[发明专利]一种增强金刚石热导率的方法

说明书

一种增强金刚石热导率的方法，本发明涉及一种增强金刚石导热性的方法，本发明目的是要在不去除金刚石材料的基础上解决现有CVD方法制备金刚石两面晶粒尺寸差别过大，厚度较薄以及热导率提高困难的问题。增强金刚石热导率的方法：一、对硅片进行切割和超声清洗；二、对硅片进行打磨处理，在硅片表面建立辅助形核点；三、硅片放置于CVD装置中，通入生长气体氢气与甲烷，升温至750℃以上进行多晶生长；四、利用HNO₃与HF混合溶液去掉硅基底；五、以与步骤三相同的生长方式与参数进行重复生长。本发明经过两次生长，使制备得到的多晶金刚石膜双面形貌大致相同，并提高了金刚石的厚度，提升了多晶金刚石的热导率。

技术领域

本发明涉及一种增强金刚石导热性的方法并将其用于热沉领域。

背景技术

由于现在器件的发展迅速，电子器件的频率与集成度越来越高，因此产热的集中性也越来越高，器件产热对于工作的稳定性不容忽视。因此，如何高效，快速的将热量导出，成为业界研究的重点。对于导热材料的要求，便愈发急迫。热导率(thermalconductivity)便是描述材料导热性能的关键参数，高热导率材料的制备，是电子器件前进路上必不可少的一环。

热沉材料分为三代，第一代为热导率较高的金属，如铜400W/(m·K)，铝218W/(m·K)，但是虽然铜和铝等热导率较高，也容易加工，但是他们的热膨胀系数较高，温度升高后会产生较大的热应力，为了降低铜的热膨胀系数，人们通常将其与钨，钼等复合，形成金属-金属复合材料，然而却增加了它的质量，此外，由于金属之间的浸润性问题，导致其气密性也不够好。

第二代热沉材料的热导率与铜相似，一般是一些复合材料，如碳纤维和铜，碳纤维和SiC的复合材料等，碳材料逐渐出现在人们的视线之中，这种材料之间的复合使他们具有更平衡的性质，强度高，密度低，更加适用于工业。而第三代热沉材料便包括CVD金刚石薄膜在内的一系列碳材料和碳复合材料，这些材料通常具有极高的热导率，但是由于其制造工艺等的限制，极高热导率的金刚石制造尺寸较小，如今只能利用于电子行业等精密的设备中，而石墨材料已经被广泛使用，代表性的就是GrafTech公司的SPREADERSHILED、Panasonic公司的PGS产品等，这些产品均有着优异的导热性能，并且柔韧性好，在手机，电脑等电子设备中都会见到他们的身影。但是，金刚石热沉材料却仍未大规模使用，虽然其有着更好的机械性能与导热性能，但是由于制造工艺等的限制，无法大量制造使用。

目前已知材料在室温下，天然金刚石的热导率最高，为2200W/(m·K)，约为铜的5倍，如此高的热导率完全可以满足器件的需求，但是天然金刚石产量低，价格高，不能大规模用于工业生产。人造金刚石便进入人们的视野，HPHT法生产单晶金刚石颗粒小，无法利用为热扩散元件；而大尺寸的金刚石制备方法主要为CVD法，但是仍存在以下缺点：

1、形核面晶粒尺寸与生长面差别过大，两侧热导率差别过大；

2、厚度较薄，在使用过程中容易碎裂；

3、热导率存在瓶颈，当今条件下提高多晶金刚石的热导率一般是长时间生长并去除底面小晶粒金刚石为主要手段，此方法既浪费了大部分金刚石，又延长了生长工艺时间。

发明内容

本发明目的是要在不去除金刚石材料的基础上解决现有CVD方法制备金刚石两面晶粒尺寸差别过大，厚度较薄以及热导率提高困难的问题，而提供一种提高多晶金刚石热导率的方法。

本发明增强金刚石热导率的方法按下列步骤实现：

一、对硅片进行切割，然后分别置于无水乙醇和去离子水中进行超声清洗，得到洁净的硅片基底；

二、对洁净的硅片基底进行打磨处理，在硅片表面建立辅助形核点，得到带有辅助形核点的硅片；