原子层沉积法低温相控合成二硫化钛与三硫化钛

摘要： 迄今为止，关于低温下精确控制厚度合成二维（2D）过渡金属硫族化合物（TMCs）的相控合成报道甚少。本研究报道了一种通过原子层沉积（ALD）实现TiS?（金属性）和TiS?（半导体性）纳米层相控合成并精确控制厚度的方法。通过精细调节ALD过程中的沉积温度和共反应物组成实现了相控。所有情况下均观察到典型的自限制ALD生长行为，其单循环生长速率（GPC）约为0.16 nm/周期。TiS?在100°C下以H?S气体为共反应物制备，同时发现使用H?S等离子体作为共反应物在150-200°C生长温度下也能制备。TiS?仅在100°C下以H?S等离子体为共反应物合成。光学发射光谱观测到的H?S等离子体中的S?物种被推测为低温下形成TiS?相的原因。通过拉曼光谱、X射线光电子能谱、高分辨电子显微镜和卢瑟福背散射研究阐明了TiS?与TiS?合成的调控机制。电学输运测量显示ALD生长的二维TiS?（1T相）具有低电阻特性。在富硫气氛中400°C退火处理TiS?薄膜后，其结晶度得到改善并产生约0.9 eV的光致发光，表明TiS?具有半导体（直接带隙）特性。本研究开创了一种基于ALD的低温可控、可扩展合成过渡金属二硫族/三硫族化合物的新途径。