化合物半导体柔性碳基膜及其制备方法技术

一种化合物半导体柔性碳基膜及其制备方法，包括以下步骤：S1、将含有苯基的酐与二胺杂化得到热塑性聚酰亚胺树脂前驱体；S2、使用所述热塑性聚酰亚胺树脂前驱体制备聚酰亚胺薄膜；S3、对聚酰亚胺薄膜碳化黑铅化，并对聚酰亚胺薄膜掺杂纳米金属，进行离子注入和离子交换，其中，使膜中的纳米单斜晶体相变为四方晶体，并由单晶变为超晶格；S4、对步骤S3得到的材料进行高温退火处理，生成超柔韧的超薄化合物半导体膜。本发明专利技术提供了高性能、超柔韧、超薄层微结构的化合物半导体材料。

Compound semiconductor flexible carbon based film and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
化合物半导体柔性碳基膜及其制备方法
本专利技术涉及化合物半导体材料领域，特别是涉及一种化合物半导体柔性碳基膜及其制备方法。
技术介绍
随着新技术发展，上个世纪对人类有极大贡献的一个是1942年的核反应堆，解决了当今社会能源问题，第二应该是美国贝尔实验室专利技术的晶体管，给人类带来了繁荣昌盛的电子时代，第三也就是60年代美国物理学家查尔斯·哈德汤斯专利技术了高度相干微波速，查尔斯·哈德汤斯和AL肖洛把微量子放大器原理推广应用到光频。TH西奥多梅曼开发了第一台红宝石激光器，RN霍尔又开发了砷化镓半导体激光器，随后南非科学家又开发出数字激光器等，是上述科学家们给人类社会带来现在的信息社会，当今信息社会时代支撑软件、程序物联网通信等基石应该就是集成电路(IC芯片)，另外异质结集成电路，异质结由PN结构成同一种半导体材料，宽的带隙，P型和N型半导体材料之间插入一层窄带隙材料。带隙差形成势垒，将电子和空穴限制有源区复合发光，折射率光场有效限制在有源区里。在上世纪硅时代集成电路有一个摩尔定律，就是集成电路IC芯片数量是每18个月翻一番，产出使其达到极值，也就是2016年摩尔定律正式宣告终结，终结前夕，美国英特尔首先开发14纳米芯片里装有13亿个晶体管，所以当摩尔定律终止后，必然的趋势就是找新材料接替硅材料，目前最热门的就是化合物半导体材料。化合物半导体集成电路具有超高低速、低功耗、多功能、抗辐射、更高工作频率、工作速度，在集成电路制程中有优越的材料特性，具有高电子迁移率和电子漂移速度，电阻率极高，在衬底电路工艺中便于实现自隔离，工艺简化，禁带宽度大，可以在高温区领域工作，非常适合于微波电路和毫米波集成电路。化合物半导体应用领域具有学科交叉性，广泛应用于军事领域、智能化武器、航天航空、雷达、通讯、智能手机、光纤通信、半导体照明、智能电网、电力电子、微波射频、光电电子、高速轨道交通、新能源汽车、无人驾驶飞机、大型工作站、直播通信卫星，都拥有广阔的应用前景，是支撑信息能源交通，国防等产业发展的重点新材料。以上
技术介绍
内容的公开仅用于辅助理解本专利技术的专利技术构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述
技术介绍
不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于，提供一种化合物半导体柔性碳基膜及其制备方法，以获得高性能的化合物半导体膜。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种化合物半导体柔性碳基膜的制备方法，包括以下步骤：S1、将含有苯基的酐与二胺杂化得到热塑性聚酰亚胺树脂前驱体；S2、使用所述热塑性聚酰亚胺树脂前驱体制备聚酰亚胺薄膜；S3、对聚酰亚胺薄膜碳化黑铅化，并对聚酰亚胺薄膜掺杂纳米金属，进行离子注入和离子交换，其中，使膜中的纳米单斜晶体相变为四方晶体，并由单晶变为超晶格；S4、对步骤S3得到的材料进行高温退火处理，生成超柔韧的超薄化合物半导体膜。进一步地：步骤S1包括：将2,2-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷(BAPP)体积份30～60份、4,4’-二氨基二苯基醚(4,4’-ODA)体积份30～60份和二氨基二蒽醚体积份7～14份溶解于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，再添加3,3’,4,4’-二苯甲酮四酸二酐(BTDA)体积份30～60份，然后添加均苯四甲酸二酸二酐(PMDA)体积份20～40份，反应一段时间后再补充加入3,3’,4,4’-二苯甲酮四酸二酐(BTDA)和/或均苯四甲酸二酸二酐(PMDA)，得到具有热塑性、耐热性与自由度的聚酰亚胺树脂前驱体。步骤S1中，使3,3’,4,4’-二苯甲酮四酸二酐(BTDA)和均苯四甲酸二酸二酐(PMDA)的总摩尔数大致等于2,2-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷(BAPP)、4,4’-二氨基二苯基醚(4,4’-ODA)和二氨基二蒽醚的总摩尔数。步骤S2中，使用二氨基二蒽醚与所述热塑性聚酰亚胺树脂前驱体进行凝胶合成，并采用井喷式喷涂法均匀成膜，得到异形体杂化聚酰亚胺薄膜。步骤S2中，在-100℃以上进行凝胶合成，优选地，二氨基二蒽醚经过杂化分子量超过100万以上。步骤S3中，在黑铅化过程中脱氢、脱氮时，在50Kpa气压下，纳米金属随保护气体掺入。