The bis(tert-butylimido)-molybdenum(VI) framework has previously been used for the successful atomic layer deposition (ALD) and chemical vapor deposition of many molybdenum-containing thin films. Here, we have prepared and fully characterized a new thermally robust bis(tert-butylimido)molybdenum(VI) complex, bis(tert-butylimido)-bis(N-2-(tert-butyliminomethyl)pyrrolato)-molybdenum(VI), (tBuN)2Mo(PyrIm)2 (1), that incorporates two N,N’-κ2-monoanionic ligands. The volatility and thermal stability of 1 were measured using thermogravimetric analysis and differential scanning calorimetry, where it was found to achieve a vapor pressure of 1 Torr at 212 °C and had an onset of thermal decomposition at 273 °C. A comparison of its thermal properties with those of the known ALD precursor (tBuN)2Mo(dpamd)2 (dpamd = N,N’-diisopropyl-acetamidinato) showed that 1 had similar volatility but a 78 °C improvement in thermal stability. Preliminary deposition experiments indicated that 1 should be a good ALD precursor; it exhibited self-limiting adsorption and did not decompose on the surface until at least 500 °C, features that will enable its use in the development of new high-temperature ALD processes.

1.
P.
Alén
,
M.
Ritala
,
K.
Arstila
,
J.
Keinonen
, and
M.
Leskelä
,
J. Electrochem. Soc.
152
,
G361
(
2005
).
2.
T.
Zhang
,
Y.
Wang
,
J.
Xu
,
L.
Chen
,
H.
Zhu
,
Q.
Sun
,
S.
Ding
, and
D. W.
Zhang
,
2D Mater.
5
,
015028
(
2018
).
3.
M.-L.
Shi
,
L.
Chen
,
T.-B.
Zhang
,
J.
Xu
,
H.
Zhu
,
Q.-Q.
Sun
, and
D. W.
Zhang
,
Small
13
,
1603157
(
2017
).
4.
M. J.
Moody
 et al,
Chem. Mater.
30
,
3628
(
2018
).
5.
Z.
Yin
,
M.
Tordjman
,
Y.
Lee
,
A.
Vardi
,
R.
Kalish
, and
J. A.
del Alamo
,
Sci. Adv.
4
, eaau0480 (
2018
).
6.
T.
Dai
,
Y.
Ren
,
L.
Qian
, and
X.
Liu
,
J. Electron. Mater.
47
,
6709
(
2018
).
7.
C.
MacIsaac
,
J. R.
Schneider
,
R. G.
Closser
,
T. R.
Hellstern
,
D. S.
Bergsman
,
J.
Park
,
Y.
Liu
,
R.
Sinclair
, and
S. F.
Bent
,
Adv. Funct. Mater.
28
,
1800852
(
2018
).
8.
R.
Ramesh
,
D. K.
Nandi
,
T. H.
Kim
,
T.
Cheon
,
J.
Oh
, and
S. H.
Kim
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
11
,
17321
(
2019
).
9.
L.
Zhang
,
M. R.
Ball
,
Y.
Liu
,
T. F.
Kuech
,
G. W.
Huber
,
M.
Mavrikakis
,
I.
Hermans
, and
J. A.
Dumesic
,
ACS Catal.
9
,
1810
(
2019
).
10.
L.
Zhang
,
M. R.
Ball
,
K. R.
Rivera-Dones
,
S. C.
Wang
,
T. F.
Kuech
,
G. W.
Huber
,
I.
Hermans
, and
J. A.
Dumesic
,
ACS Catal.
10
,
365
(
2020
).
11.
L.
Yu
,
W.-G.
Cui
,
Q.
Zhang
,
Z.-F.
Li
,
Y.
Shen
, and
T.-L.
Hu
,
Mater. Adv.
2
,
1294
(
2021
).
12.
M.
Mattinen
 et al,
Chem. Mater.
30
,
8690
(
2018
).
