[发明专利]一种纳米双晶层的制备方法和一种纳米双晶层

说明书

揭露一种纳米双晶层及其制备方法。纳米双晶层的制备方法包含：利用包含铜的盐化物、酸以及水溶性或醇溶性有机添加剂的电解液，在电流密度为20～100mA/cm²，槽电压为0.2～1.0V，且阴极与阳极距离为10～300mm的条件下，以电解沉积技术在阴极的表面上沉积纳米双晶层。该制备方法得到的纳米双晶层包含复数纳米双晶铜晶粒，复数纳米双晶铜晶粒中至少部分具有上宽下窄的支柱帽形状，且部分相邻的复数纳米双晶铜晶粒之间具有不规则晶相区域。

技术领域

本发明一般是关于一种纳米双晶层及其制备方法，尤其是关于一种利用水/醇溶性有机添加剂制备的纳米双晶层及其制备方法。

背景技术

铜因具有良好的导热性、导电性、耐腐蚀性和塑性，因此被应用于电力、化工、航太等领域，对人类的生活和工作起到至关重要的作用。

然而，粗晶体纯铜由于形变能力强，因而强度较低。传统技术可经由添加微量元素制成合金以提升其硬度和强度，但会导致铜的导电性大幅度下降，降低铜在电力方面的应用。同时，少量铁、镍元素的掺杂会令铜的磁性改变，而不利于应用到制造对磁性敏感的装置，如罗盘等。另外，铜因其很强的塑性，常用于元件的电性焊接，但加工过程中需要高温回焊处理，因此在介面容易形成介金属化合物，并伴随着产生对元件功能不利的空孔，降低抗电迁移率。

为解决上述铜及其合金的缺点，已开发出经由改变铜的晶体形态从而改善上述缺点的方法，其中经由电镀法形成纳米双晶铜膜为备受关注的解决方案。例如，CN1498987A专利是利用电解沉积技术制备出晶粒尺寸为30纳米的块体纳米双晶铜材料，其室温屈服强度为119MPa，且导电率可保持粗晶体纯铜的90％以上。进一步，若将该纳米晶体铜样品在室温下进行轧制，其拉伸的屈服强度可进一步提升至535MPa，比粗晶体纯铜的0.035GPa大幅提升。另一方面，TW201415563A专利是利用纳米双晶铜降低空孔的产生，以提升抗电迁移率。然而，如前述相关专利所述，制备纳米双晶铜膜需于电镀法中添加明胶作为唯一添加剂，所使用的添加剂范围种类窄，不论对于科学研究或是进一步工业化生产都有限制。另外，前述专利需经由后续物理加工手段进行铜膜的物性改善，增加了铜膜制程成本。

发明内容

本发明之一目的在于提供一种纳米双晶铜膜及其制备方法，其利用水/醇性有机添加剂进行纳米双晶铜膜的制备，且藉由调整水/醇性有机添加剂的含量，可得到不同形态的纳米双晶铜晶粒的微观结构。

于一实施例，本发明提供一种纳米双晶层的制备方法，其包含：利用包含铜的盐化物、酸以及水溶性或醇溶性有机添加剂的电解液，在电流密度为20～100mA/cm²，槽电压为0.2～1.0V，且阴极与阳极距离为10～300mm的条件下，以电解沉积技术在阴极的表面上沉积纳米双晶层。

于一实施例，水溶性或醇溶性有机添加剂选自于由地塞米松、皮质醇、淀粉、阿拉伯胶、葡萄糖、果糖、半乳糖、多糖、蔗糖、麦芽糖、乳糖、寡糖、纤维素、羧甲基纤维素、羧乙基纤维素、羧丙基纤维素、甲基纤维素、羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、乙基纤维素、丙基纤维素、果胶、甘油醛、二羟丙酮、甘油、几丁质、半纤维素、木糖、阿拉伯糖、甘露糖、木质素、聚氧乙烯、聚乙烯亚胺、聚氧二甲苯、聚乙二醇、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚磺酸苯乙烯、二甲基二辛基溴化铵、聚丙二醇、聚四氢呋喃、聚苯乙烯磺酸钠、乙二醇、聚二硫二丙烷磺酸钠、二癸基二甲基氯化铵、双十二烷基二甲基氯化铵、双十四烷基二甲基溴化铵、双十六烷基二甲基溴化铵、双十八烷基二甲基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵、十四烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十八烷基三甲基氯化铵、十二烷基苯基二甲基氯化铵及其混合所组成的群组。

于一实施例，电解液中的酸为硫酸、盐酸、磷酸、甲基磺酸、磺酸或其混合。

于一实施例，该表面为硅晶片、钛片、铁片、镍片、纯铜片或表面具有(111)晶体方向的基底的表面。

于一实施例，包含铜的盐化物为硫酸铜，且电解液的浓度为0.3mol/L以上。