一種石墨烯復合薄膜及其制備方法技術

本發明專利技術提供了一種石墨烯復合薄膜，所述石墨烯復合薄膜包含導熱基層和設置在所述導熱基層上的石墨烯層；所述導熱基層的材質為碳納米管、氮化硼納米管和銀納米線中的一種或幾種。由于納米材料和石墨烯材料優異的導熱性能，所述石墨烯復合薄膜在用于二極管部件時，石墨烯層與芯片接觸，導熱基層與金屬基體接觸，能夠大大提高電子器件的散熱性能。本發明專利技術還提供了一種石墨烯復合薄膜的制備方法，本申請提供的制備方法能夠直接的在金屬基底上沉積石墨烯復合薄膜，避免了現有技術中制備石墨烯薄膜后需要進行二次轉移對石墨烯結構帶來的破壞。

【技術實現步驟摘要】
一種石墨烯復合薄膜及其制備方法
本專利技術涉及二極管零部件
，尤其涉及一種石墨烯復合薄膜及其制備方法。
技術介紹
混合型肖特基二極管(MPS)具有高阻斷電壓、低漏電流、更快的開關速度、更大的導通電流和更小的導通電壓等一系列的突出特點。對于垂直結構的MPS，器件封裝結構中的金屬基體對芯片不僅起到支撐的作用，而且是芯片工作的電極之一。隨著第三代半導體技術的飛速發展，MPS的功率密度越來越大，產生的熱量越來越多，芯片結溫迅速上升，當溫度超過最大允許溫度時，MPS就會因為過熱而損壞。然而，現有技術中功率型MPS散熱能力完全依賴金屬基體本身，導熱系數極低，難以滿足MPS對散熱性能的要求。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種石墨烯復合薄膜及其制備方法，本專利技術提供的石墨烯復合薄膜具有優異的導熱性能，可設置于金屬基體與芯片之間，以提高MPS的散熱性能。為了實現上述專利技術目的，本專利技術提供以下技術方案：本專利技術提供了一種石墨烯復合薄膜的制備方法，包含如下步驟：在金屬基體表面涂覆納米溶液，所述納米溶液為碳納米管溶液、氮化硼納米管溶液和銀納米線溶液中的一種或幾種；在惰性氣氛下，去除所述納米溶液中的溶劑，得到涂覆有導熱基層的復合金屬基體；在氫氣和惰性氣體的混合氣氛下，以有機氣相碳源為原料，在所述復合金屬基體表面化學氣相沉積石墨烯層，得到在金屬基體表面生成的石墨烯復合薄膜。優選的，所述納米溶液的濃度為0.1～5mg/mL。優選的，通過加熱的方式去除所述納米溶液中的溶劑，所述加熱的溫度為75～100℃；所述加熱的時間為5～15分鐘。優選的，所述氫氣在混合氣氛中的體積含量為10～30％；所述氫氣和惰性氣體的總流量為90～110sccm。優選的，所述有機氣相碳源為氣相烷烴、氣相烯烴和氣相炔烴中的一種或幾種；所述有機氣相碳源的流量為10～100sccm。優選的，所述化學氣相沉積的溫度為800～1000℃；所述化學氣相沉積的時間為10～30分鐘。優選的，所述化學氣相沉積過程中，包含氫氣、惰性氣體和有機氣相碳源的混合氣體的氣體壓強為500～650Pa。優選的，所述化學氣相沉積為等離子增強化學氣相沉積法，射頻功率為350～450W。優選的，所述化學氣相沉積為微波輔助化學氣相沉積法，微波功率為750～850W，頻率為2～3GHz。本專利技術還提供了一種上述技術方案所述制備方法得到的石墨烯復合薄膜，包含導熱基層和石墨烯層；所述導熱基層的材質為碳納米管、氮化硼納米管和銀納米線中的一種或幾種，所述導熱基層中的納米材料全部或者部分嵌入石墨烯層；所述導熱基層的厚度為1～100nm；所述石墨烯層的厚度為0.2～0.5nm。