CN103928359B - 一种垂直碳纳米管阵列与金属基底键合的方法 - Google Patents
一种垂直碳纳米管阵列与金属基底键合的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103928359B CN103928359B CN201410145673.6A CN201410145673A CN103928359B CN 103928359 B CN103928359 B CN 103928359B CN 201410145673 A CN201410145673 A CN 201410145673A CN 103928359 B CN103928359 B CN 103928359B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- metallic substrates
- bonded
- carbon nanotube
- nanotube array
- vertical
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Abstract
本发明提供了一种垂直碳纳米管阵列与金属基底键合的方法,首先通过化学气相沉积方法制备垂直定向碳纳米管阵列,然后利用溅射方法在垂直碳纳米管阵列端部沉积纳米金属颗粒,之后用电化学沉积的方法在金属基底制备纳米针锥结构,最后在一定温度和压力条件下,实现碳纳米管阵列与金属基底的热压固态键合。本发明提供的垂直碳纳米管阵列与金属基底的键合方法,与微电子制造工艺兼容,操作简单,纳米中间层的原子互扩散降低了键合温度和压力,在微纳机电系统制造和三维封装领域具有广泛应用前景。
Description
技术领域
本发明属于微系统制造领域,特别是涉及一种垂直碳纳米管阵列与金属基底键合的方法。
背景技术
随着微系统制造技术的发展,减小封装尺寸、增强器件导电和导热性能已成为发展的必然趋势。碳纳米管具有独特的纳米一维空间结构和显著的力学、热学和电学特性,在集成电路、微机电系统及微系统封装中具有广泛的应用前景,尤其是基于化学气相沉积(CVD)的碳纳米管制备方法的发展,为批量生产稳定结构的碳纳米管,实现定向定位装配奠定了基础。
基于CVD方法制备垂直定向碳纳米管阵列,并用于三维封装中硅通孔(TSV)填充介质和热界面(TIM)材料,是碳纳米管应用的常用形式,其核心特征是要形成金属-碳纳米管-金属三层结构,这就要求发展碳纳米管与金属基底的键合技术。高效的键合工艺要求从力学角度碳纳米管与金属之间需形成稳固的连接,增强抗剪切和拉伸能力;从能量传输角度能够增加电子和声子的传输通道,减小接触电阻和热阻;从工艺角度能够与微电子工艺兼容,温度和压力足够低以避免影响器件其他结构和整体性能。目前主要采用热压键合方法和化学转移法,金属基底的表面熔化效应实现键合,存在的主要问题是键合温度较高,一般在300℃以上,在应用中会影响器件性能;后者利用在碳纳米管表面自主装亲金属的化学物质实现与金属基底的键合,存在的主要问题是键合过程中引入有机化学物质,对环境和器件造成一定污染,而且化学键合形成的连接不稳固,难以保证高效的力、电、热互连。
鉴于此,通过分别在碳纳米管表面制备纳米金属结构,并将其作为键合层,将碳纳米管与金属的键合问题转化为金属与金属间的扩散键合问题,可以有效利用纳米结构的尺度效应,降低键合的温度和压力,为碳纳米管在三维封装和应用提供新的工艺方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种垂直碳纳米管阵列与金属基底键合的方法,将纳米金属中间层作为键合层,利用纳米结构的尺度效应,降低键合的温度和压力。
本发明公布的一种垂直碳纳米管阵列与金属基底键合的方法,首先是通过化学气相沉积方法制备垂直定向碳纳米管阵列,然后利用溅射的方法在阵列端部制备纳米金属颗粒,利用电化学沉积的方法在金属基底表面制备纳米金属针锥结构,将纳米金属颗粒和纳米金属针锥结构作为键合层,实施热压键合。其中,碳纳米管端部制备的纳米金属颗粒未互连形成连续薄膜,而且纳米金属针锥结构直径小于500nm。
本发明提供的垂直碳纳米管阵列与金属基底键合的方法,工艺简单,操作方便,且工艺温度和压力较低,与微电子工艺兼容,在微系统制造和三维封装领域具有广泛的应用前景。
附图说明
图1是本发明垂直碳纳米管阵列与金属基底键合工艺示意图:(a)垂直碳纳米管阵列的制备,其中1为垂直碳纳米管阵列,2为硅衬底;(b)碳纳米管阵列端部纳米金属颗粒制备,其中3为纳米金属颗粒;(c)金属基底表面纳米针锥结构制备,其中4为纳米针锥结构,5为金属基底;(d)热压键合工艺,其中6为压力,7为热板。
具体实施方式
如图1所示,本发明具体实施例的主要步骤包括:
