化学气相沉积技术制备碳化镍与镍薄膜的研究

【作者】 刘忠伟； 张翔宇； 田旭； 王正铎； 张海宝； 陈强；

【机构】 北京印刷学院；

【摘要】 过渡金属碳化物具有良好的机械和化学稳定性。并且由于其独特的电子结构和地球丰度,可作为价格高昂的贵金属电催化剂的替代物。原子层沉积技术（ALD）是一种新型的化学气相沉积制备技术,具有组分可控可调、厚度均匀精确、薄膜一致性好、保形性高、工艺可重复性好等特性。对于原子层沉积,如果以电能取代热能启动反应,即等离子体增强原子层沉积（PEALD）,则除了保留热ALD的原有优势外,还增加了其它诸多性能,如改善材料性能（包括提升薄膜密度,降低杂质含量,以及更好地控制薄膜成分和结构组成）,实现较低温度（或室温）沉积,大幅增加薄膜的生长速率等。利用自制的Ni(^tBu2AMD)₂前驱体,利用PEALD技术制备了碳化镍薄膜。研究了其生长曲线,考察了制备条件如等离子体作用时间、放电气体种类、沉积温度对薄膜表面形貌、组成成分的影响。研究表明Ni(^tBu2AMD)₂前驱体具有较宽的沉积温度窗口（75-250℃）,沉积速率为0.039 nm/cycle。所制备的碳化镍薄膜表现出优异的电化学催化活性与超级电容性能,析氢反应中起始过电势仅有-77 mV（对应电流密度-0.1 mA cm-2）;当电流密度为-10 mA cm^-2时,过电势仍然非常低,为-132 mV。当电流密度为2 mA cm^-2时,Ni₃C/碳纳米管的比电容达到1850 F g^-1。利用脉冲化学气相沉积技术,制备了镍薄膜。研究在沉积温度为140-250℃薄膜成分的变化。对比研究了在相同温度下引入氢等离子体对薄膜成分的影响。更多还原