13.
R.-M.
Neubieser
,
J.-L.
Wree
,
J.
Jagosz
,
M.
Becher
,
A.
Ostendorf
,
A.
Devi
,
C.
Bock
,
M.
Michel
, and
A.
Grabmaier
,
Micro Nano Eng.
15
,
100126
(
2022
).
14.
F. K.
Perkins
,
A. L.
Friedman
,
E.
Cobas
,
P. M.
Campbell
,
G. G.
Jernigan
, and
B. T.
Jonker
,
Nano Lett.
13
,
668
(
2013
).
15.
Z.
Wei
 et al,
Sens. Actuators B
262
,
334
(
2018
).
16.
Y.-C.
Tseng
,
A. U.
Mane
,
J. W.
Elam
, and
S. B.
Darling
,
Sol. Energy Mater. Sol. Cells
99
,
235
(
2012
).
17.
B.
Macco
,
M. F. J.
Vos
,
N. F. W.
Thissen
,
A. A.
Bol
, and
W. M. M.
Kessels
,
Phys. Status Solidi RRL
9
,
393
(
2015
).
18.
G.
Gregory
,
C.
Luderer
,
H.
Ali
,
T. S.
Sakthivel
,
T.
Jurca
,
M.
Bivour
,
S.
Seal
, and
K. O.
Davis
,
Adv. Mater. Interfaces
7
,
2000895
(
2020
).
19.
T.
Pan
 et al,
J. Mater. Sci. Mater. Electron.
32
,
3475
(
2021
).
20.
C.
Lattyak
,
M.
Vehse
,
M. A.
Gonzalez
,
D.
Pareek
,
L.
Gütay
,
S.
Schäfer
, and
C.
Agert
,
Adv. Opt. Mater.
10
,
2102226
(
2022
).
21.
D. K.
Nandi
,
U. K.
Sen
,
D.
Choudhury
,
S.
Mitra
, and
S. K.
Sarkar
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
6
,
6606
(
2014
).
22.
D. K.
Nandi
,
U. K.
Sen
,
D.
Choudhury
,
S.
Mitra
, and
S. K.
Sarkar
,
Electrochim. Acta
146
,
706
(
2014
).
23.
S.
Fleischmann
,
M.
Zeiger
,
A.
Quade
,
A.
Kruth
, and
V.
Presser
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
10
,
18675
(
2018
).
24.
H.
Sopha
 et al,
FlatChem
17
,
100130
(
2019
).
25.
L.
Liu
,
Y.
Huang
,
J.
Sha
, and
Y.
Chen
,
Nanotechnology
28
,
195605
(
2017
).
26.
Y.
Huang
,
L.
Liu
,
J.
Lv
,
J.
Yang
,
J.
Sha
, and
Y.
Chen
,
AIP Adv.
8
,
045216
(
2018
).
27.
S. T.
Barry
,
Coord. Chem. Rev.
257
,
3192
(
2013
).
28.
V.
Miikkulainen
,
M.
Leskelä
,
M.
Ritala
, and
R. L.
Puurunen
,
J. Appl. Phys.
113
,
021301
(
2013
).
29.
S. T.
Barry
,
P. G.
Gordon
, and
V.
Vandalon
, in
Comprehensive Organometallic Chemistry IV
, Vol. 14, 4th ed. (
Elsevier
, New York,
2022
), pp.
534
552
.
30.
S. M.
George
,
Chem. Rev.
110
,
111
(
2010
).
31.
S.-C.
Sun
and
H.-T.
Chiu
, U.S. Patent No. 6,114,242A (
5 September 2000
).
32.
V.
Miikkulainen
,
M.
Suvanto
, and
T. A.
Pakkanen
,
Chem. Mater.
19
,
263
(
2007
).
33.
A.
Bertuch
,
B. D.
Keller
,
N.
Ferralis
,
J. C.
Grossman
, and
G.
