[發明專利]非晶相碳/M金屬層形成于基板的制造方法

有效

• 申請號: 201610347996.2
• 申請日: 2016-05-23
• 公開（公告）號: CN107419220B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 賴富德
• 申請（專利權）人: 高雄第一科技大學
• 主分類號: C23C14/14
• 分類號: C23C14/14;C23C14/34;C23C14/58;C23C14/06
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 姚亮

本發明公開一種碳、金屬雙層及碳、金屬、碳三層形成于基板的制造方法，包含施以鎳濺鍍工藝，電漿轟擊鎳靶，以沉積銅或鎳層于基板上；以電漿轟擊含碳的反應氣體及銅或鎳靶以形成銅或鎳、碳混合層于鎳層上；施以真空退火工藝以形成(非)晶相碳/銅或鎳層/(非)晶相碳/銅或鎳層于基板上。在另一實施例中，先預于濺鍍室先預鍍鎳層，再以電漿同時轟擊銅或鎳靶及石墨靶或順序轟擊銅或鎳靶及石墨靶，然后，再予以退火，退火時在含氫氣氛下形成(非)晶相碳/銅或鎳層/(非)晶相碳三層。

技術領域

本發明涉及一種碳單成分層、或碳銅雙層或碳銅碳三層的低溫制造方法，特別是涉及一種基板在室溫至400℃以下的溫度進行電漿轟擊銅、含碳反應氣體或銅靶、石墨靶雙靶同時轟擊或以預定順序轟擊，再于預定溫度退火或不退火以形成目的產物，以供工業產業利用。

背景技術

完美的石墨烯是指碳原子沿一平面以sp2混成軌域相互以共價鍵鍵結而形成的僅有單一碳原子層厚度且具有正六角晶格結構的薄膜。石墨烯已知具有極佳的載子遷移率(5000-10000cm²/Vs)、硬度(1050Gpa)、熱傳導率(5000W/mk)、電流承載能力(108A/cm²)及極大的反應表面-體積比(2630m²/g)。各方面的優勢使石墨烯成為下世代生醫、電子、光電組件應用范圍中，兼具取代與整合性的優異材料。因此，自2004年發現石墨烯至今，各界無不積極發展制作石墨烯的制備方法，然而，在這各式各樣的制備方法中，幾乎每一種方式都會伴隨雙層甚至更多層數、數百至數千層的石墨烯，此外，其中還存在非正六角晶格結構包含缺陷的石墨烯。

常規較主要的制備方法包括機械剝離法(mechanical exfoliation)、高溫碳化硅熱裂解法及化學氣相沉積(chemical vapor deposition，CVD)法。機械剝離法運用的是通過破壞高定向熱裂解石墨層與層間微弱的凡得瓦力鍵結進而獲得石墨烯。以此方法制備石墨烯不僅快速且便利，更吸引人的是不需昂貴的工藝設備，僅需要膠帶及石墨片等少量成本即可著手進行。此外，被用來剝離的石墨母片為純度高且結晶性極佳的高定向熱裂解石墨，所以，所獲得石墨烯幾乎不具任何缺陷。只可惜，最終所獲得的是其中摻有從單層、雙層以至數層不等的不均勻的石墨碎片，因此并不利于導入半導體工業的標準工藝中。

化學氣相沉積法(Chemical vapor deposition，CVD)乃目前最常見用于制備石墨烯的方法，此法亦是目前最適合與現今半導體工業的標準工藝整合的方法，同時又可獲得大面積且高質量的石墨烯。因此是當前制備石墨烯相當受歡迎的技術。為降低反應氣體如甲烷(CH₄)等的裂解溫度，常規技術是以鈷、鎳、銅、等過渡金屬元素為催化劑以降低裂解溫度，特別是銅。例如2011年，由中國臺灣中央研究院應用科學研究中心Ching-Yuan Su所率領的研究團隊，將芯片等級大小的石墨烯，直接成長在絕緣基板上。他們先在SiO₂/Si基板上以濺鍍的方式沉積一層厚約300nm的銅薄膜，之后再將基板放進CVD的腔體中，并將腔體溫度升高達900℃后再通入甲烷氣體；自甲烷裂解出來的碳原子會沉積在銅的表面上，在此同時，沉積在銅表面的碳原子會經由銅薄膜的晶界(Grain boundary)逐漸擴散至銅薄膜與基板的夾層間，進一步成核且形成石墨烯。此法可以省去基板轉移的步驟，直接將石墨烯成長在目標基板上，同時，也因為省去此轉移步驟，更可以將轉移過程中可能導致薄膜破損的機率降低，因此，提高了生產的良率。上述碳源氣體的碳氫化合物氣體的裂解溫度還是須維持在900℃左右的高溫。這對于日后石墨烯導入組件工藝，仍可能是阻礙。