所述纳米金属选自Al，Ga，In，Ge，优选自Ga、In、Ge，粒径1000nm以下，优选400nm以下。步骤S3中，采用连续式碳化、黑铅化炉，工艺过程中使聚酰亚胺薄膜经过预热区域、升温及恒温加热区域、降温区域，使离子注入和离子交换时间达到设定要求。步骤S4中，采用不低于3200℃温度进行退火工艺，使基膜材料膨胀，脱氧置换，转化晶体相变，达到超晶格高定向要求。一种化合物半导体柔性碳基膜，是使用所述的柔性碳基膜的制备方法制备得到的柔性碳基膜。本专利技术具有如下有益效果：本专利技术提出的化合物半导体柔性碳基膜制备方法，将含有苯基的酐与二胺杂化得到热塑性聚酰亚胺树脂前驱体，由前驱体制备聚酰亚胺薄膜，优选地采用化学法喷涂，使用双重倾斜的异形体杂化聚酰亚胺，具有高耐热性与自由度，制备得到高密度厚膜；对所得聚酰亚胺薄膜采用碳化、黑铅化高温处理，并通过掺杂纳米金属材料，进行离子注入和离子交换，将纳米单斜晶体相变为四方晶体；进一步使用高温退火工艺，基膜材料膨胀，脱氧置换，金属纳米元素液晶性相变，还减少了缺陷晶界，确保了层状平面方向对齐垂直方向，具有更高的定向性，能使超晶格达到87％以上取向，从而优化基材范德华力(vanderwaalsforce)；最终能够得到禁带宽度为2.3EV，载流子浓度为1.6×1020cm-3，电阻率为2.310E-04(Ω·m/cm)，具备高温、高压、高频性能、大宽幅920～1200mm、超柔韧、超薄层微结构的化合物半导体材料C-C-X。本专利技术得到的化合物半导体C-C-X柔性碳基膜无褶皱，具有超弹性，经过试验测试，在延伸率10％极限下可折叠超过8000次，180℃下弯曲超过10万次循环，流子浓度达1.6×1020cm-3，30μm厚热导率K值达1488W/m-1k-1。附图说明图1为本专利技术一种实施例中的碳化工艺流程图。图2为本专利技术一种实施例中的碳化炉侧剖面结构示意图。图3为本专利技术一种实施例中的碳化炉横剖面结构示意图。具体实施方式以下对本专利技术的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本专利技术的范围及其应用。在一种实施例中，一种化合物半导体柔性碳基膜的制备方法，包括以下步骤：S1、将含有苯基的酐与二胺杂化得到热塑性聚酰亚胺树脂前驱体；S2、使用所述热塑性聚酰亚胺树脂前驱体制备聚酰亚胺薄膜；S3、对聚酰亚胺薄膜碳化黑铅化，并对聚酰亚胺薄膜掺杂纳米金属，进行离子注入和离子交换，其中，使膜中的纳米单斜晶体相变为四方晶体，并由单晶变为超晶格；S4、对步骤S3得本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种化合物半导体柔性碳基膜的制备方法，其特征在于,包括以下步骤：/nS1、将含有苯基的酐与二胺杂化得到热塑性聚酰亚胺树脂前驱体；/nS2、使用所述热塑性聚酰亚胺树脂前驱体制备聚酰亚胺薄膜；/nS3、对聚酰亚胺薄膜碳化黑铅化处理，并对聚酰亚胺薄膜掺杂纳米金属，进行离子注入和离子交换，其中，使膜中的纳米单斜晶体相变为四方晶体，并由单晶变为超晶格；/nS4、对步骤S3得到的材料进行高温退火处理，生成超柔韧的超薄化合物半导体膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种化合物半导体柔性碳基膜的制备方法，其特征在于,包括以下步骤：
S1、将含有苯基的酐与二胺杂化得到热塑性聚酰亚胺树脂前驱体；
S2、使用所述热塑性聚酰亚胺树脂前驱体制备聚酰亚胺薄膜；
S3、对聚酰亚胺薄膜碳化黑铅化处理，并对聚酰亚胺薄膜掺杂纳米金属，进行离子注入和离子交换，其中，使膜中的纳米单斜晶体相变为四方晶体，并由单晶变为超晶格；
S4、对步骤S3得到的材料进行高温退火处理，生成超柔韧的超薄化合物半导体膜。


2.如权利要求1所述的柔性碳基膜的制备方法，其特征在于,步骤S1包括：
将2,2-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷(BAPP)体积份30～60份、4,4’-二氨基二苯基醚(4,4’-ODA)体积份30～60份和二氨基二蒽醚体积份7～14份溶解于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，再添加3,3’,4,4’-二苯甲酮四酸二酐(BTDA)体积份30～60份，然后添加均苯四甲酸二酸二酐(PMDA)体积份20～40份，反应一段时间后再补充加入3,3’,4,4’-二苯甲酮四酸二酐(BTDA)和/或均苯四甲酸二酸二酐(PMDA)，得到具有热塑性、耐热性与自由度的聚酰亚胺树脂前驱体。


3.如权利要求2所述的柔性碳基膜的制备方法，其特征在于,步骤S1中，使3,3’,4,4’-二苯甲酮四酸二酐(BTDA)和均苯四甲酸二酸二酐(PMDA)的总摩尔数大致等于2,2-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷(BAPP)、4,4’-二氨基二苯基醚(4,4’-ODA)和...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘萍，
申请(专利权)人：深圳丹邦科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44