本專利技術提供了一種石墨烯復合薄膜，所述石墨烯復合薄膜包含導熱基層和設置在所述導熱基層上的石墨烯層；所述導熱基層的材質為碳納米管、氮化硼納米管和銀納米線中的一種或幾種，所述導熱基層中的納米材料全部或者部分嵌入石墨烯層。由于納米材料和石墨烯材料優異的導熱性能，所述石墨烯復合薄膜在用于二極管部件時，石墨烯層的沉積表面與芯片接觸，導熱基層和石墨烯層底面均與金屬基體接觸，能夠大大提高電子器件的散熱性能。本專利技術還提供了一種石墨烯復合薄膜的制備方法，本申請提供的制備方法能夠直接的在金屬基底上沉積石墨烯復合薄膜，避免了現有技術中制備石墨烯薄膜后需要進行二次轉移對石墨烯結構帶來的破壞。附圖說明圖1為本專利技術一種石墨烯復合薄膜具體結構的示意圖；圖2為本專利技術實施例1得到的碳層的拉曼光譜。具體實施方式本專利技術提供了一種石墨烯復合薄膜的制備方法，包含如下步驟：在金屬基體表面涂覆納米溶液，所述納米溶液為碳納米管溶液、氮化硼納米管溶液和銀納米線溶液中的一種或幾種；在惰性氣氛下，去除所述納米溶液中的溶劑，得到涂覆有導熱基層的復合金屬基體；在氫氣和惰性氣體的混合氣氛下，以有機氣相碳源為原料，在所述復合金屬基體表面化學氣相沉積石墨烯層，得到在金屬基體表面生成的石墨烯復合薄膜。本專利技術在金屬基體表面涂覆納米溶液，所述納米溶液為碳納米管溶液、氮化硼納米管溶液和銀納米線溶液中的一種或幾種。在本專利技術中，所述金屬基體的材質優選為銅、鐵、鎳、鉑或銅鎳合金。本專利技術優選對所述金屬基體進行清洗，所述清洗優選包含如下步驟：將金屬基體順次在丙酮、無水乙醇和水中進行清洗；清洗結束后，在鹽酸溶液中進行酸處理；酸處理結束后，再次進行水洗，得到純凈的金屬基體。本專利技術對所述清洗的實施方式沒有特殊要求，采用本領域技術人員所熟知的清洗方式進行即可。在本專利技術中，所述鹽酸溶液的體積濃度優選為5～15％，更優選為8～13％，最優選為10％。在本專利技術中，所述酸處理的時間優選為3～7分鐘，更優選為4～6分鐘，最優選為5分鐘。本專利技術對所述碳納米管和氮化硼納米管的結構沒有特殊要求，具體的可以為單壁或多壁。在本專利技術中，所述碳納米管的直徑優選為1～10nm，更優選為2～8nm，最優選為4～6nmμm。在本專利技術中，所述氮化硼納米管的直徑優選為5～100nm，更優選為20～80nm，最優選為40～60nm。在本專利技術中，所述銀納米線的直徑優選為5～100nm，更優選為20～80nm，最優選為65～70nm。本專利技術對所述碳納米管、氮化硼納米管和銀納米線的來源沒有特殊限制，采用本領域技術人員所熟知的上述物質即可，具體的如上述具體物質的市售產品。在本專利技術中，所述納米溶液的濃度優選為0.1～5mg/mL，更優選為1～4mg/mL，最優選為2～3mg/mL。在本專利技術中，所述納米溶液的溶劑優選為水、乙醇或異丙醇。在本專利技術中，所述納米溶液的涂覆厚度與所要得到的導熱基層的厚度直接相關，根據實際的技術要求進行設置即可，具體的能夠使得得到的導熱基層的厚度為1～100nm即可，優選為20～80nm，更優選為40～60nm。本專利技術對所述涂覆的方式沒有特殊要求，采用本領域技術人員所熟知的液體涂覆方式即可。在本專利技術中，所述涂覆優選為手涂、旋涂或刷涂。所述涂覆后，本專利技術在惰性氣氛下，去除納米溶液中的溶劑，得到涂覆有導熱基層的復合金屬基體。本專利技術優選通過加熱的方式去除納米溶液中的溶劑。