[發明專利]一種在二維材料表面生長氧化鋁的原子層沉積方法

有效

• 申請號: 201910161220.5
• 申請日: 2019-03-04
• 公開（公告）號: CN110042365B
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發明（設計）人: 李娜;張廣宇;時東霞;楊蓉
• 申請（專利權）人: 中國科學院物理研究所
• 主分類號: C23C16/455
• 分類號: C23C16/455;C23C16/40;C23C16/02
• 代理公司: 北京智匯東方知識產權代理事務所(普通合伙) 11391
• 代理人: 康正德;薛峰

本發明提供了一種在二維材料表面生長氧化鋁的原子層沉積方法，屬于納米科技技術領域。其包括以下步驟：在氧化硅襯底上剝離單層或多層的二維材料；將剝離的二維材料在高溫下退火去除表面吸附；將剝離的或者直接生長的二維材料放入原子層沉積系統中進行若干個沉積循環生長氧化鋁的沉積的原子層。本發明提供的在二維材料表面生長氧化鋁的原子層沉積方法，能夠通過物理吸附使氧化鋁沉積在二維材料的表面，不僅簡單方便，而且還可以避免在二維材料的表面引入雜質和缺陷，從而保持了其本征特性。

技術領域

本發明涉及納米科技技術領域，特別是涉及一種在二維材料表面生長氧化鋁的原子層沉積方法。

背景技術

近年來，二維材由于其優異的光電機械性能引起了人們極大的關注，以二維材料為主的各種功能器件也被廣泛的應用于各個領域。而在器件的制備過程中，如場效應晶體管，柵極絕緣層的選擇尤其重要。高介電常數的材料做絕緣層有助于提高晶體管的電學性能。一般通過原子層沉積的方法生長高介電常數材料，如氧化鋁和氧化鉿等，但是該方法卻很難直接沉積在二維材料的表面，這主要是因為原子層沉積主要是通過化學吸附一層一層的沉積在物體表面，二維材料的表面沒有懸鍵，所以需要對其表面進行一些預處理產生形核點。

然而，現有的一些預處理的方法會影響二維材料的本征特性。如等離子體處理、旋涂一層膠或者預先蒸一層氧化層等，這些方法不僅操作麻煩，而且還會在二維材料的表面引進一些雜質或缺陷，有的甚至會破壞二維材料的晶格結構。

因此，需要一種不經過預處理就能直接在二維材料表面生長高介電材料的原子層沉積方法，其能夠防止和避免在二維材料的表面引入雜質和缺陷，從而保證了二維材料的本征特性，制備出高性能的基于二維材料的功能器件。

發明內容

本發明的一個目的是要提供一種在二維材料表面生長氧化鋁的原子層沉積方法，其能夠通過物理吸附使氧化鋁沉積在二維材料的表面，此方法不僅簡單方便，而且還可以避免在二維材料的表面引入雜質和缺陷，從而保持了其本征特性。

特別地，本發明提供了一種在二維材料表面生長氧化鋁的原子層沉積方法，包括以下步驟：

在氧化硅襯底上剝離單層或多層的二維材料；

將剝離的二維材料在高溫下退火去除表面吸附；

將剝離的或者直接生長的二維材料放入原子層沉積系統中進行若干個沉積循環生長氧化鋁的沉積的原子層。

可選地，其中一個沉積循環包括一個三甲基鋁的脈沖和若干個水的脈沖。

可選地，一個三甲基鋁的脈沖時間大于預定時間，所述一個三甲基鋁的脈沖過程中，使過量的三甲基鋁通過物理吸附沉積在二維材料的表面。

可選地，任一個所述水的脈沖過程中，水與部分吸附沉積在二維材料的表面的三甲基鋁進行反應，將其氧化成氧化鋁，經若干個所述水的脈沖循環后，吸附沉積在二維材料的表面的三甲基鋁被完全氧化成氧化鋁。

可選地，一個沉積循環中，一個三甲基鋁的脈沖和水的脈沖，以及相鄰的兩個水的脈沖之間的間隔時間相同，所述間隔時間與常規的原子層沉積方法相同。

可選地，所述二維材料包括剝離的單層或多層二維材料、生長所得到的二維材料、以及惰性的金膜表面。

可選地，一個三甲基鋁的脈沖過程中，一個三甲基鋁的脈沖時間為100-1000ms，脈沖氣壓為0.4Torr。

可選地，一個水的脈沖過程中，脈沖時間是100ms,脈沖氣壓為1Torr。

可選地，在一個三甲基鋁的脈沖后采用機械泵抽吸一預定時間。

可選地，在任一個水的脈沖后采用機械泵抽吸一預定時間。