铜的光化学沉积方法以及在器件内壁共形沉积铜图案的方法

本发明涉及功能材料与微纳器件领域，具体涉及一种铜的光化学沉积方法以及在器件内壁共形沉积铜图案的方法。

背景技术：

1、金属材料不仅韧性好、强度高且具有优异的导电性、导热性及耐腐蚀性。将金属图案化并沉积在其他种类材料的基底上可制成各种功能元件，广泛应用于电子芯片、能量转化、信息通讯、传感器、可穿戴设备等高端制造领域。

2、目前流行的金属沉积一般方法有物理气相沉积(pvd)、化学气相沉积(cvd)、电化学沉积(ecd)等。虽然这些方法均可将金属沉积到基底材料上，但却存在着工作条件苛刻、工艺操作复杂、高度依赖模板、适用基底材料范围有限等问题，无法满足现代制造业的需求。

3、近年来，无电沉积(eld)技术逐渐受到重视。eld基于液相化学反应将金属离子还原并沉积，一般包含如下关键步骤。首先，通过物理吸附或化学修饰等方法向基底表面添加具有催化活性的物质，进而添加金属盐溶液与还原剂引发原位金属还原反应。待一种金属沉积完全后如需沉积另一种金属，则继续重复上述操作。eld反应条件温和，在多种基底表面均可发生，有效改善了传统金属沉积方法的很多不足。然而，eld仍然存在若干技术局限。首先，eld中实现金属图案化必须先将基底进行图案化修饰，使得基底不同区域具有不同的催化活性，即金属沉积与图案化无法一步完成。其次，eld对基底的图案化修饰依旧依赖模板，工艺流程比较繁琐。最后，受限于模板自身的几何尺寸，复杂或狭小空间中的基底修饰难以完成，这制约了eld在一些重要器件，如包含狭长管路的光纤、微流控通道等产品中的应用。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术存在的物理气相沉积(pvd)、化学气相沉积(cvd)、电化学沉积(ecd)等金属沉积方法中工作条件苛刻的问题，无电沉积(eld)方法中金属沉积与图案化无法一步完成的缺陷问题，提供一种铜的光化学沉积方法以及在器件内壁共形沉积铜图案的方法，本发明利用光化学反应而非常规催化反应进行液相金属沉积，本发明的方法简单、可一步式沉积、适用于复杂基底和/或复杂器件的内壁。

2、为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种在基底表面光化学沉积铜的方法，其中，所述的方法包括：

3、(i-1)分别将铜盐、光还原剂、中性多齿配体与第一去离子水接触，配制铜盐母液、光还原剂母液和中性多齿配体母液；

4、(i-2)将所述铜盐母液、所述光还原剂母液、所述中性多齿配体母液和第二去离子水混合，配制前体溶液；

5、(i-3)将所述前体溶液滴加到基底表面上，采用紫外光光照进行光化学反应，在所述基底表面上沉积铜膜。

6、本发明第二方面提供了一种在器件内壁共形光化学沉积铜图案化的方法，其中，所述的方法包括：

7、(ii-1)分别将铜盐、光还原剂、中性多齿配体与第一去离子水接触，配制铜盐母液、光还原剂母液和中性多齿配体母液；

8、(ii-2)将所述铜盐母液、所述光还原剂母液、所述中性多齿配体母液和第二去离子水混合，配制前体溶液；

9、(ii-3)将所述前体溶液灌入器件的内部使其充满器件的内壁；

10、(ii-4)将图案化的光场聚焦到所述器件的内壁上，采用紫外光光照进行光化学反应，在所述器件的内壁上与所述器件的内壁共形沉积图案化铜膜。

11、本发明第三方面提供了一种前述所述的方法在传感器、可穿戴设备、芯片、包含狭长管路的微流控设备和光纤领域中的一种或多种中的应用。

12、通过上述技术方案，本方法的方法具有普适性，能够用于在不同基底表面和/或在器件内部沉积铜图案，具有实验条件温和、工艺流程简单、可一步式沉积、适用于复杂基底形状和/或在器件内部等优点，能够在传感器、可穿戴设备、芯片、微流控和包含狭长管路的光纤等领域进一步应用。

技术特征：

1.一种在基底表面光化学沉积铜的方法，其特征在于，所述的方法包括：

2.一种在器件内壁共形光化学沉积铜图案化的方法，其特征在于，所述的方法包括：

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述铜盐选自氯化铜、硫酸铜和硝酸铜中的一种或多种，优选为氯化铜；

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述铜盐母液的浓度为0.1-10mol/l；

5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在步骤(i-2)和/或步骤(ii-2)中，相对于1000μl的所述铜盐母液、所述光还原剂母液和所述中性多齿配体母液的总量，所述第二去离子水的用量为100-1000μl；

6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述光照的时间为1-15min，优选为2-10min。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的方法，其中，所述的方法还包括对基底和/或对器件的内壁进行化学修饰；

8.根据权利要求7所述的方法，其中，采用溶剂清洗为采用去离子水和无水异丙醇交替清洗；

9.根据权利要求7或8所述的方法，其中，采用溶剂清洗的时间为1-10min；

10.一种权利要求1-9中任意一项所述的方法在传感器、可穿戴设备、芯片、包含狭长管路的微流控设备和光纤领域中的一种或多种中的应用。

技术总结
本发明涉及功能材料与微纳器件领域，公开了一种铜的光化学沉积方法以及在器件内壁共形沉积铜图案的方法。所述的方法包括：(I‑1)分别将铜盐、光还原剂、中性多齿配体与第一去离子水接触，配制铜盐母液、光还原剂母液和中性多齿配体母液；(I‑2)将所述铜盐母液、所述光还原剂母液、所述中性多齿配体母液和第二去离子水混合，配制前体溶液；(I‑3)将所述前体溶液滴加到基底表面上，采用紫外光光照进行光化学反应，在所述基底表面上沉积铜膜。本发明利用光化学反应而非常规催化反应进行液相金属沉积，本发明的方法简单、可高效完成图案化沉积与共形沉积、适用于复杂形状基底和/或器件内壁。

技术研发人员：赵治,周羽洁,宋晓艳,王海滨
受保护的技术使用者：北京工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/8