利用二甲基二硫醚作为硫前驱体和利用Mo(C0)6作为Mo前驱体的原子层沉积方法来沉积此52薄膜时，ALD温度窗口出现在100至120°C (图3a)。
[0034]当在原子层沉积期间的沉积温度低于100°C时，因为前驱体没有被令人满意地化学吸附，薄膜的厚度降低。并且，当在原子层沉积期间的沉积温度高于120°C时，由于钼前驱体的热分解，薄膜的厚度快速增加。
[0035]在本公开中，钼前驱体不做具体限制，只要其是包含钼的并且可用作前驱体的钼前驱体即可。具体而言，其可以是选自M0(CO)6、M0F#PM0C1 6中的一种或更多种。
[0036]如上所述，根据本公开的MoS2薄膜是通过原子层沉积方法形成的。在沉积过程中，在沉积钼前驱体时通过化学吸附在衬底的表面上形成包含Mo的化学官能团。然后，当化学吸附硫前驱体时，利用包含硫的化学官能团使表面饱和。当重复吸附反应时，通过ALD过程生长MoS2。
[0037]通过利用532-nm激光获得的MoS^^膜的拉曼光谱具有在375至385cm 1和400至410cm 1处观察到的峰，如图2所示的。
[0038]MoS2薄膜可以用作晶体管的半导体活性层薄膜、用作用于析氢反应的催化剂、或者用作锂离子电池的电极材料。
[0039]本公开还提供用于制造MoS2薄膜的方法，其包括:
[0040]1)通过将钼前驱体供应到处于真空状态下的反应器中在衬底上形成包含Mo的化学官能团层的步骤；
[0041]2)在步骤1)之后通过将惰性气体供应到反应器中来去除没有形成包含Mo的化学官能团层的过量钼前驱体和副产物的步骤；
[0042]3)通过将硫前驱体供应到反应器中使硫前驱体化学吸附到包含Mo的化学官能团层来形成MoS2原子层的步骤；和
[0043]4)在步骤3)之后通过将惰性气体供应到反应器中来去除在步骤3)中没有被吸附的硫如驱体和副广物的步骤。
[0044]具体而言，在步骤2)中的硫前驱体可以是二烷基二硫醚或二卤代二硫醚。
[0045]在步骤1)中的衬底不做具体限制，只要其是可以用于原子层沉积并且在ALD温度窗口中具有热稳定性的衬底即可。具体而言，可以使用选自晶片如S1、蓝宝石等，玻璃，聚合物膜，氧化铝或氧化硅粉末/载体等中的一种或更多种。
[0046]在步骤1)中的钼前驱体不做具体限制，只要其是包含钼并且可用作前驱体的前驱体即可。具体而言，它可以是选自Mo(C0)6、MoFf^PMoCl 6中的一种或更多种。
[0047]在步骤1)中的反应器不做具体限制，只要其是能够用于原子层沉积的反应器即可。
[0048]当供应步骤1)中的钼前驱体时，供应压力不做具体限制，只要形成包含Mo的化学官能团层并且在步骤3)中通过硫前驱体的化学吸附形成MoS2薄膜即可。具体而言，供应压力可以是0.1至10托。当钼前驱体具有低蒸气压时，其可以通过利用惰性气体如氮作为载气来供应。当钼前驱体的供应压力低于0.1托时，可能不能充分形成包含Mo的化学官能团层。并且，当钼前驱体的供应压力高于10托时，在经济上是不合需要的，因为供应过量的钼前驱体。
[0049]在步骤2)或在步骤4)中供应的惰性气体不做具体限制，只要其是元素周期表第18族中的元素或能够通过吹扫安全地去除过量钼前驱体或硫前驱体的气体即可。作为具体的实例，可以使用氮(N2)、氩(Ar)等。或者，在不使用额外的吹扫气体的情况下，步骤2)和步骤4)可以用在真空中去除过量前驱体和副产物的真空吹扫步骤来代替。在步骤2)或步骤4)中，惰性气体的供应压力不做具体限制，只要惰性气体的量足以去除在步骤1)中没有形成包含Mo的化学官能团层的钼前驱体或在步骤3)中没有被化学吸附的硫前驱体即可。具体而言，惰性气体可以以0.5至5托的压力供应。
[0050]具体而言，在步骤3)中的硫前驱体可以是二烷基二硫醚或二卤代二硫醚。当使用二烷基二硫醚或二卤代二硫醚作为硫前驱体时，可以通过安全和生态友好的制造过程来制造MoS2薄膜。
