫)作為前驅體在650℃下制備的用于晶體管的 MoS2原子層具有約190cm2/Vs的遷移率。然而，因為所使用的前驅體是固體并且具有非常低的蒸氣壓，所以化學氣相沉積法由于污染設備如真空室而不適用于大規模生產。

盡管通過化學吸附前驅體來生長薄膜的原子層沉積方法(ALD)是最適于生長原子層的方法，但是其并未被用于生長層狀過渡金屬硫化物如MoS2的薄膜或單層。在原子層沉積方法中，原子層由前驅體和表面官能團之間的化學吸附形成。通過交替地化學吸附兩種不同的前驅體來形成薄膜。一般地，利用兩種前驅體的原子層沉積方法包括數個循環，每個循環包括吸附第一前驅體和吹掃以及吸附第二前驅體和吹掃。可以通過控制循環的次數來將薄膜的厚度控制在原子層的尺度。