Sundaram
,
J. Vac. Sci. Tecnol. A
35
,
01B141
(
2017
).
34.
A.
Bertuch
,
G.
Sundaram
,
M.
Saly
,
D.
Moser
, and
R.
Kanjolia
,
J. Vac. Sci. Tecnol. A
32
,
01A119
(
2014
).
35.
J.
Ziegler
,
M.
Mews
,
K.
Kaufmann
,
T.
Schneider
,
A. N.
Sprafke
,
L.
Korte
, and
R. B.
Wehrspohn
,
Appl. Phys. A: Mater. Sci. Process.
120
,
811
(
2015
).
36.
M. F. J.
Vos
,
B.
Macco
,
N. F. W.
Thissen
,
A. A.
Bol
, and
W. M. M.
Kessels
,
J. Vac. Sci. Tecnol. A
34
,
01A103
(
2016
).
37.
S.
Lee
,
H.
Lin
,
B.
Kim
,
J.
Lee
,
H.
Lim
, and
J.
Park
,
“Atomic layer deposition of molybdenum oxide using (NtBu)2(NMe2)2Mo, hydrogen peroxide (H2O2), and ozone (O3) for DRAM application,”
Ceram. Int.
(in press).
38.
A.
Sharma
 et al,
Nanoscale
10
,
8615
(
2018
).
39.
A. J.
Mughal
,
T. N.
Walter
,
K. A.
Cooley
,
A.
Bertuch
, and
S. E.
Mohney
,
J. Vac. Sci. Tecnol. A
37
,
010907
(
2019
).
40.
B.
Kalanyan
,
R.
Beams
,
M. B.
Katz
,
A. v.
Davydov
,
J. E.
Maslar
, and
R. K.
Kanjolia
,
J. Vac. Sci. Tecnol. A
37
,
010901
(
2019
).
41.
C.
Shen
,
M. H.
Raza
,
P.
Amsalem
,
T.
Schultz
,
N.
Koch
, and
N.
Pinna
,
Nanoscale
12
,
20404
(
2020
).
42.
V.
Vandalon
,
A. A.
Bol
,
M. A.
Verheijen
, and
W. M. M.
Kessels
,
ACS Appl. Nano Mater.
3
,
10200
(
2020
).
43.
Md. I.
Chowdhury
,
M.
Sowa
,
A. C.
Kozen
,
B. A.
Krick
,
J.
Haik
,
T. F.
Babuska
, and
N. C.
Strandwitz
,
J. Vac. Sci. Tecnol. A
39
,
012407
(
2021
).
44.
V.
Miikkulainen
,
M.
Suvanto
, and
T. A.
Pakkanen
,
Chem. Vap. Deposit.
14
,
71
(
2008
).
45.
Y.
Jang
 et al,
J. Alloys Compd.
663
,
651
(
2016
).
46.
N. C.
Ou
,
K.
Preradovic
,
E. T.
Ferenczy
,
C. B.
Sparrow
,
I. M.
Germaine
,
T.
Jurca
,
V.
Craciun
, and
L.
Mcelwee-White
,
Organometallics
39
,
956
(
2020
).
47.
V.
Gwildies
,
T. B.
Thiede
,
S.
Amirjalayer
,
L.
Alsamman
,
A.
Devi
, and
R. A.
Fischer
,
Inorg. Chem.
49
,
8487
(
2010
).
48.
N. B.
Srinivasan
,
T. B.
Thiede
,
T.
de los Arcos
,
V.
Gwildies
,
M.
Krasnopolski
,
H. W.
Becker
,
D.
Rogalla
,
A.
Devi
, and
R. A.
Fischer
,
Surf. Coat. Technol.
230
,
130
(
2013
).
49.
S.
Cwik
 et al,
Adv. Mater. Interfaces
5
,
1800140
(
2018
).
50.