[0051]在步骤3)中硫前驱体在包含Mo的化学官能团层上的化学吸附通过原子层沉积来完成。具体而言，当沉积钼前驱体时通过化学吸附在衬底表面上形成包含Mo的化学官能团。然后，当化学吸附硫前驱体时利用包含硫的化学官能团使表面饱和。当重复吸附反应时，通过ALD过程来生长MoS2。
[0052]当在步骤3)中供应硫前驱体时，供应压力不做具体限制，只要在步骤1)中形成的包含Mo的化学官能团层上可以发生化学吸附即可。具体而言，供应压力可以是0.1至10托。当硫前驱体具有低蒸气压时，其可以通过利用惰性气体例如氮作为载气来供应。当硫前驱体的供应压力低于0.1托时，在包含Mo的化学功能基团层上可能不能充分发生化学吸附。并且，当硫前驱体的供应压力高于10托时，在经济上是不合需要的，因为过量的硫前驱体会剩下而不会被化学吸附。
[0053]具体而言，根据本公开的MoS^^膜的形成是在对应于ALD温度窗口的温度范围内完成的。在低于该温度范围的温度下，因为前驱体的化学吸附不足，薄膜的生长速率低，厚度降低。并且，在高于该温度范围的温度下，由于钼前驱体的热分解，薄膜的厚度快速增加。
[0054]在步骤1)中，应当供应钼前驱体足够的时间以使得表面官能基团通过钼前驱体的化学吸附而饱和。在一个具体的示例性实施方案中，当使用Mo(C0)6和二甲基二硫醚时，在原子层沉积中Mo(C0)6的供应时间可以是3秒或更长，如图4a中所示的。
[0055]并且，在步骤3)中，应当供应硫前驱体足够的时间以使得在步骤2)中制备的包含钼的官能基团通过硫前驱体的化学吸附而饱和。在一个具体的示例性实施方案中，当使用Mo (C0)6和二甲基二硫醚时，在原子层沉积中二甲基二硫醚的供应时间可以是0.5至5秒，如图4b中所示的。
[0056]具体而言，在步骤4)中，可以通过供应惰性气体来去除在步骤3)中没有被吸附的硫前驱体和副产物。
[0057]可以重复步骤1)至4)。在重复步骤1)至4)时，MoSJ^膜的厚度增加，如图5所示的。因为MoS2薄膜的厚度是由步骤1)至4)的重复次数确定的，所以可以精确控制MoS2薄膜的厚度。因此，可以通过控制沉积循环的次数而在埃尺度上精确地控制MoSJ^膜的厚度或MoSjI子层的数目。
[0058]在重复步骤1)至4)之后，可以进一步包括热处理步骤以改善薄膜的结晶度。具体而言，热处理可以在400至1000°C下进行。当热处理温度低于400°C时，不发生结晶。并且，当热处理温度高于1000°C时，钼和硫可能不期望地扩散到下方的膜中。
[0059]根据本公开制造的MoS^^膜的拉曼光谱具有在375至385cm 1和400至410cm 1处观察到的峰。
[0060]所制造的MoS2薄膜可以用作晶体管的半导体活性层薄膜、用作用于析氢反应的催化剂、或者用作锂离子电池的电极材料。
[0061]因为在根据本公开的用于制备MoS2薄膜的方法中通过原子层沉积方法来形成MoS2薄膜，所以MoS 2薄膜可以形成为单层。如果通过原子层沉积将MoS 2形成为单层，则可以通过控制循环次数来精确地控制层的数目。因此，可以在大的区域上提供均匀的单层MoS2，而不管衬底的尺寸如何。
[0062]如上所述，当通过根据本公开的用于制造MoS2薄膜的方法来制备MoS 2薄膜时，可以通过安全和生态友好的原子层沉积方法来提供MoS2薄膜，并且可以通过控制循环的次数来精确地控制MoS2薄膜的原子层的厚度和数目。
[0063]本发明的实施方式
[0064]在下文中，会通过实施例详细地描述本公开。然而，以下实施例仅用于举例说明的目的，并且对本领域的普通技术人员而言明显的是，本公开的范围不受实施例限制。
实施例
[0065]准备六羰基钼(Mo (C0)6，Aldrich)作为用于原子层沉积的钼前驱体。并且，准备二甲基二硫醚(CH3S2CH3，Aldrich)作为硫前驱体。准备高纯氮(N2，99.99