(1)采用CVD方法制备垂直碳纳米管阵列(图1(a))。生长设备采用德国AIXTRON公司的“Black Magic”系统,碳纳米管合成中,衬底温度在450℃到560℃之间,催化剂采用Al/Fe/Mo金属,首先在硅衬底上溅射各金属层,经过热整形即可在衬底上形成催化剂的纳米团簇,以便生长定向碳纳米管阵列。生长中起源采用C2H2气体,首先在高温环境中(830℃)将气体裂解生成C6H9,C5H9等气体,将裂解物通入带有催化剂的衬底即可生长碳纳米管。生长过程中腔体压强为2×10−2 mbar。通过调节衬底的温度可获得单壁或者多壁的碳纳米管阵列。
(2)碳纳米管阵列端部纳米金属颗粒制备。如图1(b)所示,利用磁控溅射镀膜机在垂直定向碳纳米管表面溅射Ni金属。溅射中腔体气压为5×10−3Pa,衬底温度为350K,溅射时间为10分钟。
(3)金属基底表面纳米针锥结构制备(图1(c))。首先将铜基底进行除油和除锈处理,置于电镀溶液中(五水硫酸铜1.5mol/L,硝酸铜0.2mol/L,乙二胺2 mol/L,硼酸0.3mol/L,添加剂SPS15ppm、PEG1000ppm,JGB40ppm,溶液温度30℃,PH值5.0),并将基材作为阴极,将铜板或者不溶性极板作为阳极,并通过导线使基底、铜板与电镀电源构成回路。通过电镀电源对基底实施直流电流(2A/dm2),电镀时间为180秒。
(4)热压键合工艺(图1(d))。将(2)和(3)形成的结构,经过对准使纳米颗粒与纳米针锥结构接触,置于热板上,温度为150℃,并施加2MPa的压力,保温保压30分钟,完成键合。
Claims (3)
1.一种垂直碳纳米管阵列与金属基底键合的方法,其特征是通过化学气相沉积方法制备垂直定向碳纳米管阵列,然后利用溅射的方法在阵列端部制备纳米金属颗粒,利用电化学沉积的方法在金属基底表面制备纳米金属针锥结构,将纳米金属颗粒和纳米金属针锥结构作为键合层,实施热压键合。
2.如权利要求1所述的一种垂直碳纳米管阵列与金属基底键合的方法,其特征在于碳纳米管端部制备的纳米金属颗粒未互连形成连续薄膜。
3.如权利要求1所述的一种垂直碳纳米管阵列与金属基底键合的方法,其特征在于纳米金属针锥结构直径小于500nm。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201410145673.6A CN103928359B (zh) | 2014-04-14 | 2014-04-14 | 一种垂直碳纳米管阵列与金属基底键合的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201410145673.6A CN103928359B (zh) | 2014-04-14 | 2014-04-14 | 一种垂直碳纳米管阵列与金属基底键合的方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN103928359A CN103928359A (zh) | 2014-07-16 |
CN103928359B true CN103928359B (zh) | 2016-08-17 |
Family
ID=51146538
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201410145673.6A Active CN103928359B (zh) | 2014-04-14 | 2014-04-14 | 一种垂直碳纳米管阵列与金属基底键合的方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN103928359B (zh) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108258263B (zh) * | 2018-01-10 | 2020-04-24 | 哈尔滨工业大学 | 用于固体氧化物燃料电池的低温封接方法 |
CN111470468B (zh) * | 2020-04-22 | 2023-07-25 | 华中科技大学 | 一种垂直碳纳米管向目标衬底转移的方法 |
CN113387323B (zh) * | 2021-05-24 | 2024-04-05 | 杭州电子科技大学 | 一种基于电场控制Ag2Ga纳米针阵列成形的制备方法 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101747870A (zh) * | 2009-12-18 | 2010-06-23 | 东南大学 | 散热界面材料的制备方法、使用方法及制备装置 |
CN102417175A (zh) * | 2011-09-02 | 2012-04-18 | 上海大学 | 室温下碳纳米管束的转移方法 |
CN103367185A (zh) * | 2013-07-25 | 2013-10-23 | 中国科学院微电子研究所 | 一种采用转移法制作碳纳米管柔性微凸点的方法 |
