[發明專利]一種基于石墨烯的三明治結構散熱薄膜、半導體器件及其制備方法

在審

• 申請號: 202011349967.2
• 申請日: 2020-11-26
• 公開（公告）號: CN112490204A
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 李昕;朱莉;沈鑫;楊向紅;劉康;孫岳;黨鑫;胡龍;劉衛華;韓傳余
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H01L23/367
• 分類號: H01L23/367;H01L23/373
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 安彥彥

1.一種基于石墨烯的三明治結構散熱薄膜，其特征在于，包括氧化還原石墨烯層(1)和CVD石墨烯層(2)，氧化還原石墨烯層(1)兩側的表面上均設有CVD石墨烯層(2)。

2.根據權利要求1所述的一種基于石墨烯的三明治結構散熱薄膜，其特征在于，氧化還原石墨烯層(1)的厚度為10nm-20nm，CVD石墨烯層(2)的厚度為0.33nm-0.5nm。

3.根據權利要求1所述的一種基于石墨烯的三明治結構散熱薄膜，其特征在于，還包括金屬襯底，由氧化還原石墨烯層(1)以及其兩側的表面的CVD石墨烯層(2)組成的整體結構設置于所述金屬襯底上。

4.制備權利要求1或2所述基于石墨烯的三明治結構散熱薄膜的方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1，采用CVD法在金屬襯底上生長CVD石墨烯層，得到結構A；

S2，在結構A的CVD石墨烯層表面制備氧化還原石墨烯層，形成復合結構B；

S3，在復合結構B的氧化還原石墨烯層表面制備CVD石墨烯層，再烘干水分，得到復合結構C；

S4，去除復合結構C的金屬襯底，并進行漂洗，得到所述基于石墨烯的三明治結構散熱薄膜。

5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，S1中，在金屬襯底上生長CVD石墨烯層的制備過程包括：

將金屬襯底表面的氧化物去除，清洗吹干后放入生長爐，通入甲烷和氫氣，在1000℃-1300℃溫度區間內生長30-60分鐘，得到結構A。

6.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，S2中，氧化還原石墨烯的制備過程包括：向每10ml去離子水中加入1-2mg氧化石墨烯，得到混合物A，再對混合物A震蕩10-60分鐘，然后超聲4-24小時，得到分散均勻的氧化石墨烯分散液；氧化石墨烯溶液通過還原劑還原成氧化還原石墨烯；將氧化還原石墨烯覆蓋至結構A的CVD石墨烯層表面，得到氧化還原石墨烯層/CVD石墨烯復合層；再在40℃-70℃下烘10-30分鐘，再進行退火處理，形成復合結構B；退火的氣體環境為氬氣或氮氣，退火分三次進行：第一次退火溫度為250℃-350℃退火時間在30-60分鐘；第二次退火溫度在450℃-600℃退火時間在30-60分鐘；第三次退火溫度在750℃-1000℃退火時間在30-60分鐘。

7.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，S3中，在復合結構B的氧化還原石墨烯層表面制備CVD石墨烯層的過程包括：

將帶有金屬襯底的CVD石墨烯薄膜表面旋涂PMMA，將旋涂后的CVD石墨烯薄膜放入刻蝕液中，將金屬襯底面朝下，將金屬襯底刻蝕掉；金屬襯底刻蝕完后采用浸漬提拉法將CVD石墨烯薄膜移到去離子水中，漂洗10-120分鐘；再將CVD石墨烯薄膜轉移至復合結構B的氧化還原石墨烯層表面，轉移后泡入丙酮中去除PMMA；之后用去離子水浸泡10-20分鐘，撈出吹干表面水分，再用烘烤1-10分鐘得到符合結構C；其中，刻蝕液為過硫酸銨溶液、三氯化鐵溶液或碘與碘化鉀混合溶液，刻蝕時間為4-24小時。

8.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，S4中，去除復合結構C的金屬襯底時，金屬襯底面朝下放入刻蝕液中，刻蝕時間為4-24小時，刻蝕液為過硫酸銨溶液、三氯化鐵溶液或碘與碘化鉀混合溶液。

9.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，S4中，得到所述基于石墨烯的三明治結構散熱薄膜后，再進行退火；退火溫度在250℃-350℃，時間為30-60分鐘，氣體環境為氬氣或氮氣。

10.一種半導體器件，其特征在于，包括其表面設置的散熱層，所述散熱層為權利要求1或2所述的基于石墨烯的三明治結構散熱薄膜。