一种具有表面界面调控作用的多级次Cu膜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种具有表面界面调控作用的多级次Cu膜及其制备方法，通过先在衬底上沉积上一层超薄铜膜，再在控制条件下对超薄铜膜进行退火处理，最后在退火处理后的超薄铜膜表面再沉积一层铜膜，最终制得具有表面界面调控作用的多级次Cu膜；本发明专利技术所述多级次Cu膜的微纳复合结构的表面积和极性发生变化，导致表面对非极性气体或水蒸气的吸附特性发生转变，所述Cu膜可实现不采用表面修饰材料的情况下由超亲水到超疏水表面的可控调节，表面接触角在6度到152度之间转换；本发明专利技术所述多级次微纳复合结构为纳米团簇与纳米颗粒的复合、纳米颗粒与纳米孔洞或纳米团簇与纳米线的复合，在基本不改变材料的电学和热学性能的情况下，实现材料表面能的调控。

【技术实现步骤摘要】
一种具有表面界面调控作用的多级次Cu膜及其制备方法
本专利技术属于薄膜材料制备技术与表面界面调控
，具体涉及一种具有表面界面调控作用的多级次Cu膜及其制备方法。
技术介绍
对于高效的微小型器件来说，不仅高性能的功能材料和高导电及导热性的电极材料对其性能至关重要，其金属电极材料与功能材料的界面接触问题也已经成为微纳器件中的关键问题。随着新型材料和器件制备及功能等方面创新的飞速发展，金属薄膜材料不再仅仅是电和热的传播介质，还是多种器件的功能层，如锂离子电池中的电极，忆阻器中的电极等。金属材料与其他功能薄膜的接触界面也直接影响器件的性能。随着器件微型化和薄膜化的发展趋势，界面问题更加突出，现有的复杂的表面处理技术以及重掺杂技术已经不能满足高性能器件的低成本、高产值需求。从晶体生长的角度来说，基底材料的表面能则直接影响上层膜材料的成核、生长和结构调控，这是因为基底的表面自由能大于界面自由能与膜材料表面自由能之和，膜才能在基底上铺展并以层状形式生长，否则，薄膜会以岛状模式生长，甚至不生长。评价固体材料表面能的最直观的方法是表面浸润性测试。浸润性是固体表面的重要特征之一，它是由表面的化学组成和微观几何结构共同决定的。对于特定金属薄膜材料来说，材料的表面化学组成基本确定，微观几何结构则直接影响材料的表面能。表面的接触角接近于0度时，为超亲水表面。所谓超疏水表面一般是指与水的接触角大于150度的表面。表面的浸润性在工农业和人们的日常生活中都有着极其广阔的应用前景，例如，它可以用来防雪、防污染、抗氧化以及防止电流传导等。一般来说，超疏水性表面可以通过两种方法来制备，一种是在疏水材料表面构建粗糙结构；另一种是在粗糙表面上修饰低表面能的物质。目前，许多制备粗糙表面的方法已有报道，例如，熔融烷基正乙烯酮二聚体的固化；聚四氟乙烯存在时聚丙烯的等离子体聚合或刻蚀；微波等离子体增强化学气相沉积法；阳极氧化法，即将多孔氧化铝凝胶浸入沸水中；将升华材料与硅石或铝石混合；相分离法以及模板法等；为了有效地得到超疏水表面，用低表面能物质，如氟硅烷，对表面进行修饰是很有必要的。但是，目前针对金属材料的表面能调控一般采用低表面能物质对表面进行修饰，该方法往往不适用于界面调控，在微电子器件中通过引入低表面物质的方式调节金属薄膜的表面能，往往会对界面的接触性能产生巨大的副作用。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的上述问题，本专利技术提供了一种具有表面界面调控作用的多级次Cu膜及其制备方法。本专利技术所述铜膜，可实现不采用表面修饰材料的情况下由超亲水到超疏水表面的可控调节，表面接触角在6度到152度之间转换。本专利技术通过铜膜表面多级次设计，在基本不改变材料的电学和热学性能的情况下，实现材料表面能的调控。本专利技术所采用的技术方案为：一种具有表面界面调控作用的Cu膜的制备方法，包括如下步骤：(1)在衬底上制备一层超薄铜膜；(2)对步骤(1)所述超薄铜膜进行退火处理；(3)对步骤(2)退火处理后的超薄铜膜表面再沉积一层铜膜，即得所述具有表面界面调控作用的多级次Cu膜。步骤(1)中，所述超薄铜膜的厚度为10–50nm。步骤(1)中，所述超薄铜膜为无序纳米颗粒薄膜或有序纳米颗粒薄膜。步骤(1)中，所述衬底为硅、石英、氮化铝、氧化铝中的任意一种或几种的混合物。步骤(2)中，所述退火处理具体为：在100-400℃、0.5-3Pa条件下进行退火处理10-30min。步骤(3)中，所述铜膜的厚度为100nm–30μm。步骤(1)中所述超薄铜膜的制备可采用磁控溅射工艺、真空蒸镀工艺、旋转涂膜工艺中的任意一种，步骤(3)中所述铜膜的沉积采用磁控溅射工艺。所述方法制得的具有表面界面调控作用的多级次Cu膜。所述Cu膜为多级次微纳复合结构，所述多级次微纳复合结构为纳米团簇与纳米颗粒的复合、纳米颗粒与纳米孔洞结构的复合或纳米团簇与纳米线的复合。所述Cu膜的表面接触角为6度-152度。