-
2014
- 2014-04-14 CN CN201410145673.6A patent/CN103928359B/zh active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101747870A (zh) * | 2009-12-18 | 2010-06-23 | 东南大学 | 散热界面材料的制备方法、使用方法及制备装置 |
CN102417175A (zh) * | 2011-09-02 | 2012-04-18 | 上海大学 | 室温下碳纳米管束的转移方法 |
CN103367185A (zh) * | 2013-07-25 | 2013-10-23 | 中国科学院微电子研究所 | 一种采用转移法制作碳纳米管柔性微凸点的方法 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
《碳纳米管/金属界面键合机制及其相关技术研究》;宋晓辉;《中国博士学位论文全文数据库》;20101015;第101-105页 * |
《镍微纳米针锥阵列材料的电沉积制备与性能研究》;杭弢;《中国博士学位论文全文数据库》;20101015;第39,40,121,122页 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN103928359A (zh) | 2014-07-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Fu et al. | 2D transition metal dichalcogenides: design, modulation, and challenges in electrocatalysis | |
Wang et al. | MoS2/graphene composites as promising materials for energy storage and conversion applications | |
Zang et al. | Template-assisted synthesis of nickel sulfide nanowires: tuning the compositions for supercapacitors with improved electrochemical stability | |
CN105779805B (zh) | 泡沫金刚石骨架增强铜基复合材料及制备方法 | |
CN105671354B (zh) | 一种泡沫金刚石骨架增强铝基复合材料及其制备方法 | |
CN103928359B (zh) | 一种垂直碳纳米管阵列与金属基底键合的方法 | |
CN105792605B (zh) | 一种三维空间网络多孔高效散热器及应用 | |
JP2019506111A (ja) | 熱電デバイス及びシステム | |
JP2009539261A (ja) | 熱電ナノチューブアレイ | |
Zheng et al. | A new carbon allotrope: graphdiyne | |
CN105247674B (zh) | 散热结构体及其制造方法以及电子装置 | |
CN105331948B (zh) | 一种表面p型导电金刚石热沉材料的制备方法 | |
JP2008135740A5 (zh) | ||
JP2010192780A (ja) | 熱電変換素子 | |
CN104532206A (zh) | 一种在绝缘衬底上原位生长掺杂石墨烯薄膜的制备方法 | |
CN101609802B (zh) | 一种低热阻热界面制备方法 | |
CN107313064B (zh) | 金属硼或磷化物修饰的α-Fe2O3光阳极材料的制备方法及应用 | |
Wang et al. | Manipulating growth of thermoelectric Bi2Te3/Sb multilayered nanowire arrays | |
CN101872730A (zh) | 用碳纳米管簇填充硅通孔的方法 | |
CN105470115B (zh) | 一种将砷化镓外延层转移至金属柔性衬底的方法 | |
CN103896207B (zh) | 一种基于力电热耦合的碳纳米管阵列键合方法 | |
CN105664965B (zh) | 一种Cu-Ir合金多面体纳米笼的制备方法 | |
CN101894773B (zh) | 碳纳米管凸点的制备方法 | |
CN104477899A (zh) | 一种制备石墨烯的夹具以及制备石墨烯的方法 | |
CN110349848B (zh) | 一种基于碳碳键的高性能界面制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant |