一种碳氧化硅柔性纳米薄膜的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种碳氧化硅薄膜的制备方法。通常方法制备的碳氧化硅呈颗粒状。本发明制备的碳氧化硅生长在金属基底表面，碳氧化硅与基底之间可以分离，分离后碳氧化硅薄膜可以转移至其它基底表面，该方法将增加碳氧化硅薄膜的应用范围。该方法制备的碳氧化硅薄膜具有机械强度好、柔韧性好、连续透明和可转移性等优点。
【专利说明】
一种碳氧化硅柔性纳米薄膜的制备方法
技术领域
[0001 ]本发明属于材料技术领域，具体涉及一种碳氧化硅薄膜的制备方法。
【背景技术】
[0002]碳氧化娃(S1C)薄膜是一种无机非金属材料。碳氧化娃介电常数低，可用作半导体器件的绝缘材料，与石墨烯复合还可以用作电池的电极。碳氧化硅的制备方法主要是高温热裂解法，这种方法制备的碳氧化硅通常呈颗粒状。张墩明等人在他们的专利中(一种碳氧化硅的制备方法，申请号CN200510038120.1)介绍了聚硅氧烷热裂解制备碳氧化硅，在铜网表面的碳膜表面制备了碳氧化硅纳米颗粒，在硅基底表面碳氧化硅颗粒相互粘连形成致密的碳氧化硅颗粒薄膜。另外，M.J.罗伯达等人在他们的专利中(生产氢化碳氧化硅膜的方法，申请号CN200480005345.0)介绍了环状硅烷化合物与含氧气体源之间的化学反应制备碳氧化硅膜的方法。上述热裂解法制备的碳氧化硅呈现为颗粒状或颗粒状薄膜。本发明制备的碳氧化硅薄膜生长在金属基底表面，碳氧化硅与金属基底之间可以分离，分离后碳氧化硅薄膜可以转移至其它基底表面，该方法将增加碳氧化硅薄膜的应用范围。本发面制备的碳氧化硅薄膜具有柔性的性质，同时薄膜为连续透明薄膜，薄膜厚度在5?100纳米。
【发明内容】
[0003]本发明针对现有技术的不足，提出了一种碳氧化硅薄膜的制备方法，实现碳氧化娃薄膜无损、无污染、低成本转移。
[0004]本发明方法采用化学气相沉积法(CVD法)以过渡金属铜催化剂为基底，高温生长，制备成5?100纳米厚度的碳氧化硅薄膜，然后转移到硅等其它衬底层表面。
[0005]本发明方法的具体步骤是:
[0006]步骤(I).将金属片用浓度为0.5?1.5mol/L浸洗5?10秒，去离子水清洗后用氮气吹干，放入电炉的石英管中；
[0007]步骤(2).石英管中持续通入氢气，将电炉温度升至900?1000°C后保温5?30分钟；
[0008]步骤(3).持续保持通入氢气同时向石英管内通入正硅酸乙酯；正硅酸乙酯通过冒泡法通入:将流有氢气的氢气气体管道插入装有正硅酸乙酯液体的容器中，氢气从正硅酸乙酯液面下冒出氢气气泡，氢气气泡在上升至液面过程中部分正硅酸乙酯分子进入氢气气泡中，形成正硅酸乙酯气体分子在氢气中的饱和蒸汽，正硅酸乙酯饱和蒸汽随着氢气气流流入石英管中；20?30分钟后关闭通入正硅酸乙酯和氢气的混合气；在通入氢气的时间段内氢气的流量比为5?10sccm;
[0009]步骤(4).敞开开启式电炉炉门，将石英管冷却到常温，冷却速率为20?30°C/min，然后关闭通入氢气，取出金属片；
[0010]步骤(5).将步骤(4)获得的金属片采用旋涂法在金属片表面均匀涂覆聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)层，聚甲基丙烯酸甲酯层厚度为30?100纳米;烘箱中80?180°C保温30?60秒，聚甲基丙烯酸甲酯层固化；
[0011]步骤(6).将涂有聚甲基丙烯酸甲酯层的金属片放入三氯化铁溶液中，金属片被三氯化铁腐蚀去除，20?30分钟后获得层状结构的碳氧化硅薄膜，其中底层为厚度5?100纳米碳氧化硅层、顶层为甲基丙烯酸甲酯层；
[0012]步骤(7).将层状结构的碳氧化硅薄膜从三氯化铁溶液中捞出，用去离子水清洗，然后转移至衬底表面，用氮气吹干;获得层状结构的碳氧化硅薄膜，其中底层为衬底层，中间层为碳氧化硅层、顶层为甲基丙烯酸甲酯层；
[0013]步骤(8).将步骤(7)获得的层状结构的碳氧化硅薄膜进入丙酮溶液中，溶解去除甲基丙烯酸甲酯层，30?60分钟后获得层状结构的碳氧化硅薄膜，其中底层为衬底层，顶层为碳氧化硅层。
[0014]所述的金属片的金属为铜或镍。
[0015]所述的衬底为硅、氧化铝。