本专利技术的有益效果为：本专利技术所述的具有表面界面调控作用的多级次Cu膜的制备方法，通过先在衬底上沉积上一层超薄铜膜，再在控制条件下对超薄铜膜进行退火处理，最后在所述退火处理后的超薄铜膜表面再沉积一层铜膜，最终制得具有表面界面调控作用的多级次Cu膜，这是由于：通过先预沉积一层超薄铜膜并经过退火处理，再沉积一层较厚的铜膜，使得铜膜材料表面发生有序或无序状态的团聚，从铜膜初始生长的阶段就对材料结构进行诱导以最终制备出具有多级次复合结构的Cu膜，多级次薄膜的微纳复合结构使铜膜材料表面的表面积和极性发生变化，导致表面对非极性气体或水蒸气的吸附特性发生转变，因此所述Cu膜可实现不采用表面修饰材料的情况下由超亲水到超疏水表面的可控调节，表面接触角在6度到152度之间转换；本专利技术通过铜膜表面多级次微纳复合结构设计，所述多级次微纳复合结构为纳米团簇与纳米颗粒的复合、纳米颗粒与纳米孔洞结构的复合或纳米团簇与纳米线的复合，最终实现在基本不改变材料的电学和热学性能的情况下，实现材料表面能的调控。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例1所述多级次团簇-竖直纳米线Cu膜和对比例1所述竖直纳米线Cu膜的接触角和表面自由能对比图；图2为本专利技术实施例2所述多级次团簇-纳米颗粒Cu膜和对比例2所述纳米颗粒Cu膜的接触角和表面自由能对比图；图3为本专利技术实施例3所述多级次纳米颗粒-纳米孔洞Cu膜和对比例3所述纳米颗粒Cu膜的接触角和表面自由能对比图；图4为本专利技术实施例4所述多级次团簇-倾斜纳米线Cu膜和对比例4所述倾斜纳米线Cu膜的接触角和表面自由能对比图；图5本专利技术实施例1所述多级次团簇-竖直纳米线复合结构Cu膜的表面扫描电子显微镜图；图6为本专利技术实施例2所述多级次团簇-纳米颗粒复合结构Cu膜的表面扫描电子显微镜图。图7为本专利技术实施例3所述多级次纳米颗粒-纳米孔洞复合结构Cu膜的断面扫描电子显微镜图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本专利技术所保护的范围。实施例1本实施例提供一种具有表面界面调控作用的多级次Cu膜，所述Cu膜为团簇与竖直纳米线的复合结构(多级次团簇-竖直纳米线Cu膜)，所述Cu膜的表面接触角为140度，采用如下方法制备得到：(1)以单晶硅为衬底，先对衬底进行预处理，具体为：将衬底依次浸泡于洗洁精水、去离子水、乙醇、丙酮中进行超声本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有表面界面调控作用的多级次Cu膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)在衬底上制备一层超薄铜膜；/n(2)对步骤(1)所述超薄铜膜进行退火处理；/n(3)对步骤(2)退火处理后的超薄铜膜表面再沉积一层铜膜，即得所述具有表面界面调控作用的多级次Cu膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有表面界面调控作用的多级次Cu膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)在衬底上制备一层超薄铜膜；
(2)对步骤(1)所述超薄铜膜进行退火处理；
(3)对步骤(2)退火处理后的超薄铜膜表面再沉积一层铜膜，即得所述具有表面界面调控作用的多级次Cu膜。


2.根据权利要求1所述的具有表面界面调控作用的多级次Cu膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述超薄铜膜的厚度为10–50nm。


3.根据权利要求1所述的具有表面界面调控作用的多级次Cu膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述超薄铜膜为无序纳米颗粒薄膜或有序纳米颗粒薄膜。


4.根据权利要求1所述的具有表面界面调控作用的多级次Cu膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述衬底为硅、石英、氮化铝、氧化铝中的任意一种或几种的混合物。


5.根据权利要求1所述的具有表面界面调控作用的多级次Cu膜的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述退火处理具体为：在1...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹丽莉，缪旻，高洪利，
申请(专利权)人：北京信息科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11