CN103276357B - 一种提高铜表面功函数的生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种提高铜表面功函数的生产工艺，包括如下步骤：铜基体预处理；离子溅射；生成外护层；本发明用纯金属铜为基体，在真空中以铬、钨等金属为靶，氩气为载气，采用离子溅射的方法，氩在电磁场作用下电离为等离子体，带正电的氩离子轰击靶材金属，溅射下的金属离子气团在基体的负电位吸引下沉积在铜基体表面；然后，将铜基体放入邻二氯苯中，紫外线照射，从邻二氯苯中分解出的氯离子与表面的金属离子发生化学反应，形成单原子层的氯化物，从而形成偶极子，阻碍金属内部电子向外逸出，降低铜表面电子的发射能力；可大幅度提高铜表面的功函数，方法工艺简单，既可用于小型电子器件的处理，又可适合大规模导线的生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种铜表面处理方法，具体涉及一种提高铜表面功函数的生产工艺。
背景技术
铜作为良导体广泛用于金属导线，但是由于高电压下产生大量电子逸出，从而浪费大量能量，同时伤害了作为绝缘的有机材料，降低了绝缘性能。如果经过表面处理提高铜表面的功函数，使电子的逸出能力下降，同时又不改变铜的导电和机械性能，从而降低裸导体表面的电晕损失，大幅度降低输电过程中的能量损失；降低、抑制导体向绝缘介质中发射电子的能力，提高了绝缘介质的工作场强，延长绝缘体的寿命，具有重要的意义。
提高铜表面功函数的方法很多，主要有：（1）合金法，优点是生产方便，缺点是以降低铜的导电性为代价；（2）表面镀绝缘层法：优点是抑制电子逸出效果好，缺点是表层易破裂；（3）等离子体处理方法：优点是处理表层，不影响铜的导电性，缺点是功函数提高幅度有限，一般为0.3-0.4eV。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明所要解决的技术问题是，提供一种提高铜表面功函数的生产工艺，采用等离子体处理，结合表面卤化方法，可大幅度提高铜表面的功函数（提高幅度为0.8-1.5eV），方法工艺简单，既可用于小型电子器件的处理，又可适合大规模导线的生产。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是，一种提高铜表面功函数的生产工艺，包括如下步骤：
第一步，铜基体预处理：
去除铜基体表面的污染物，放入真空中，真空度控制在10-10-5Pa；
第二步，离子溅射：
采用纯金属为靶材，靶材加负电位，电压为-1500～-2500V；氩气为载气，压强为10-30Pa；铜基体加负电位，电压为-100～-500V；氩气电离为等离子体，带正电的氩离子轰击靶材金属，溅射下的金属离子气团在基体的负电位吸引下沉积在铜基体表面，形成薄膜；
第三步，生成外护层：
将完成第二步的铜基体从真空中取出，放入邻二氯苯（99.9%）中，经紫外线照射（40～250W，距离5～20厘米），从邻二氯苯中分解出的氯离子与铜基体表面的金属离子发生化学反应，形成单原子层的氯化物，即：偶极子外护层；阻碍金属内部电子向外逸出，降低铜表面电子的发射能力。
上述的提高铜表面功函数的生产工艺，第二步中，采用纯金属铬、钨为靶材。
本发明用纯金属铜为基体，在真空中以铬、钨等金属为靶，氩气为载气，采用离子溅射的方法，氩在电磁场作用下电离为等离子体，带正电的氩离子轰击靶材金属，溅射下的金属离子气团在基体的负电位吸引下沉积在铜基体表面。然后，将铜基体放入邻二氯苯中，紫外线照射，从邻二氯苯中分解出的氯离子与表面的金属离子发生化学反应，形成单原子层的氯化物，从而形成偶极子，阻碍金属内部电子向外逸出，降低铜表面电子的发射能力。
本发明可大幅度提高铜表面的功函数，提高幅度为0.8-1.5eV，方法工艺简单，既可用于小型电子器件的处理，又可适合大规模导线的生产。
具体实施方式
实施例1
本实施例的提高铜表面功函数的生产工艺，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，铜基体预处理：
去除铜基体表面的污染物，放入真空中，真空度控制在20-10-5Pa；