C. L.
Dezelah
 IV
,
O. M.
El-Kadri
,
M. J.
Heeg
, and
C. H.
Winter
,
J. Mater. Chem.
14
,
3167
(
2004
).
51.
J. L.
Wree
 et al,
Dalton Trans.
49
,
13462
(
2020
).
52.
D.
Rische
, “
MOCVD of tungsten and molybdenum nitrides
,”
Ph.D. Thesis
(
University of Bochum
,
Bochum, Germany
,
2007
).
53.
G.
Park
,
Y.
Cho
,
H.
Sato
,
K.
Harano
, and
H.
Uchiuzou
, U.S. Patent No. 20210300955A1 (
30 September 2021
).
54.
D.
Gaess
,
K.
Harms
,
M.
Pokoj
,
W.
Stolz
, and
J.
Sundermeyer
,
Inorg. Chem.
46
,
6688
(
2007
).
55.
M. A.
Land
,
G.
Bačić
,
K. N.
Robertson
, and
S. T.
Barry
,
Inorg. Chem.
61
,
4980
(
2022
).
56.
M. A.
Land
,
G.
Bačić
,
K. N.
Robertson
, and
S. T.
Barry
,
Inorg. Chem.
61
,
16607
(
2022
).
57.
H.-T.
Chiu
,
G.-B.
Chang
,
W.-Y.
Ho
,
S.-H.
Chuang
,
G.-H.
Lee
, and
S.-M.
Peng
,
J. Chin. Chem. Soc.
41
,
755
(
1994
).
58.
D.
Zanders
,
J.
Liu
,
J.
Obenlüneschloß
,
C.
Bock
,
D.
Rogalla
,
L.
Mai
,
M.
Nolan
,
S. T.
Barry
, and
A.
Devi
,
Chem. Mater.
33
,
5045
(
2021
).
59.
V.
Grushin
and
W.
Marshall
,
Adv. Synth. Catal.
346
,
1457
(
2004
).
60.
H. H.
Fox
,
K. B.
Yap
,
J.
Robbins
,
S.
Cai
, and
R. R.
Schrock
,
Inorg. Chem.
31
,
2287
(
1992
).
61.
P. W.
Dyer
,
V. C.
Gibson
,
J. A. K.
Howard
,
B.
Whittle
, and
C.
Wilson
,
J. Chem. Soc. Chem. Commun.
1992
,
1666
.
62.
O. M.
El-Kadri
,
M. J.
Heeg
, and
C. H.
Winter
,
Dalton Trans.
2006
1943
.
63.
L. J.
Farrugia
,
J. Appl. Crystallogr.
45
,
849
(
2012
).
64.
D. M.
Price
,
Thermochim. Acta
367–368
,
253
(
2001
).
65.
D. M.
Price
,
Thermochim. Acta
622
,
44
(
2015
).
66.
D.
Zanders
,
G.
Bačić
,
D.
Leckie
,
O.
Odegbesan
,
J.
Rawson
,
J. D.
Masuda
,
A.
Devi
, and
S. T.
Barry
,
Angew. Chem. Int. Ed.
59
,
14138
(
2020
).
67.
W.
Zhou
,
D. J.
Mandia
,
M. B. E.
Griffiths
,
A.
Bialiayeu
,
Y.
Zhang
,
P. G.
Gordon
,
S. T.
Barry
, and
J.
Albert
,
Opt. Express
21
,
245
(
2013
).
68.
K.
Hüttinger
,
C.
Förster
,
T.
Bund
,
D.
Hinderberger
, and
K.
Heinze
,
Inorg. Chem.
51
,
4180
(
2012
).
69.
M. M.
Stalzer
,
T. L.
Lohr
, and
T. J.
Marks
,
Inorg. Chem.
57
,
3017
(
2018
).
70.
T.
Thiede
,
V.
Gwildies
,
L.
Alsamann
,
D.
Rische
, and
R.
Fischer
,
ECS Trans.
