[发明专利]单晶金属箔及其制造方法有效

专利信息
申请号: 201780043041.0 申请日: 2017-07-12
公开(公告)号: CN109477237B 公开(公告)日: 2021-11-05
发明(设计)人: 罗德尼·S·劳夫;陈成焕 申请(专利权)人: 基础科学研究院;蔚山科学技术院
主分类号: C30B1/02 分类号: C30B1/02;C30B25/14;C22F1/00
代理公司: 上海弼兴律师事务所 31283 代理人: 薛琦;金明花
地址: 韩国大*** 国省代码: 暂无信息
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摘要:
搜索关键词: 金属 及其 制造 方法
【说明书】:

本发明涉及包括对与基底隔开设置的多晶金属箔进行热处理来制造单晶金属箔的步骤的单晶金属箔的制造方法和由此制造的单晶金属箔,通过在使向多晶金属箔施加的应力最小化的条件下进行热处理,从而可提供大面积的单晶金属箔。

技术领域

本发明涉及单晶金属箔及其制造方法,更详细地,涉及在使向多晶金属箔施加的应力最小化的条件下进行热处理来制造大面积的单晶金属箔的方法和由此制造的单晶金属箔。

背景技术

单晶金属是指整个样品由没有晶界(grain boundary)的单晶形成的物质,众所周知,其与多晶金属相比,呈现出特殊性质。在单晶铜的情况下,根据相关报道,由于在晶界中没有电子散射,因此,与多晶铜及银相比,呈现出更高的导电率,在单晶超合金(superalloy)的情况下,根据相关报道,由于没有晶界滑移(slip)现象,因此,呈现出优秀的抗蠕变(creep)特性。并且,因均匀的表面结晶方向,可用于一氧化碳氧化(COoxidation)、氧还原(O2reduction)等多种化学反应的催化剂。尤其,最近将单晶金属用作包含石墨烯的二维纳米材料生长的催化剂受到众多研究人员的瞩目。

另一方面,石墨烯为具有优秀的电荷迁移率、光学透明度、机械强度及柔韧性、耐环境性等特性的二维纳米物质,其为可用于多功能性纳米复合材料、透明电极材料、下一代半导体材料等多种领域的材料。

作为用于大面积制备上述石墨烯的方法,使用化学气相沉积法(chemical vapordeposition,CVD)。通过化学气相沉积法制备石墨烯的方法为在高温条件下利用过渡金属催化剂层来从含碳前体合成石墨烯的方法。

当通过化学气相沉积法制备石墨烯时,众所周知,石墨烯可呈现出过渡金属层的原子结构和磊晶(epitaxy)成长。主要使用商业可容易购买的多晶(poly-crystalline)过渡金属层,但在大部分情况下,获得多晶石墨烯。与单晶石墨烯相比,多晶石墨烯在晶界发生电荷(carrier)及声子(phonon)的散射、应力集中现象,从而呈现出相对更低的物性。

因此,为了合成大面积的单晶石墨烯而需要开发可形成大面积的单晶金属层的方法。

为了制备单晶金属,已经报道了通过热蒸发法(thermal evaporation)、电子束蒸发法(electron beam evaporation)、溅射沉积法等在单晶蓝宝石基板外延生长金属,基于此合成石墨烯的技术,但由于该技术需要使用高价的单晶基板,因此存在面积受到限制,并且具有经济性下降的缺点(韩国公开专利公报第10-2013-0020351号)。

代替在昂贵的单晶基板上形成金属层的方法,报道了将商业可容易购买的多晶金属薄膜通过调节氢或氢氩混合气体的注入量、注入速度、温度、压力及热处理时间等来变换为单晶金属薄膜的方法(韩国公开专利公报第10-2014-0137301号)。

但是,在韩国公开专利公报第10-2014-0137301号的情况下,若多晶铜薄膜的厚度大于18μm,则即使在最佳的条件下执行热处理,在铜薄膜仍残留晶粒(grain)和晶界(grainboundary),因而无法制造正常的单晶铜薄膜,从而存在可使用的多晶铜薄膜的厚度被限制在5μm至18μm的非常窄的范围内的问题。

并且,在没有基板的情况下执行热处理时,随着在腔室直接放入多晶铜薄膜,并以腔室底部面与多晶铜薄膜相接触的状态执行热处理,以铜薄膜的接触部分为中心,发生晶粒生长钉扎(grain growth pinning)现象,或者通过基于高温热处理的金属薄膜的热变形而发生应力,而无法有效实现单晶化,由此存在形成多晶的铜薄膜的问题。

由此,本发明人员为了通过使腔室与多晶金属箔之间的接触最小化来防止晶粒生长钉扎现象,并通过抑制基于热变形的应力发生来制造大面积的单晶金属箔而进行了持续研究,最终完成了本发明。

发明内容

技术问题

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