第二步，离子溅射：
采用纯金属铬为靶材，靶材加负电位，电压为-1500V；氩气为载气，压强为10Pa；铜基体加负电位，电压为-100V；氩气电离为等离子体，带正电的氩离子轰击靶材金属，溅射下的金属离子气团在基体的负电位吸引下沉积在铜基体表面，形成薄膜；
第三步，生成外护层：
将完成第二步的铜基体从真空中取出，放入邻二氯苯中，经紫外线照射，从邻二氯苯中分解出的氯离子与铜基体表面的金属离子发生化学反应，形成单原子层的氯化物，即：偶极子外护层；阻碍金属内部电子向外逸出，降低铜表面电子的发射能力。
经实验检测，本实施例的铜表面功函数提高幅度为0.8。
实施例2
本实施例的提高铜表面功函数的生产工艺，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，铜基体预处理：
去除铜基体表面的污染物，放入真空中，真空度控制在20-10-5Pa；
第二步，离子溅射：
采用纯金属钨为靶材，靶材加负电位，电压为-2500V；氩气为载气，压强为10Pa；铜基体加负电位，电压为-500V；氩气电离为等离子体，带正电的氩离子轰击靶材金属，溅射下的金属离子气团在基体的负电位吸引下沉积在铜基体表面，形成薄膜；
第三步，生成外护层：
将完成第二步的铜基体从真空中取出，放入邻二氯苯中，经紫外线照射，从邻二氯苯中分解出的氯离子与铜基体表面的金属离子发生化学反应，形成单原子层的氯化物，即：偶极子外护层；阻碍金属内部电子向外逸出，降低铜表面电子的发射能力。
经实验检测，本实施例的铜表面功函数提高幅度为1.5。
实施例3
本实施例的提高铜表面功函数的生产工艺，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，铜基体预处理：
去除铜基体表面的污染物，放入真空中，真空度控制在20-10-5Pa；
第二步，离子溅射：
采用纯金属镍为靶材，靶材加负电位，电压为-2000V；氩气为载气，压强为10Pa；铜基体加负电位，电压为-300V；氩气电离为等离子体，带正电的氩离子轰击靶材金属，溅射下的金属离子气团在基体的负电位吸引下沉积在铜基体表面，形成薄膜；
第三步，生成外护层：
将完成第二步的铜基体从真空中取出，放入邻二氯苯中，经紫外线照射，从邻二氯苯中分解出的氯离子与铜基体表面的金属离子发生化学反应，形成单原子层的氯化物，即：偶极子外护层；阻碍金属内部电子向外逸出，降低铜表面电子的发射能力。
经实验检测，本实施例的铜表面功函数提高幅度为1.2。
以上所述，仅是对本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明做其他形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是，凡是未脱离本发明方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种提高铜表面功函数的生产工艺，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，铜基体预处理：
去除铜基体表面的污染物，放入真空中，真空度控制在10-10-5Pa；
第二步，离子溅射：
采用纯金属为靶材，靶材加负电位，电压为-1500~-2500V；氩气为载气，压强为10-30Pa；铜基体加负电位，电压为-100~-500V；氩气电离为等离子体，带正电的氩离子轰击靶材金属，溅射下的金属离子气团在基体的负电位吸引下沉积在铜基体表面，形成薄膜；
第三步，生成外护层：
将完成第二步的铜基体从真空中取出，放入纯度为99.9%邻二氯苯中，经40～250W的紫外线灯距离5～20厘米的紫外线照射，从邻二氯苯中分解出的氯离子与铜基体表面的金属离子发生化学反应，形成单原子层的氯化物，即：偶极子外护层；阻碍金属内部电子向外逸出，降低铜表面电子的发射能力。
2.根据权利要求1所述的提高铜表面功函数的生产工艺，其特征在于：第二步中，采用纯金属铬、钨为靶材。
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