25
,
593
(
2009
).
71.
L.
Falivene
,
Z.
Cao
,
A.
Petta
,
L.
Serra
,
A.
Poater
,
R.
Oliva
,
V.
Scarano
, and
L.
Cavallo
,
Nat. Chem.
11
,
872
(
2019
).
72.
C. R.
Groom
,
I. J.
Bruno
,
M. P.
Lightfoot
, and
S. C.
Ward
,
Acta Crystallogr. B
72
,
171
(
2016
).
73.
J. P.
Coyle
,
A.
Kurek
,
P. J.
Pallister
,
E. R.
Sirianni
,
G. P. A.
Yap
, and
S. T.
Barry
,
Chem. Commun.
48
,
10440
(
2012
).
74.
M. A.
Land
,
K. N.
Robertson
, and
S. T.
Barry
,
Organometallics
39
,
916
(
2020
).
75.
N. J.
O’Brien
 et al,
Chem. Mater.
32
,
4481
(
2020
).
76.
R.
Samii
,
D.
Zanders
,
S. C.
Buttera
,
V.
Kessler
,
L.
Ojamäe
,
H.
Pedersen
, and
N. J.
O’Brien
,
Inorg. Chem.
60
,
4578
(
2021
).
77.
T.
Seki
,
T.
Mashimo
, and
H.
Ito
,
Chem. Sci.
10
,
4185
(
2019
).
78.
G.
Shi
,
S.
Li
,
P.
Shi
,
J.
Gong
,
M.
Zhang
, and
W.
Tang
,
IUCrJ
8
,
584
(
2021
).
79.
M.
Matsui
,
Y. J.
Teng
, and
T.
Kurihama
,
Ferroelectrics
513
,
62
(
2017
).
80.
L. K.
Hiscock
 et al,
Chem. Eur. J.
25
,
1018
(
2019
).
81.
E. S.
Beh
,
L.
Tong
, and
R. G.
Gordon
,
Organometallics
36
,
1453
(
2017
).
82.
J.
Wu
,
J.
Li
,
C.
Zhou
,
X.
Lei
,
T.
Gaffney
,
J. A. T.
Norman
,
Z.
Li
,
R.
Gordon
, and
H.
Cheng
,
Organometallics
26
,
2803
(
2007
).
83.
S.
Yu
,
B.
Huang
,
X.
Jia
,
Q.
Zeng
,
A. R.
Oganov
,
L.
Zhang
, and
G.
Frapper
,
J. Phys. Chem. C
120
,
11060
(
2016
).
84.
W.
Sun
,
A.
Holder
,
B.
Orvañanos
,
E.
Arca
,
A.
Zakutayev
,
S.
Lany
, and
G.
Ceder
,
Chem. Mater.
29
,
6936
(
2017
).
85.
A.
Jain
 et al,
APL Mater.
1
,
011002
(
2013
).
86.
M.
Shirazi
,
W. M. M.
Kessels
, and
A. A.
Bol
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
20
,
16861
(
2018
).
87.
M.
Shirazi
,
W. M. M.
Kessels
, and
A. A.
Bol
,
APL Mater.
6
,
111107
(
2018
).
88.
C. L.
Dezelah IV
,
O. M.
El-Kadri
,
M. J.
Heeg
,
L.
Niinistö
, and
C. H.
Winter
,
Proc. Electrochem. Soc.
2005–2009
,
563
(
2005
).
89.
G. B.
Bacskay
,
M.
Martoprawiro
, and
J. C.
Mackie
,
Chem. Phys. Lett.
300
,
321
(
1999
).
90.
See supplementary material at https://www.scitation.org/doi/suppl/10.1116/6.0002254 for NMR, IR, and HRMS spectra; TGA plots; DSC curves; preliminary deposition data; additional crystallographic details and images. Crystallographic information files for all compounds are deposited at the CCDC (Nos. 2201553–2201556).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.