《銅基鑲嵌結構界面金剛石塗層及其界面熱阻的研究》是依託華南理工大學，由邱萬奇擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：銅基鑲嵌結構界面金剛石塗層及其界面熱阻的研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：邱萬奇
- 依託單位：華南理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
在銅基體表面電鍍含微量Cr的Cu-Diamond複合鑲嵌層，確保金剛石顆粒大部分埋入過渡層中（鑲嵌），少部分露出過渡層（露頭），以露頭為籽晶，在CVD系統中同質外延生長出基於熱沉套用的鑲嵌結構界面金剛石塗層。電鍍Cu與基體Cu界面因高溫CVD時Cu原子間的互擴散而消失，Cu/Diamond界面因微量摻Cr而得到強化，Cu/Diamond界面因鑲嵌咬合而增大接觸面積，這些措施都使界面熱阻降低。分別對Cu/Cr3C2,Cr3C2/Diamond和Cu/Cr3C2/Diamond的界面結構和界面熱阻進行研究，判斷各界面主要熱載子耦合方式，並研究Cr3C2厚度在聲子平均自由程範圍內時對界面熱阻的影響。項目致力於探索降低界面熱阻的方法，揭示界面熱阻的本質，提出預測Cu/Cr3C2/Diamond界面熱阻的物理模型,為銅基鑲嵌結構界面金剛石塗層熱沉和Cu-Diamond複合熱沉設計提供理論指導。
結題摘要
製備鑲嵌過渡層是沉積出鑲嵌結構界面金剛石膜的關鍵。研究組用不同方法在在Cu或CuCr0.5基體上製備出Cu-diamond鑲嵌過渡層，在熱絲CVD（Chemical Vapor Deposition）系統中沉積出鑲嵌結構界面金剛石膜，並對其界面反應產物，界面結構和膜/基結合性能的影響進行了研究。結果表明，在加固鍍液中添加氟硼酸鉻，改善了銅與金剛石的界面潤濕性能，在CVD系統中沉積出與銅基體結合牢固的金剛石膜。金剛石膜由粗細不等的金剛石顆粒組成，粗顆粒是露頭金剛石同質外延長大的，細顆粒是二次形核長大所致。壓痕檢驗結果顯示金剛石膜與基體很好。金剛石塗層表面粗糙度大是鑲嵌過渡層中露頭金剛石露出過渡層的高度參差不齊所致。用模壓法將高出過渡層表面的露頭金剛石壓入包鑲過渡層中再進行CVD金剛石膜生長，顯著降低了金剛石膜的表面粗糙度，並提高了金剛石膜/基結合性能。研究組採用含鉻0.5wt.%的CuCr合金，用油脂+格線均勻化法在CuCr0.5表面分散W40金剛石後，採用模壓+去油脂+熱模壓處理，將W40金剛石顆粒全部壓入CuCr0.5中，模壓後的Cu-Diamond表面平整，未出現“V”型溝槽和表面裂紋，表面熱膨脹係數降低到9.3×10-6/K，可直接用作電子封裝熱沉和銅基體上CVD沉積金剛石鑲嵌過渡層。在CVD金剛石片上分別用磁控濺射法沉積出納米銅和納米碳化鉻+銅來構建Cu/Diamond和Cu/Cr3C2/Diamond界面，經650℃+2h擴散退火後界面熱阻分別為1.73×10-7m2K/W和0.49×10-7m2K/W，顯示出用鉻改善Cu/Diamond潤濕性能並顯著降低了界面熱阻。本項目研究出銅基嵌入式組合熱沉和銅基鑲嵌結構界面金剛石塗層是兩種全新的熱沉，在微電子熱沉封裝領域具有廣闊套用前景。
