基于微流体反应器的新型高导电铜/碳纳米管复合纳米线合成与电学性能研究

随着集成电路集成度不断提高，铜互连线线宽逐渐减小面临电迁移和电阻率显著增大两大技术瓶颈，电阻率增大将增大互连线时延而降低电路性能，导致更严重的电迁移及焦耳热相关的稳定性问题。本项目拟结合碳纳米管的长电子平均自由程和与铜的高自由电子密度，采用化学镀铜在单根碳纳米管表面包覆连续铜层，引入先进的微流体反应器芯片技术，通过微流体反应器中反应液层流和离子扩散控制化学镀铜，提高铜层均匀度与表面光洁度，合成具有潜在高导电及强抗电迁移性能的铜/碳纳米管复合纳米线。项目进一步研究单根复合纳米线应用集成电路互连的电导与抗电迁移性能。项目最终成果铜/碳纳米管复合纳米线应用于未来集成电路互连，将有效提高集成电路速度，减小电路芯片面积和功率损耗，实现高性能、低功耗集成电路，具有重要的学术意义与应用价值，对国民经济的发展和国防建设具有重要意义。

随着集成电路集成度不断提高，铜互连线线宽逐渐减小面临电迁移和电阻率显著增大两大技术瓶颈，电阻率增大将增大互连线时延而降低电路性能，导致更严重的电迁移及焦耳热相关的稳定性问题。基于量子力学的金属导电自由电子气理论，本项目提出了结合高自由电子密度的金属（铜，银）与长电子平均自由程的碳纳米管，兼高自由电子密度（从金属）和长电子平均自由程（从碳纳米管），从而具有超高导电金属/碳纳米管复合纳米线理论。项目的主要研究内容如下：.（1）项目开创性地以银作为铜化学镀的活化中心，开发了银活化的化学镀铜工艺，制造了铜紧密均匀包覆单根碳纳米管的铜/碳纳米管复合纳米线（Cu/CNT hybrid nanowire），提出了银活化的碳纳米管化学镀铜的模型。为了进一步对比，基于AAO模版制造了纯铜纳米线，并分别对纳米线的结构、形貌、组成等进行分析表征。.（2）项目以钯为活化中心，制造了银层均匀连续包覆单根碳纳米管的一维银/碳纳米管复合材料，并对一维复合材料的形貌、结构、组成等进行表征，为对比研究，基于AAO模版制备了银纳米线，并分别对纳米线的形貌、结构及表征，为下一步深入研究银与碳纳米管复合的导电机理打下基础。..（3）针对化学镀金属（铜，银）工艺，设计并开发了有效控制化学镀工艺的微流控芯片。.（4）采用电子束刻这一微纳加工手段，分别制造了银/碳纳米管复合纳米线、铜/碳纳米管复合纳米线、铜纳米线、银纳米线电学测试回路，并分别测试分析纳米线的导电与抗电迁移性能，为进一步纳米电子应用打下基础。.项目最终成果金属/碳纳米管复合纳米线及电学性能研究报告为金属与碳纳米管复合的导电机理提供指导，为复合材料应用提供参考，具有重要的学术意义与应用价值。