[发明专利]一种可图形化纳米多孔铜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种微加工技术领域的制造方法，特别涉及一种可图形化纳米多孔铜的制备方法。

背景技术：

纳米多孔金属是孔径尺寸为纳米量级的多孔金属材料，由于具有双连续的内部结构、高比表面积以及作为纳米材料的特殊性能，开拓了金属材料新的应用，将金属材料的多孔形态与物理、化学、机械性能等结合起来，超越金属的固有功能，发挥多孔材料的轻质、高强韧、强吸附、隔热、散热、优异的吸能性能，被广泛用于催化、化学、生物传感、燃料电池电极、汽车、电子、航空航天等领域。例如：利用多孔金属的多孔性，可用做催化剂的载体、多孔电极、化学用过滤器；利用多孔金属良好的散热性能，可制备成散热器，应用于微电子装置上对高密度发热元件进行冷却，也可用于计算机的集成电路和电源的冷却装置等。基于纳米多孔金属的特性，将其应用于MEMS或者集成电路领域将有可能改善器件化学活性、吸附、电学等相关性能。从技术角度讲，将纳米多孔金属应用于微加工工艺，其中最关键的技术就是实现纳米多孔金属的制备技术与微加工工艺相兼容：1）运用微加工工艺制造纳米多孔金属；2）选择合适的工艺条件以得到不同孔径并可图形化的纳米多孔金属。

传统的纳米多孔金属的制备方法主要利用模版法，“模板法”是指具有纳米多孔结构材料作为模版，通过复制模板的结构获得最终的纳米多孔金属的方法，常用的模版有AAO（阳极氧化铝）模版、氢气泡模版、高分子模版等，该方法得到的纳米多孔金属结构主要受模版的限制，很难与微加工工艺兼容，并且很难实现纳米多孔金属的图形化。目前纳米多孔金属的制备主要利用脱合金法，通过对二元的前驱合金进行适当的腐蚀，将其中较为活泼的金属溶解，剩余的较为惰性的金属原子经团聚生长最终形成双连续的纳米多孔结构。与模板法制备纳米多孔金属不同，脱合金法可以通过对腐蚀过程以及后续热处理过程的调整实现对孔洞尺寸与空间排布的动态控制，从而制造出一些孔径为纳米级别的纳米多孔金属材料。

经对现有技术的文献检索发现，中国专利公开号（CN101956090A），名称为“一种采用Cu-Zn合金制备纳米多孔铜的方法”的发明，主要采用熔炼的工艺按质量百分比Cu-60wt%、70wt%、80wt%Zn在氮气保护下制备得到合金，以1M的NaCl溶液作为电解液，利用三电极法进行塔菲尔曲线的测试，获得不同合金的最易腐蚀电压。腐蚀液和合金按体积比为1000~1500:1，在1M NaCl溶液中，水浴50~70℃，采用恒电位法，在最易腐蚀电压下对合金进行电化学腐蚀；每隔二十分钟向电解液中滴加浓NH₃·H₂O溶液1~2mL，使电解液中含有一定的络合物，促进反应进行；至阴极不再有明显的气泡放出时反应停止，即得到纳米多孔铜。通过该发明制得的孔径细小均匀，韧带轮廓清晰，孔径50~200nm，韧带宽度70~100nm。但该发明所使用的前驱合金由高温熔融得到，该方法同样与微加工工艺难以兼容，并且难以实现纳米多孔铜的图形化，基于此，提出一种与微加工工艺兼容、可图形化的纳米多孔铜的制备方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种可图形化纳米多孔铜的制备方法，使其能够与微加工工艺兼容，利用光刻图形化技术、铜锌合金共沉积技术以及去合金化技术获得各种图形的纳米多孔铜阵列，该工艺方法简单、成本低、易于控制且与微加工工艺兼容性好。

本发明是通过以下技术方案实现的，具体包括如下步骤：

（1）玻璃片上，溅射Cr-Cu种子层，依次进行甩正性光刻胶、烘胶、曝光、显影处理，根据设计的掩膜版形状，实现纳米多孔铜阵列结构的图形化；

（2）在已图形化的种子层上，采用电沉积技术进行铜应力缓冲层、Cu-Zn合金层的沉积；

（3）将上述图形化的Cu-Zn合金层在酸性溶液中进行去合金化处理，然后再去正胶，最终实现可图形化的纳米多孔铜，得到纳米多孔铜阵列。

步骤（2）中，在已图形化的种子层上，采用电沉积技术进行铜应力缓冲层、Cu-Zn合金层的沉积。应力缓冲层是采用高分散硫酸铜电镀工艺制备的Cu电镀层，其厚度为10-20um，因Cu具有良好的塑性变形故而其构成的应力缓冲层可以使后续Cu-Zn合金镀层的应力得到一定程度的释放，确保Cu-Zn合金镀层完整并牢固地“生长”在玻璃基片上；由于正性光刻胶的存在，故Cu-Zn合金镀层使用柠檬酸盐电镀体系，通过电镀获得均匀、无裂纹、低应力、厚度为2-5um的镀层。