[发明专利]一种基于石墨烯的芯片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，涉及一种基于石墨烯的芯片散热材料的制备方法，特别是涉及一种基于水平石墨烯和竖直石墨烯的芯片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快速发展的重要影响因素。如更多元化的功能设计、电子产品的重量等问题，这些问题的解决必然会带来器件散热的问题，高性能的导热材料的研究迫在眉睫。目前人们正在积极寻找新的高性能导热材料，以石墨烯为代表，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，具有突出的导热性能（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。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，如何充分合理的利用石墨烯的高导热性能，成功将其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。

关于石墨烯应用于功率器件散热的领域中，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。而竖直石墨烯较高的比表面积，更加有利于器件热点的散热，如何更优的利用石墨烯的散热效果呢？探索新型结构的石墨烯料散热材料制备方法，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石墨烯的芯片散热材料的制备方法，用于解决现有技术中高功率芯片横向与纵向散热不好的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于石墨烯的芯片散热材料的制备方法，所述制备方法至少包括以下步骤：

1）提供一衬底，采用液相剥离法在所述衬底上制备水平石墨烯；

2）将所述衬底置于反应腔中，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，采用等离子体增强的化学气相沉积于所述水平石墨烯表面生长竖直石墨烯；

4）停止通入生长气体，并使所述反应腔降温，再将所述水平石墨烯和竖直石墨烯转移到待散热的芯片表面。

作为本发明的基于石墨烯的芯片散热材料的制备方法的一种优选方案，所述液相剥离法为匀胶机旋涂法或浸泡提拉法。

作为本发明的基于石墨烯的芯片散热材料的制备方法的一种优选方案，所述水平石墨烯为多层。

作为本发明的基于石墨烯的芯片散热材料的制备方法的一种优选方案，所述衬底为Cu、Ni、SiO₂中的一种。

作为本发明的基于石墨烯的芯片散热材料的制备方法的一种优选方案，所述步骤1）中制备水平石墨烯前还包括对所述衬底进行抛光、清洗以及吹干的步骤。

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

作为本发明的基于石墨烯的芯片散热材料的制备方法的一种优选方案，所述步骤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。

作为本发明的基于石墨烯的芯片散热材料的制备方法的一种优选方案，所述步骤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。

作为本发明的基于石墨烯的芯片散热材料的制备方法的一种优选方案，所述步骤3）中生长气体的等离子体功率100～400W，生长时间为10～240min，生长气体的流量为5～50sccm。

作为本发明的基于石墨烯的芯片散热材料的制备方法的一种优选方案，所述生长气体为甲烷。

作为本发明的基于石墨烯的芯片散热材料的制备方法的一种优选方案，生长所述竖直石墨烯之后，还包括在所述竖直石墨烯上再制备一层水平石墨烯的步骤。

作为本发明的基于石墨烯的芯片散热材料的制备方法的一种优选方案，所述步骤4）降温过程中还包括通入惰性气体的步骤。