[发明专利]一种米级大单晶高指数面铜箔的制备方法

说明书

本发明提供一种米级大单晶高指数面铜箔的制备方法，所述方法为商业多晶铜箔作为原料，利用预先氧化保护然后退火的工艺制备出Cu(112)、Cu(113)、Cu(122)、Cu(123)、Cu(133)、Cu(223)、Cu(233)、Cu(355)以及其他高指数面等一系列米级大单晶高指数面铜箔。本发明提出的方法，解决了Cu(112)、Cu(113)、Cu(122)、Cu(123)、Cu(133)、Cu(223)、Cu(233)、Cu(355)以及其他高指数面单晶铜箔价格和制备成本高昂且市场上没有产品供应的问题，通过非常简单的方法，实现了高质量米级大单晶Cu(112)、Cu(113)、Cu(122)、Cu(123)、Cu(133)、Cu(223)、Cu(233)、Cu(355)以及其他高指数面铜箔的宏量制备。

技术领域

本发明涉及一种基于利用预先氧化保护，采用工业级铜箔，宏量制备一系列米级大单晶高指数面铜箔的方法。

背景技术

单晶铜箔由于具有无晶界的光滑表面和强各向异性，表现出许多不同寻常的电学、力学、吸附、催化性能。譬如，单晶Cu比多晶Cu电阻和交流阻抗低，很重要的原因在于多晶Cu晶界处会发生电子散射，这一优异的电学性质使得其在传统电力传输领域以及新一代的电子工业领域有非常广阔的市场前景；单晶超级合金因为避免了晶界滑移而具有更优异的抗蠕变性能；除此之外，单晶表面，尤其是大面积单晶铜箔表面也是CVD制备大面积高品质石墨烯、氮化硼、过渡金属硫族化合物等二维材料的重要基底材料。同时，具有高晶面指数的单晶铜箔衬底在二维材料单晶薄膜制备和有机分子单晶薄膜制备方面具有特别地诱导作用，有利于获得具有特殊结构和功能的二维材料单晶薄膜和有机分子单晶薄膜。

然而，当前商业化的单晶金属一般通过块体晶体生长或者在基底上沉积薄膜制备，成本昂贵，且面积较小、无法满足其在衬底、靶材市场、微电子工业领域以及传统电力传输领域的大规模应用要求。同时，也无法准确获得具有特殊用途的高晶面指数单晶铜箔。因此，寻找一种有效手段获得一系列米级大单晶高指数面铜箔，对于其在衬底、靶材市场、微电子工业领域以及传统电力传输领域的大规模应用具有重要意义。

发明内容

本发明首次提出一种米级大单晶高指数面铜箔的宏量制备方法，所述方法对工业级商业多晶铜箔预先进行氧化保护，再进行退火，利用高温驱动氧化保护高指数面成核位点长大获得米级大单晶高指数面铜箔；所述方法包括如下步骤：

(一)将多晶铜箔放置于耐高温衬底上或耐高温衬底夹层中，在含氧气氛中开始升温至80℃以上，保持时间1分钟以上，然后降温至室温，获得预先氧化保护的多晶铜箔；

(二)将所述预先氧化保护的多晶铜箔放置于耐高温衬底上或耐高温衬底夹层中，放入化学气相沉积设备中，通入惰性气体和H₂气体，然后开始升温；

(三)温度升至800～1100℃时，保持所通入气体流量成分不变，进行退火过程，退火持续时间＞10分钟；

(四)退火结束后，自然冷却至室温，即得到高指数面单晶铜箔。

优选的是，在上述方法中，所述米级大单晶高指数面铜箔包括但不限于Cu(112)、Cu(113)、Cu(122)、Cu(123)、Cu(133)、Cu(223)、Cu(233)或Cu(355)单晶铜箔。

优选的是，在上述方法中，所述高指数面是指除Cu(001)、Cu(011)、Cu(111)三种低指数面之外的其他指数面。

优选的是，在上述方法中，在步骤(一)中将多晶铜箔放入加热台、退火炉或化学气相沉积设备中进行升温。

优选的是，在上述方法中，所述步骤(一)中所述含氧气氛为空气气氛或纯氧气氛。

优选的是，在上述方法中，所述步骤(二)中所述的惰性气体为N₂或Ar。

优选的是，在上述方法中，所述方法包括如下步骤：