在本專利技術中，所述加熱的溫度優選為75～100℃，更優選為80～90℃，最優選為85℃；所述加熱的時間優選為5～15分鐘，更優選為6～12分鐘，最優選為8～10分鐘。在本專利技術中，所述惰性氣氛優選為氮氣或氬氣。本專利技術對所述導熱基層中的納米材料的排布方式沒有特殊的要求，可以按照任意的方式進行排布。在本專利技術中，所述導熱基層優選為單層納米材料的高度，即所述導熱基層的厚度優選為納米材料的直徑。得到所述涂覆有導熱基層的復合金屬基體后，本專利技術在氫氣和惰性氣體的混合氣氛下，以有機氣相碳源為原料，在所述復合金屬基體的導熱層上化學氣相沉積石墨烯層，得到在金屬基體表面生成的石墨烯復合薄膜。在本專利技術中，所述惰性氣氛優選為氮氣或氬氣。在本專利技術中，所述氫氣在混合氣氛中的體積含量優選為10～30％，更優選為15～25％，最優選為20％；所述氫氣和惰性氣體的總流量優選為90～110sccm，更優選為95～105sccm，最優選為100sccm。在本專利技術中，所述有機氣相碳源優選為氣相烷烴、氣相烯烴和氣相炔烴中的一種或幾種。在本專利技術中，所述氣相烷烴優選為甲烷、乙烷和丙烷中的一種或幾種；所述氣相烯烴優選為乙烯；所述氣相炔烴本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種石墨烯復合薄膜的制備方法，包含如下步驟：在金屬基體表面涂覆納米溶液，所述納米溶液為碳納米管溶液、氮化硼納米管溶液和銀納米線溶液中的一種或幾種；在惰性氣氛下，去除所述納米溶液中的溶劑，得到涂覆有導熱基層的復合金屬基體；在氫氣和惰性氣體的混合氣氛下，以有機氣相碳源為原料，在所述復合金屬基體表面化學氣相沉積石墨烯層，得到在金屬基體表面生成的石墨烯復合薄膜。

【技術特征摘要】
1.一種石墨烯復合薄膜的制備方法，包含如下步驟：在金屬基體表面涂覆納米溶液，所述納米溶液為碳納米管溶液、氮化硼納米管溶液和銀納米線溶液中的一種或幾種；在惰性氣氛下，去除所述納米溶液中的溶劑，得到涂覆有導熱基層的復合金屬基體；在氫氣和惰性氣體的混合氣氛下，以有機氣相碳源為原料，在所述復合金屬基體表面化學氣相沉積石墨烯層，得到在金屬基體表面生成的石墨烯復合薄膜。2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述納米溶液的濃度為0.1～5mg/mL。3.根據權利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，通過加熱的方式去除所述納米溶液中的溶劑，所述加熱的溫度為75～100℃；所述加熱的時間為5～15分鐘。4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述氫氣在混合氣氛中的體積含量為10～30％；所述氫氣和惰性氣體的總流量為90～110sccm。5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述有機氣相碳源為氣相烷烴、氣相烯烴和氣相炔烴中的一種或幾種；所述有機氣相碳...

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊連喬，陳章福，徐小雪，舒文灝，張建華，殷錄橋，吳行陽，李起鳴，特洛伊·喬納森·貝克，
申請(專利權)人：上海大學，鎵特半導體科技上海有限公司，
類型：發明
國別省市：上海,31