[0016]本发明方法通过化学气相沉积法将金属表面生长的碳氧化硅具有可转移至其它衬底表面的性能。该方法制备的碳氧化硅薄膜具有机械强度好、柔韧性好和可转移性等优点。
【具体实施方式】
[0017]实施例1:
[0018]步骤(I).将铜片用浓度为0.5mol/L浸洗5秒，去离子水清洗后用氮气吹干，放入电炉的石英管中；
[0019]步骤(2).石英管中持续通入氢气，将电炉温度升至900°C后保温5分钟；
[0020]步骤(3).持续保持通入氢气同时向石英管内通入正硅酸乙酯；正硅酸乙酯通过冒泡法通入:将流有氢气的氢气气体管道插入装有正硅酸乙酯液体的容器中，氢气从正硅酸乙酯液面下冒出氢气气泡，氢气气泡在上升至液面过程中部分正硅酸乙酯分子进入氢气气泡中，形成正硅酸乙酯气体分子在氢气中的饱和蒸汽，正硅酸乙酯饱和蒸汽随着氢气气流流入石英管中；20分钟后关闭通入正硅酸乙酯和氢气的混合气；在通入氢气的时间段内氢气的流量比为5sccm;
[0021]步骤(4).敞开开启式电炉炉门，将石英管冷却到常温，冷却速率为20°C/min，然后关闭通入氢气，取出铜片；
[0022]步骤(5).将步骤(4)获得的铜片采用旋涂法在铜片表面均匀涂覆聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)层，聚甲基丙烯酸甲酯层厚度为30纳米;烘箱中80°C保温30秒，聚甲基丙烯酸甲酯层固化；
[0023]步骤(6).将涂有聚甲基丙烯酸甲酯层的铜片放入三氯化铁溶液中，铜片被三氯化铁腐蚀去除，20分钟后获得层状结构的碳氧化硅薄膜，其中底层为厚度100纳米碳氧化硅层、顶层为甲基丙烯酸甲酯层；
[0024]步骤(7).将层状结构的碳氧化硅薄膜从三氯化铁溶液中捞出，用去离子水清洗，然后转移至硅衬底表面，用氮气吹干;获得层状结构的碳氧化硅薄膜，其中底层为硅衬底层，中间层为碳氧化硅层、顶层为甲基丙烯酸甲酯层；
[0025]步骤(8).将步骤(7)获得的层状结构的碳氧化硅薄膜进入丙酮溶液中，溶解去除甲基丙烯酸甲酯层，30分钟后获得层状结构的碳氧化硅薄膜，其中底层为硅衬底层，顶层为碳氧化硅层。
[0026]实施例2:
[0027]步骤(I).将铜片用浓度为I mo I /L浸洗8秒，去离子水清洗后用氮气吹干，放入电炉的石英管中；
[0028]步骤(2).石英管中持续通入氢气，将电炉温度升至950°C后保温20分钟；
[0029]步骤(3).持续保持通入氢气同时向石英管内通入正硅酸乙酯；正硅酸乙酯通过冒泡法通入:将流有氢气的氢气气体管道插入装有正硅酸乙酯液体的容器中，氢气从正硅酸乙酯液面下冒出氢气气泡，氢气气泡在上升至液面过程中部分正硅酸乙酯分子进入氢气气泡中，形成正硅酸乙酯气体分子在氢气中的饱和蒸汽，正硅酸乙酯饱和蒸汽随着氢气气流流入石英管中；25分钟后关闭通入正硅酸乙酯和氢气的混合气；在通入氢气的时间段内氢气的流量比为50sccm;
[0030]步骤(4).敞开开启式电炉炉门，将石英管冷却到常温，冷却速率为25°C/min，然后关闭通入氢气，取出铜片；
[0031]步骤(5).将步骤(4)获得的铜片采用旋涂法在铜片表面均匀涂覆聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)层，聚甲基丙烯酸甲酯层厚度为50纳米;烘箱中100°C保温40秒，聚甲基丙烯酸甲酯层固化；
[0032]步骤(6).将涂有聚甲基丙烯酸甲酯层的铜片放入三氯化铁溶液中，铜片被三氯化铁腐蚀去除，25分钟后获得层状结构的碳氧化硅薄膜，其中底层为厚度50纳米碳氧化硅层、顶层为甲基丙烯酸甲酯层；
[0033]步骤(7).将层状结构的碳氧化硅薄膜从三氯化铁溶液中捞出，用去离子水清洗，然后转移至硅衬底表面，用氮气吹干;获得层状结构的碳氧化硅薄膜，其中底层为硅衬底层，中间层为碳氧化硅层、顶层为甲基丙烯酸甲酯层；
[0034]步骤(8).将步骤(7)获得的层状结构的碳氧化硅薄膜进入丙酮溶液中，溶解去除甲基丙烯酸甲酯层，40分钟后获得层状结构的碳氧化硅薄膜，其中底层为硅衬底层，顶层为碳氧化硅层。
[0035]实施例3:
[0036]步骤(I).将镍片用浓度为1.5mol/L浸洗10秒，去离子水清洗后用氮气吹干，放入电炉的石英管中；
