[發(fā)明專利]一種微通道毛細(xì)結(jié)構(gòu)的超薄微熱管及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010528469.8
• 申請(qǐng)日: 2020-06-11
• 公開（公告）號(hào): CN111640715B
• 公開（公告）日: 2023-09-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 弓曉晶;許敬;儲(chǔ)富強(qiáng);郭國(guó)標(biāo)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 常州大學(xué);江蘇江南烯元石墨烯科技有限公司;江南石墨烯研究院
• 主分類號(hào): H01L23/427
• 分類號(hào): H01L23/427;B81B1/00;B81C1/00;B82Y40/00
• 代理公司: 常州市夏成專利事務(wù)所(普通合伙) 32233
• 代理人: 沈毅

1.一種微通道毛細(xì)結(jié)構(gòu)的超薄微熱管，其特征是，超薄微熱管包括從下往上依次設(shè)置的氮化硅基底（1）、底層石墨（2）、中間層石墨烯（3）和頂層石墨（4），所述中間層石墨烯（3）為長(zhǎng)條狀且等間距設(shè)置，氮化硅基底（1）、底層石墨（2）和中間層石墨烯（3）上具有微米級(jí)的矩形通道；所述氮化硅基底（1）在背離底層石墨（2）的一側(cè)形成有微通道空穴，在靠近底層石墨（2）的一側(cè)形成有微米級(jí)的矩形通道；所述微米級(jí)的矩形通道與微通道空穴連通；所述中間層石墨烯（3）的長(zhǎng)邊與微米級(jí)的矩形通道垂直排列，并且底層石墨（2）和中間層石墨烯（3）在與所述微米級(jí)的矩形通道重疊的部分形成有大小一致的通孔，其中，矩形通道為截面寬3～5μm、高18～22μm的長(zhǎng)方形，中間層石墨烯（3）的間距為120～130nm。

2.一種微通道毛細(xì)結(jié)構(gòu)的超薄微熱管的制備方法，其特征是，制備方法步驟如下：

步驟a：采用標(biāo)準(zhǔn)光刻和反應(yīng)離子刻蝕法在90～120μm厚的氮化硅基底（1）的氮化硅片靠近底層石墨（2）的一側(cè)刻蝕出一個(gè)微米級(jí)的矩形通道；

步驟b：通過(guò)干法轉(zhuǎn)移在步驟a得到的通道上覆蓋一層厚度8～15nm的石墨，標(biāo)記為底層石墨（2）；

步驟c：將采用干法轉(zhuǎn)移法覆蓋在底層石墨（2）上的、含有不同層數(shù)的且被電子束光刻和氧等離子刻蝕成等間距長(zhǎng)條的石墨烯，標(biāo)記為中間層石墨烯（3）；所述石墨烯的長(zhǎng)邊與微米級(jí)的矩形通道垂直排列；

步驟d：將底層石墨（2）和中間層石墨烯（3）與微米級(jí)的矩形通道重疊的部分采用步驟a中的反應(yīng)離子刻蝕法利用氮化硅片中的微通道空穴為掩模板刻蝕掉，形成一個(gè)大小一致的通孔；

步驟e：最后在石墨烯中間層表面采用干法轉(zhuǎn)移覆蓋一層厚度為90～120nm的石墨，標(biāo)記為頂層石墨（4）。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種微通道毛細(xì)結(jié)構(gòu)的超薄微熱管的制備方法，其特征是，所述步驟a中的標(biāo)準(zhǔn)光刻和反應(yīng)離子刻蝕法步驟如下：用丙酮、乙醇和去離子水依次清洗氮化硅片，并用氮?dú)獯蹈煞湃牒嫦涓稍?min；在氮化硅片表面旋涂光刻膠后放入100℃烘箱中烘烤10min；將有微孔的掩模板放置于涂有光刻膠的氮化硅片上，校準(zhǔn)位置后采用深紫外光對(duì)光刻膠進(jìn)行曝光20s后使用顯影液對(duì)光刻膠進(jìn)行清洗90s，豎膜；在光刻膠相應(yīng)位置涂刷刻蝕劑，放入真空反應(yīng)腔室，抽真空注入氧氣，加熱進(jìn)行氧等離子刻蝕；去除氮化硅表面的保護(hù)膠，用去離子水清洗后吹干，得到具有微通道陣列的氮化硅片。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種微通道毛細(xì)結(jié)構(gòu)的超薄微熱管的制備方法，其特征是，所述氧等離子刻蝕的反應(yīng)參數(shù)：O₂：120～130sccm，電源功率：590～620W，真空壓強(qiáng)：0.10～0.15Torr，溫度：120℃，時(shí)間：3～5min。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種微通道毛細(xì)結(jié)構(gòu)的超薄微熱管的制備方法，其特征是，所述步驟b中的干法轉(zhuǎn)移步驟如下：將石墨薄膜放入恒溫水浴鍋中50℃加熱3h；取出后在表面旋涂一層PVA膠體后轉(zhuǎn)移至75℃熱板上烘90s；將PVA/石墨薄膜轉(zhuǎn)移至兩片載玻片中間使膜自然舒展；將舒展后的膜浸入50℃無(wú)水乙醇中3～6s，粘到氮化硅襯底上，晾干后在75℃去離子水中12～16min清除PVA膠；去離子水清洗3～5次后烘干水分，將石墨層覆蓋在具有微通道陣列的氮化硅片表面。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種微通道毛細(xì)結(jié)構(gòu)的超薄微熱管的制備方法，其特征是，所述干法轉(zhuǎn)移后，需要將帶有石墨層的氮化硅組件在400℃下退火3h，以消除污染。

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種微通道毛細(xì)結(jié)構(gòu)的超薄微熱管的制備方法，其特征是，所述步驟c中的電子束光刻和氧等離子刻蝕步驟如下：在多層石墨烯上旋涂一層電子束光刻膠；在高斯掃描系統(tǒng)下對(duì)電子束光刻膠進(jìn)行曝光，曝光劑量為1～2×10^-5C/cm²；采用異丙酮顯影液對(duì)曝光后的電子束光刻膠進(jìn)行顯影，形成等間距的條狀光刻膠圖形；以電子束光刻膠圖形為掩模板，采用等離子體刻蝕的方法刻蝕石墨烯層，得到具有等間距條紋狀的石墨烯層，然后通過(guò)干轉(zhuǎn)移法將具有等間距條紋狀的中間層石墨烯（3）轉(zhuǎn)移到底層石墨（2）上。