一种氧化铜膜/硅晶片复合结构及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种氧化铜膜/硅晶片复合结构及其制备方法，涉及纳米薄膜材料制备技术领域。本发明专利技术以磁控溅射的方法在硅晶片上沉积铜，使铜膜均匀的沉积在硅晶片上；所述铜膜/硅晶片结构在臭氧条件下进行氧化反应，能够将铜膜中的铜氧化成为氧化铜；再经后续的热处理，使得氧化铜膜与硅晶片基底之间的结合强度变强。本发明专利技术提供的氧化铜膜/硅晶片复合结构的氧化铜膜为纳米尺寸氧化铜堆积而成，所述纳米尺寸氧化铜的结构为纳米片状结构或颗粒状结构，且纳米片状结构的厚度为100～200nm，纳米颗粒结构的尺寸为200～300nm。在本发明专利技术中，所述氧化铜膜与硅晶片的膜基结合力大于100μN，结合稳定、不脱落不分离。

【技术实现步骤摘要】
一种氧化铜膜/硅晶片复合结构及其制备方法
本专利技术涉及纳米薄膜材料制备
，尤其涉及一种氧化铜膜/硅晶片复合结构及其制备方法。
技术介绍
氧化铜是一种p型半导体材料，常被用作催化剂、电极材料、光热、光导以及传感器材料，因此氧化铜具有非常重要的工程意义和经济价值。由于纳米材料具有较大的比表面积和有别于块体材料的物化性质，制备纳米材料是目前科研界研究的热点方向之一。硅晶圆片是目前半导体工业产品的基础材料，将氧化铜附着在硅晶圆片上更有助于利用氧化铜的物化性能。然而采用直接加热铜膜制备氧化铜膜的方法所得到的氧化铜薄膜极易卷曲开裂，无法与硅衬底紧密牢固结合，严重影响了氧化铜材料的应用。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种氧化铜膜/硅晶片复合结构及其制备方法。本专利技术提供的方法能够使氧化铜膜与硅晶片基底牢固地结合在一起，扩大了氧化铜膜/硅晶片复合结构的使用范围。本专利技术提供了一种氧化铜膜/硅晶片复合结构的制备方法，包括以下步骤：以铜靶为铜源，在硅晶片上磁控溅射铜，得到铜膜/硅晶片结构；将所述铜膜/硅晶片结构在臭氧气氛下进行氧化反应，得到前驱体结构；将所述前驱体结构在空气气氛下进行热处理，得到所述氧化铜膜/硅晶片复合结构。优选地，所述硅晶片为氧化硅片，所述氧化硅片上二氧化硅薄膜的平均厚度为300～500nm。优选地，所述磁控溅射的参数包括：磁控溅射气氛为高纯氩气，磁控溅射的气压为0.6～1.0Pa，磁控溅射的功率密度为20～30W/cm2，磁控溅射的时间为0.5～1h。优选地，所述铜膜/硅晶片结构中铜膜的厚度为1.5～3μm。优选地，所述臭氧气氛的流量3～5g/h。优选地，所述氧化反应的温度为室温，时间为10～20min。优选地，所述空气气氛的流速为80～120L/min。优选地，所述热处理的温度为350～450℃，时间为0.5～1h。本专利技术还提供了上述技术方案所述的制备方法制得的氧化铜膜/硅晶片复合结构，所述氧化铜膜/硅晶片复合结构的氧化铜膜为纳米尺寸氧化铜堆积而成，所述纳米尺寸氧化铜的结构为纳米片状结构或颗粒状结构，纳米片状结构的厚度为100～200nm，纳米颗粒结构的尺寸为200～300nm；所述氧化铜膜与硅晶片的膜基结合力大于100μN。本专利技术提供了一种氧化铜膜/硅晶片复合结构的制备方法，包括以下步骤：以铜靶为铜源，在硅晶片上磁控溅射铜，得到铜膜/硅晶片结构；将所述铜膜/硅晶片结构在臭氧气氛下进行氧化反应，得到前驱体结构；将所述前驱体结构在空气气氛下进行热处理，得到所述氧化铜膜/硅晶片复合结构。本专利技术以磁控溅射的方法在硅晶片上沉积铜膜，使铜膜均匀的沉积在硅晶片上；所述铜膜/硅晶片结构在臭氧条件下进行氧化反应，能够将铜膜中的铜氧化成为氧化铜；再经后续的热处理，使得氧化铜膜与硅晶片基底之间的结合强度变强。实施例的数据表明：本专利技术提供的氧化铜膜/硅晶片复合结构的氧化铜膜为纳米尺寸氧化铜堆积而成，所述纳米尺寸氧化铜的结构为纳米片状结构或颗粒状结构，且纳米片状结构的厚度为100～200nm，纳米颗粒结构的尺寸为200～300nm。在本专利技术中，所述氧化铜膜与硅晶片的膜基结合力大于100μN，结合稳定、不脱落不分离。本专利技术方法简便、容易大规模制备。附图说明图1为实施例1所得氧化铜膜/硅晶片复合结构宏观电子数码相片外观图；图2为实施例1所得氧化铜膜/硅晶片复合结构中氧化铜膜表面的扫描电子显微镜图；图3为实施例1所得氧化铜膜/硅晶片复合结构中氧化铜膜的X射线衍射图；图4为实施例1所得氧化铜膜/硅晶片复合结构中氧化铜膜与硅晶片的纳米划痕测试结果图；图5为实施例2所得氧化铜膜/硅晶片复合结构宏观电子数码相片外观图；图6为实施例2所得氧化铜膜/硅晶片复合结构中氧化铜膜的表面扫面电子显微镜图；图7为实施例2所得氧化铜膜/硅晶片复合结构中氧化铜膜与硅晶片的纳米划痕测试结果图；图8为对比例1所得复合结构的宏观电子数码相片外观图；图9为对比例2所得复合结构的宏观电子数码相片外观图。