[0037]步骤(2).石英管中持续通入氢气，将电炉温度升至1000°C后保温30分钟；
[0038]步骤(3).持续保持通入氢气同时向石英管内通入正硅酸乙酯；正硅酸乙酯通过冒泡法通入:将流有氢气的氢气气体管道插入装有正硅酸乙酯液体的容器中，氢气从正硅酸乙酯液面下冒出氢气气泡，氢气气泡在上升至液面过程中部分正硅酸乙酯分子进入氢气气泡中，形成正硅酸乙酯气体分子在氢气中的饱和蒸汽，正硅酸乙酯饱和蒸汽随着氢气气流流入石英管中；30分钟后关闭通入正硅酸乙酯和氢气的混合气；在通入氢气的时间段内氢气的流量比为10sccm;
[0039]步骤(4).敞开开启式电炉炉门，将石英管冷却到常温，冷却速率为30°C/min，然后关闭通入氢气，取出镍片；
[0040]步骤(5).将步骤(4)获得的镍片采用旋涂法在镍片表面均匀涂覆聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)层，聚甲基丙烯酸甲酯层厚度为100纳米;烘箱中180°C保温60秒，聚甲基丙烯酸甲酯层固化；
[0041]步骤(6).将涂有聚甲基丙烯酸甲酯层的镍片放入三氯化铁溶液中，镍片被三氯化铁腐蚀去除，30分钟后获得层状结构的碳氧化硅薄膜，其中底层为厚度5纳米碳氧化硅层、顶层为甲基丙烯酸甲酯层；
[0042]步骤(7).将层状结构的碳氧化硅薄膜从三氯化铁溶液中捞出，用去离子水清洗，然后转移至氧化铝衬底表面，用氮气吹干;获得层状结构的碳氧化硅薄膜，其中底层为氧化铝衬底层，中间层为碳氧化硅层、顶层为甲基丙烯酸甲酯层；
[0043]步骤(8).将步骤(7)获得的层状结构的碳氧化硅薄膜进入丙酮溶液中，溶解去除甲基丙烯酸甲酯层，60分钟后获得层状结构的碳氧化硅薄膜，其中底层为氧化铝衬底层，顶层为碳氧化硅层。
【主权项】
1.一种碳氧化娃薄膜的制备方法，其特征在于，该方法的具体步骤是: 步骤(I).将金属片用浓度为0.5?1.5mo I/L浸洗5?1秒，去离子水清洗后用氮气吹干，放入电炉的石英管中； 步骤(2).石英管中持续通入氢气，将电炉温度升至900?1000°C后保温5?30分钟； 步骤(3).持续保持通入氢气同时向石英管内通入正硅酸乙酯；20?30分钟后关闭通入正硅酸乙酯和氢气的混合气;在通入氢气的时间段内氢气的流量比为5?lOOsccm; 步骤(4).敞开开启式电炉炉门，将石英管冷却到常温，冷却速率为20?30 °C/min，然后关闭通入氢气，取出金属片； 步骤(5).将步骤(4)获得的金属片采用旋涂法在金属片表面均匀涂覆聚甲基丙烯酸甲酯层，聚甲基丙烯酸甲酯层厚度为30?100纳米;烘箱中80?180 °C保温30?60秒，聚甲基丙烯酸甲酯层固化； 步骤(6).将涂有聚甲基丙烯酸甲酯层的金属片放入三氯化铁溶液中，金属片被三氯化铁腐蚀去除，20?30分钟后获得层状结构的碳氧化硅薄膜，其中底层为厚度5?100纳米碳氧化硅层、顶层为甲基丙烯酸甲酯层； 步骤(7).将层状结构的碳氧化硅薄膜从三氯化铁溶液中捞出，用去离子水清洗，然后转移至衬底表面，用氮气吹干;获得层状结构的碳氧化硅薄膜，其中底层为衬底层，中间层为碳氧化硅层、顶层为甲基丙烯酸甲酯层； 步骤(8).将步骤(7)获得的层状结构的碳氧化硅薄膜进入丙酮溶液中，溶解去除甲基丙烯酸甲酯层，30?60分钟后获得层状结构的碳氧化硅薄膜，其中底层为衬底层，顶层为碳氧化硅层。2.如权利要求1所述的一种碳氧化娃薄膜的制备方法，其特征在于:所述的金属片的金属为铜或镍。3.如权利要求1所述的一种碳氧化硅薄膜的制备方法，其特征在于:所述的衬底为硅或氧化铝。4.如权利要求1所述的一种碳氧化硅薄膜的制备方法，其特征在于:正硅酸乙酯通过冒泡法通入，具体为:将流有氢气的氢气气体管道插入装有正硅酸乙酯液体的容器中，氢气从正硅酸乙酯液面下冒出氢气气泡，氢气气泡在上升至液面过程中部分正硅酸乙酯分子进入氢气气泡中，形成正硅酸乙酯气体分子在氢气中的饱和蒸汽，正硅酸乙酯饱和蒸汽随着氢气气流流入石英管中。
【文档编号】C23C16/56GK105887043SQ201610285862
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年4月29日
【发明人】赵士超, 金圣忠, 张琪, 吕燕飞
【申请人】杭州电子科技大学