[发明专利]一种石墨烯复合材料/氮化硅/硅芯片高效散热系统

权利要求书

1.一种石墨烯复合材料/Si₃N₄/Si散热装置，其特征在于，由以下步骤制成：包括硅晶圆背面沉积一层致密的Si₃N₄绝缘层，在Si₃N₄绝缘层上利用化学键修饰与石墨烯复合材料热沉相连接，形成一个整体的散热系统，再与基板相互连；所述石墨烯复合材料包括石墨烯和固化树脂。

2.如权利要求1所述的散热装置，其特征在于，所述Si₃N₄绝缘层通过化学气相沉积在硅晶圆背面生长出来。

3.如权利要求2所述的散热装置，其特征在于，所述的化学气相沉积包括低压气相沉积以及等离子体增强化学气相沉积法。

4.如权利要求2或3所述的散热装置，其特征在于，所述的化学气相沉积采用硅烷类气体与氨气为气氛，其中硅烷类气体包括硅烷，二氯硅烷，三氯硅烷及其混合物。

5.如权利要求1所述的散热装置，其特征在于，将高导热石墨烯复合材料热沉与带有Si₃N₄绝缘层的硅片互连。

6.如权利要求5所述的散热装置，其特征在于，所述的互连通过化学键合。

7.如权利要求5或6所述的散热装置，其特征在于，所述的互连利用羟基脱水结合，即通过表面修饰使得Si₃N₄绝缘层与石墨烯复合材料热沉表面带上羟基。

8.如权利要求7所述的散热装置，其特征在于，所述的表面修饰使用强氧化剂或者氧等离子体技术处理。

9.如权利要求8所述的散热装置，其特征在于，所述的强氧化剂包括双氧水，高锰酸钾，重铬酸钾，次氯酸钠及其混合物，其浓度为1摩尔/升及以上，所述的氧等离子体技术处理，为氧等离子体或者臭氧等离子体处理。

10.一种制备如权利要求1所述散热装置的方法，其步骤包括：

1)在硅基发热器件中沉积一层Si₃N₄绝缘层；

2)在Si₃N₄绝缘层上做官能团化处理；

3)将石墨烯分散到树脂中，将树脂固化得到高导热的石墨烯复合材料，再对两个底面进行抛光，除去底面的树脂，露出石墨烯；

4)将石墨烯复合材料与带有Si₃N₄绝缘层的硅基发热器夹紧，并在低压下加热处理；

5)将上述散热体系与基板互连，实现发热器件、热界面绝缘层、热层器件的完整系统构建。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，步骤4)中，低压加热具体工艺为，在真空烘箱中的60～120℃温度下加热进行3～5小时。