具体实施方式本专利技术提供了一种氧化铜膜/硅晶片复合结构的制备方法，包括以下步骤：以铜靶为铜源，在硅晶片上磁控溅射铜，得到铜膜/硅晶片结构；将所述铜膜/硅晶片结构在臭氧气氛下进行氧化反应，得到前驱体结构；将所述前驱体结构在空气气氛下进行热处理，得到所述氧化铜膜/硅晶片复合结构。本专利技术以铜靶为铜源，在硅晶片上磁控溅射铜，得到铜膜/硅晶片结构。在本专利技术中，所述铜靶的纯度优选为99.999％。在本专利技术中，所述硅晶片优选为氧化硅片，所述氧化硅片优选包括硅片和覆盖在所述硅片表面的二氧化硅薄膜；所述氧化硅片上二氧化硅薄膜的平均厚度优选为300～500nm；所述硅晶片的面积优选为3cm2或4cm2。在本专利技术中，所述磁控溅射的参数优选包括：磁控溅射的气氛优选为高纯氩气，所述高纯氩气的纯度优选为99.999％；磁控溅射的气压优选为0.6～1Pa，进一步优选为0.6Pa；磁控溅射的功率密度优选为20～30W/cm2，进一步优选为15W/cm2；磁控溅射时间优选为0.5～1h。在本专利技术中，所述铜膜/硅晶片结构中铜膜的厚度优选为1.5～3μm，进一步优选为2.0～2.5μm。在本专利技术中，磁控溅射能够使铜均匀地沉积在硅基片上。得到铜膜/硅晶片结构后，本专利技术将所述铜膜/硅晶片结构在臭氧气氛下进行氧化反应，得到前驱体结构。在本专利技术中，所述臭氧气氛的流量优选为3～5g/h，进一步优选为4g/h。在本专利技术中，所述氧化反应的温度优选为室温，即不需要额外加热也不需要降温，时间优选为10～20min。在本专利技术中，所述氧化反应能够将铜膜中的铜氧化为氧化铜。得到前驱体结构后，本专利技术将所述前驱体结构在空气气氛下进行热处理，得到所述氧化铜膜/硅晶片复合结构。在本专利技术中，所述空气气氛的流速优选为80～120L/min，进一步优选为90～110L/min，更优选为100L/min。在本专利技术中，所述热处理的温度优选为350～450℃，进一步优选为400℃；时间优选为0.5～2h，进一步优选为1.0～1.5h。在本专利技术中，热处理能够增强氧化铜膜与硅片的结合力。本专利技术还提供了上述技术方案所述的制备方法制得的氧化铜膜/硅晶片复合结构，所述氧化铜膜/硅晶片复合结构的氧化铜膜为纳米尺寸氧化铜堆积而成，所述纳米尺寸氧化铜的结构为纳米片状结构或颗粒状结构，纳米片状结构的厚度为100～200nm，纳米颗粒结构的尺寸为200～300nm；所述氧化铜膜与硅晶片的膜基结合力大于100μN。下面结合实施例对本专利技术提供的氧化铜膜/硅晶片复合结构及其制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本专利技术保护范围的限定。实施例1将表面覆盖平均厚度为300nm的二氧化硅的硅晶圆片(面积为4c本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化铜膜/硅晶片复合结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n以铜靶为铜源，在硅晶片上磁控溅射铜，得到铜膜/硅晶片结构；/n将所述铜膜/硅晶片结构在臭氧气氛下进行氧化反应，得到前驱体结构；/n将所述前驱体结构在空气气氛下进行热处理，得到所述氧化铜膜/硅晶片复合结构。/n

【技术特征摘要】
1.一种氧化铜膜/硅晶片复合结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
以铜靶为铜源，在硅晶片上磁控溅射铜，得到铜膜/硅晶片结构；
将所述铜膜/硅晶片结构在臭氧气氛下进行氧化反应，得到前驱体结构；
将所述前驱体结构在空气气氛下进行热处理，得到所述氧化铜膜/硅晶片复合结构。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硅晶片为氧化硅片，所述氧化硅片上二氧化硅薄膜的平均厚度为300～500nm。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述磁控溅射的参数包括：磁控溅射气氛为高纯氩气，磁控溅射的气压为0.6～1.0Pa，磁控溅射的功率密度为20～30W/cm2，磁控溅射的时间为0.5～1h。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铜膜/硅晶片结构中铜膜的厚度为1.5～3μm。

...

【专利技术属性】
技术研发人员：韦江，王佳伟，胡强，程香平，陆磊，张友亮，焦斌斌，刘觐，
申请(专利权)人：江西省科学院应用物理研究所，
类型：发明
国别省市：江西;36