[發(fā)明專利]一種石墨烯包覆納米銅的方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910934222.3
• 申請(qǐng)日: 2019-09-29
• 公開（公告）號(hào): CN110666158A
• 公開（公告）日: 2020-01-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 崔成強(qiáng);匡自亮;葉懷宇;張國(guó)旗
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 深圳第三代半導(dǎo)體研究院
• 主分類號(hào): B22F1/02
• 分類號(hào): B22F1/02;B22F1/00;C23C16/26;C23C16/455;C23C16/56;B82Y40/00
• 代理公司: 11226 北京中知法苑知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)
• 代理人: 閻冬;李明

本發(fā)明提供一種石墨烯包覆的納米及其制備銅方法，首先選取一種碳源，以納米銅顆粒作為生長(zhǎng)基體，還原氣體為保護(hù)氣體，采用化學(xué)氣相沉積法(CVD)在能量(熱能、射頻、激光等)作用下激化氣體反應(yīng)物在生長(zhǎng)基體上生成高質(zhì)量的石墨烯，形成石墨烯包覆的納米銅，納米銅基CVD生長(zhǎng)的石墨烯薄膜具有良好的單層性和連續(xù)性。本發(fā)明可以通過控制碳源的加入量、生長(zhǎng)溫度、氣體配比等有效控制生成的石墨烯層數(shù)，其中碳源來源豐富，制備工藝簡(jiǎn)單、溫和、成本較低，可靠性好，可以大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。利用石墨烯的包覆，可以提高納米銅的抗氧化性，同時(shí)增加納米銅的導(dǎo)熱性，作為很好的半導(dǎo)體固晶和互連材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體互連材料導(dǎo)電散熱技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種石墨烯包覆納米銅的方法。

背景技術(shù)

石墨烯是一種碳原子按照蜂窩狀結(jié)構(gòu)有序排布并相互連接形成的二維碳納米材料，可以看成是單原子層的石墨，其特殊的結(jié)構(gòu)以及優(yōu)異的物理性質(zhì)使其成為研究熱點(diǎn)。理想的單層石墨烯具有高達(dá)97.7％的透光率和室溫下高達(dá)15000cm2/(V·s)的載流子遷移率，理論楊氏模量可達(dá)11000GPa，斷裂強(qiáng)度125GPa，熱導(dǎo)率達(dá)5000W/m·K，在新材料、電力、微電子等領(lǐng)域具有良好前景。

石墨烯具有優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)性能，在材料學(xué)、微納加工等方面具有重要的應(yīng)用前景。石墨烯是已知強(qiáng)度最高的材料之一，同時(shí)還具有很好的韌性，當(dāng)施加外力于石墨烯時(shí)，碳原子面會(huì)彎曲變形，使得碳原子不必重新排列來適應(yīng)外力，從而保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。這種穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu)使石墨烯具有優(yōu)秀的導(dǎo)熱性，可以在微電子的封裝互連中起到很好作用。另外，石墨烯中的電子在軌道中移動(dòng)時(shí)，不會(huì)因晶格缺陷或引入外來原子而發(fā)生散射，故石墨烯包覆納米銅提高了納米銅的導(dǎo)電性、散熱性和機(jī)械強(qiáng)度。

石墨烯的制備方法大致分為固相法、氣相法和液相法。固相法主要是機(jī)械剝離法，即直接將石墨烯薄片從較大的晶體上剝離下來，但這種方法所獲得的產(chǎn)物尺寸不易控制，無法可靠地制備出長(zhǎng)度足夠的石墨烯，因此不能滿足工業(yè)化需求。液相法是獲得高質(zhì)量石墨烯的有效方法之一，但其使用了有毒、易爆的危險(xiǎn)化學(xué)品，不僅增加了廢液處理的成本，更會(huì)對(duì)石墨烯的應(yīng)用帶來負(fù)面影響。氣相法是將一種或多種氣態(tài)或等離子態(tài)中生長(zhǎng)石墨烯的一類方法，其中化學(xué)氣相沉積法(CVD)是以能量(熱能、射頻、激光等)激化氣體反應(yīng)物使其產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，生成的石墨烯沉積在生長(zhǎng)基體表面，形成致密、均勻、穩(wěn)定的薄膜技術(shù)，這種方法可以制備出高質(zhì)量、大面積的石墨烯，該反應(yīng)可以通過控制碳源的加入量、氣體配比、生長(zhǎng)溫度來控制生成石墨烯的層數(shù)和質(zhì)量。

現(xiàn)有采用固態(tài)碳源的技術(shù)工藝和設(shè)備復(fù)雜、處理溫度高，因?yàn)榧{米銅表面能較高導(dǎo)致其易團(tuán)聚，在固態(tài)碳源包覆納米銅時(shí)，造成包覆不完全、包覆厚度不一或者反應(yīng)不徹底，固態(tài)碳源易殘留在納米銅顆粒表面，使其形成的石墨烯包覆納米銅質(zhì)量差。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述機(jī)械剝離法制備石墨烯中出現(xiàn)的尺寸和質(zhì)量的問題，本發(fā)明提供一種石墨烯包覆納米銅的方法，利用化學(xué)氣相沉積法(CVD)，在低溫高壓下，以納米銅為生長(zhǎng)基體，羥類氣體為碳源，生成高質(zhì)量的石墨烯包覆的納米銅。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下：

一種石墨烯包覆納米銅的方法，包括：

S1、將納米銅顆粒進(jìn)行有機(jī)溶劑清洗后置于去離子水中清洗并于40-100℃烘干；

S2、將烘干的納米銅顆粒均勻置于CVD反應(yīng)爐中，持續(xù)通入惰性氣體3～5min，抽真空至10～50pa；

S3、通入體積比為1～4:1，流速為0.05L/min～1L/min的碳源氣體與還原性氣體的混合氣體，調(diào)節(jié)反應(yīng)爐壓強(qiáng)至50～200pa，溫度為650～900℃，旋轉(zhuǎn)CVD反應(yīng)爐，反應(yīng)時(shí)間為0.1h～0.5h。反應(yīng)沉積期間可以通過旋轉(zhuǎn)反應(yīng)爐達(dá)到翻轉(zhuǎn)/抖動(dòng)納米銅顆粒的目的，確保納米銅顆粒與混合氣體反應(yīng)充分。

S4、400～550℃下退火0.2h～0.4h。