[发明专利]一种基于竖直石墨烯的散热材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，特别是涉及一种基于竖直石墨烯的散热材料的制备方法。

背景技术

随着微电子产品的高性能、微型化、多功能化以及低成本的发展，电子散热问题已成为制约电子工业发展的瓶颈。为解决高功率器件散热的问题，高性能的导热材料的研究迫在眉睫。目前半导体芯片中用于散热的导热材料除了金属（如铜，热导率K=400W/m·K），人们也在积极寻找新的高性能导热材料，碳纳米材料的研究一直是散热研究领域的热点，在所有的碳结构中以石墨烯为代表的新型二维晶体材料因其单原子厚度的二维晶体结构和独特的物理特性成为近年来的研究焦点。就石墨烯而言，不仅有优异的电学性能，如高迁移率、高机械强度、高导电性等，最重要的是表现出突出的导热性能(5000W/(m·K))以及超常的比表面积(2630m²/g)，可以应用在固体表面的等一些良好的工艺性能，是理想的高功率电子器件散热材料。目前，虽然已经明确石墨烯的高导热性能，但是谈及到石墨烯的散热应用问题，其制备方法与应用技巧的研究正处于一个快速发展阶段，如何制备出散热性能很好的石墨烯材料，并将其成功应用到功率器件散热领域中来仍是一个亟待解决的技术难题。

典型的热学管理系统是由外部冷却装置如散热器等组成。其重要功能是创造出最大的有效表面积，在这个表面上热力被转移并由外界冷却媒介带走。对于高功率芯片热点的散热，以往的散热方式主要是通过热点的热扩散散热，然后由导热性强的散热器带走热量，不能从根本上解决热点的散热问题。自碳家族中只有一个原子层厚度的石墨烯材料被发现以来，人们便尝试利用其超强的导热性能研究如何最优的应用于芯片散热中来。现在普遍研究的石墨烯散热应用主要采用单层或者多层的石墨烯薄膜转移至高功率芯片中用于热点散热，进而探究不同层数的石墨烯薄膜的散热性能对于芯片热点散热的影响。这种散热方式仅仅能够将芯片热点的热量以水平方式扩散至周围材料，是在一定程度上加强了芯片散热的速度，但是接下来如何将已经扩散的热量带出芯片器件传递至周围空气中，仍是一个亟待解决的问题。因此，如何利用石墨烯高导热的优异性能从而最优的将芯片热点处的热量传递至周围的环境中是本领域技术人员需要解决的问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于竖直石墨烯的散热材料的制备方法，用于提高现有技术中高功率芯片的纵向散热性能。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于竖直石墨烯的散热材料的制备方法，至少包括以下步骤：

1）提供一生长衬底，对所述生长衬底进行抛光处理，并对所述生长衬底进行清洗；

2）将所述生长衬底置于反应腔中，对所述反应腔进行抽真空后通入还原气体并升温至预设温度，然后对所述生长衬底进行等离子体预处理；

3）保持通入还原气体并通入生长气体，采用等离子体增强化学气相沉积法于所述生长衬底表面生长竖直石墨烯薄膜。

作为本发明的基于竖直石墨烯的散热材料的制备方法的一种优选方案，还包括步骤4），将制备出的竖直石墨烯薄膜转移至转移目标上，用于实现散热功能。

进一步地，步骤4）包括以下步骤：

4-1）将生长有竖直石墨烯薄膜的生长衬底置于装有腐蚀溶液的容器中，选择性腐蚀去除所述生长衬底；

4-2）采用稀释液对所述腐蚀溶液进行多次稀释，直至将所述腐蚀溶液的浓度降低至预设值；

4-3）利用转移目标沉底捞取竖直石墨烯薄膜，然后通过热处理加强所述竖直石墨烯薄膜与所述转移目标的结合。

作为本发明的基于竖直石墨烯的散热材料的制备方法的一种优选方案，所述生长衬底为Cu、Ni、SiO₂的一种。

作为本发明的基于竖直石墨烯的散热材料的制备方法的一种优选方案，步骤2）在抽真空后，所述反应腔的真空度至少为3.5×10^-5Pa。

作为本发明的基于竖直石墨烯的散热材料的制备方法的一种优选方案，步骤2）通入的还原气体为H₂，等离子体预处理采用的等离子体为H等离子体。

作为本发明的基于竖直石墨烯的散热材料的制备方法的一种优选方案，步骤2）所述的预设温度为500～1200℃，还原气体的流量范围为30～100sccm，等离子体预处理的时间不少于10min。

作为本发明的基于竖直石墨烯的散热材料的制备方法的一种优选方案，步骤2）预处理时还包括通入惰性气体的步骤。

作为本发明的基于竖直石墨烯的散热材料的制备方法的一种优选方案，步骤3）包括步骤：