[發明專利]一種石墨烯碳納米管復合薄膜及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201611022144.2
• 申請日: 2016-11-16
• 公開（公告）號: CN108070891B
• 公開（公告）日: 2020-08-07
• 發明（設計）人: 楊連喬;陳章福;徐小雪;張建華;殷錄橋;吳行陽;廖威;李起鳴;特洛伊·喬納森·貝克
• 申請（專利權）人: 上海大學;鎵特半導體科技（上海）有限公司
• 主分類號: C25D9/04
• 分類號: C25D9/04;C23C16/26;C23C28/04;H01L23/492;H01L23/373;H01L23/42
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 劉星

本發明提供一種石墨烯碳納米管復合薄膜及其制備方法與應用，所述制備方法包括如下步驟：S1：提供一基底，所述基底整體或至少有一面的材質為石墨烯催化劑；S2：進行電鍍，使碳納米管附著在所述基底表面，且所述碳納米管未覆蓋滿所述石墨烯催化劑；S3：采用化學氣相法在所述基底具有所述石墨烯催化劑的一面繼續生長石墨烯，得到石墨烯碳納米管復合薄膜。本發明具有工藝簡單的特點，無需轉移的自生長工藝得到的石墨烯/碳納米管復合薄膜質量比較好，并且復合薄膜與催化基板有良好的接觸與附著。

技術領域

本發明屬于電子領域，涉及一種石墨烯碳納米管復合薄膜及其制備方法與應用。

背景技術

隨著電子電路中主開關頻率、變換電源電壓和功率的提高，對起控制作用的整流開關二極管提出了更高要求。混合型肖特基二極管(MPS)具有高阻斷電壓、低漏電流、更快的開關速度、更大的導通電流、更小的導通電壓等特點。對于垂直結構的MPS，器件封裝結構中的銅基體對芯片不僅起到支撐的作用，而且是芯片工作的電極之一。隨著第三代半導體技術的飛速發展，MPS的功率密度越來越大，產生的熱量越來越多，芯片結溫迅速上升，當溫度超過最大允許溫度時，MPS就會因為過熱而損壞。芯片產生的高密度熱流如何快速的擴展到整個銅基體的上表面，從而降低封裝器件的熱阻，是功率型MPS整個熱流通道設計的關鍵。因此，在銅基體與芯片接觸的一面沉積一種導電性好，又具有快速熱擴散能力的薄膜材料及其重要。

目前，功率型MPS采用的銅基體在與芯片接觸的一面沒有任何有益于熱擴散的薄膜材料沉積，散熱能力完全依賴銅基體本身(導熱系數397W/m.K，熱輻射系數：0.05)。

石墨烯是由碳六元環組成的兩維(2D)周期蜂窩狀點陣結構，石墨烯的基本結構單元為有機材料中最穩定的苯六元環，是目前最理想的二維納米材料。理想的石墨烯結構是平面六邊形點陣，可以看作是一層被剝離的石墨分子，每個碳原子均為sp2雜化，并貢獻剩余一個p 軌道上的電子形成大π鍵，π電子可以自由移動，賦予石墨烯良好的導電性。

碳納米管是一種具有特殊結構(徑向尺寸為納米量級，軸向尺寸為微米量級，管子兩端基本上都封口)的一維量子材料。碳納米管主要由呈六邊形排列的碳原子構成數層到數十層的同軸圓管。層與層之間保持固定的距離，約0.34nm，直徑一般為2～20nm。

石墨烯作為世界上已知最薄的材料，具有良好的導熱(單層石墨烯的導熱系數高達5300 W/m·K)、導電(載流子遷移率高達2×10⁵cm²/v.S)性能，并且具有優異的熱輻射性能。同時，碳納米管也是非常好的導電和導熱的納米材料。碳納米管在傳熱性能方面，它具有非常大的長徑比，因而其沿著長度方向的熱交換性能很高，相對的其垂直方向的熱交換性能較低，通過合適的取向，碳納米管可以合成高各向異性的熱傳導材料。另外，因為碳納米管有著較高的熱導率，因此只要在復合材料中摻雜微量的碳納米管，該復合材料的熱導率將會可能得到很大的改善。散熱薄膜是計算機、手機制造中的關鍵材料，像蘋果手機目前用的散熱膜是用石墨片制成的。而石墨烯/碳納米管復合薄膜制成的散熱膜散熱性能會大大優于石墨片。

傳統的石墨烯散熱薄膜一般采用：1)在金屬箔上采用化學氣相沉積制備石墨烯薄膜，借助轉移工藝轉移至目標襯底。該過程相對復雜，轉移過程會導致破損，轉移殘留物無法徹底去除，從而影響石墨烯的導電、散熱能力。2)采用氧化還原法制備石墨烯散熱膜。該方法的不足之處在于，制備過程中需采用強酸、強堿及強還原劑，工藝復雜、危險系數高，并且所得石墨烯純度不夠，從而導電散熱能力亦無法有效控制。

因此，如何提供一種石墨烯碳納米管復合薄膜及其制備方法與應用，以提高封裝器件的散熱效果，成為本領域技術人員亟待解決的一個重要技術問題。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種石墨烯碳納米管復合薄膜及其制備方法與應用，用于解決現有技術中功率型器件散熱效果不佳的問題。