铜箔在石墨烯表面沉积的多弧离子电镀工艺研究

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1、铜箔在石墨烯表面沉积的多弧离子电镀工艺研究ValentinRussier南京航空航天大学摘要：一项新的铜箔在石墨烯薄膜上的沉积工艺已经被研究出來。和以往通过CVI)法在铜箔上生长石墨烯的研究相比较，该研究应用了一种无接触式电子加工工艺的多弧离子电镀法。在实骑中，石墨烯表面成功地形成了一层薄的铜膜，表明这种铜箔沉积工艺的实用性。此外，通过滚压可显箸加快工艺过程，实现大量牛产。关键词：石墨烯薄膜;铜箔;多弧离子电镀法;工艺;作者简介：ValentinRussicr(1992-),男，法国人，硕士研究生，研究方向为机械制造。收稿日期:2016-03-02DepositionP

2、rocessInvestigationofCopperGrowingonGraphenebyMulti-arcIonPlatingProcessValentinRussierNanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics;Abstract：Anewprocessofdepositingcopperongraphene"swaferistestedinthisresearch.ComparingtopreviousresearchesongrowinggrapheneincopperfoilusingtheCVD,anewnon

3、-contactelectricalmanufacturingprocesscalledmulti-arcionplatingisadoptedintheresearch.Athinlayerofcopperissuccessful1ydepositedonthegraphene.Theresultsshowthecfficicncyoftheprocessofdepositingcopper.Furthcrmorc，iftherollisused,itwouldsignificantlyfastentheprocesssoastomakeitmassproducibl

4、e.Keyword：graphenewafer;copperfo订；multi-arcionplatingprocess;processing;Received：2016-03-020引言石墨烯由于其特殊的性能已广范被应用在诸如热管理等先进技术上Ill,最近的研究显示使用CVD法、电化学或机械工艺将石墨烯沉积在材料表面，可以改善结构的导热、导电和光学性能。石墨烯可沉积在碱金属、过渡金属、稀土金属和其他金属（铅，铜，硅等）的表面［2-3］,如UQ,—直也是研究的热点111。它能够显著提高材料的导热性能。目前，铜箔是CVD法中最常用的基底材料［5-13］。在铜的表面沉积一层

5、石墨烯薄膜，由于铜箔结构形态的改变，使得其导热系数提高了24%。由于多孔铜牛长在石墨烯表面，导致导热系数高于普通的多孔铜。这项研究表明了石墨烯基铜箔的效能，可用来提高复合材料的热导率。多弧离子电镀工艺研究了Ti/Cu/N、Cr/Ti/N等复合材料的生长工艺［14］。通过脉冲电弧离子电镀将材料表面形成一层石墨烯薄膜，可以改变材料的结构和力学性能，是一种有效的工艺方法。该电镀技术具有高比率的电离，沉积薄膜紧实并且稳定等优点［15-16］°该实验研究了将铜牛长在石墨烯薄膜上一种新的工艺。这种工艺与之前完全不同，因为此工艺是电子非接触工艺，和大多数CVD法研究相比较，电弧离子电

6、镀设备使用了阳极与阴极，并在它们Z间形成电弧。在真空环境中，铜原子被高能粒子从固体铜中击出，轰击铜原子的运动能远远高于传统的热量。该工艺通常用于薄膜的沉积。1实验实验设备为TGP-650多弧等离子镀膜机，如图1、图2所示。真空室的大小为①650mmXH500mm,最大的低气压约为8X10Pao40min实验过程中的气压约为2.5X10Pao真空室内的温度可达500°C。该设备提供6个离子弧。设备主要由3部分组成:左边的循环水冷却机，中间的冷却室和右边的控制系统。图2多弧等离子镀膜机的控制系统下载原图2实验过程实验开始前，先用丙酮对样品表面进行清洗，然后将样品放置在多弧离

7、子镀的腔室内，阴极和阳极保持一小段距离，维持电镀过程，如图3所示。图3电镀过程下载原图实验总体分为3个步骤：1）抽真空约40min,提供一个无氧、压力为2.5X10Pa的真空环境，以防止腐蚀、爆炸和损伤试验件。抽完真空后，充入氮气，保持压力为25Pa,以改善电镀工艺。2）加热和电镀几小时。3）使样品在真空环境中冷却3h左右，防止高温氧化。通过调节不同的实验参数，共做了3次实验，实验参数见表1。表1实验参数下载原表2.1实验说明腔室预先真空处理，然后充满氮气保持压力为25Pa,阴极和阳极由铜板制成，加载电流1.5Ao阳极由石墨烯包裹着铜板，