CN107683520B - 基于硅的熔融组合物和使用其的SiC单晶的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于硅的熔融组合物以用于通过溶液法形成SiC单晶，所述组合物包含硅、碳和由以下式(1)定义的溶解度参数(Csi sol)小于‑0.37的金属：
Figure DDA0001486778090000011
式(1)，其中在上述式(1)中，A为在包含金属和碳的硅晶格中包含硅原子、碳原子和金属原子的第一评估晶格的第一能量(A)，B为在包含金属的硅晶格中包含硅原子和金属原子的第二评估晶格的第二能量(B)，μ1为作为通过将金刚石晶体结构中硅的总能量除以单元晶格中存在的硅原子数获得的化学势的常数‑5.422，μ2为作为通过将金刚石晶体结构中碳的总能量除以单元晶格中存在的碳原子数获得的化学势的常数‑9.097。

Description

基于硅的熔融组合物和使用其的SiC单晶的制造方法
技术领域
相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年10月26日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2015-0148848号的权益，其公开内容通过引用整体并入本文。
本发明涉及基于硅的熔融组合物，和使用其的SiC单晶的制造方法。
背景技术
已研究了SiC单晶作为用于功率半导体器件的基底。与传统硅相比，SiC单晶具有优异的带隙和介电击穿强度。使用这样的SiC基底的半导体可以在高功率下使用并且可以使由于能量转换的损耗最小化。
另外，由于包括SiC基底的器件在高温下工作，故可以防止由于放热的器件故障，并且预期使冷却器件简化，因此，包括SiC基底的器件可以用作下一代功率半导体器件以替代硅。
作为用于SiC单晶的生长方法，已知的有升华法、CVD法、Acheson法、溶液法等。其中，溶液法是一种在坩埚中溶解硅或含硅合金，然后使SiC单晶从包含硅和碳的熔融溶液中析出并生长在籽晶上的方法。
发明内容
技术问题
本发明致力于提供基于硅的熔融组合物，和使用其的SiC单晶的制造方法，并且具体地，提供以下基于硅的熔融组合物和使用其的SiC单晶的制造方法，所述基于硅的熔融组合物包含具有预定水平的溶解度参数(Csi sol)值的金属，因而具有改善的碳溶解度。
技术方案
本发明的一个示例性实施方案提供了一种基于硅的熔融组合物，其包含硅、碳和由以下式(1)定义的溶解度参数(Csi sol)小于-0.37的金属，其中通过溶液法形成SiC单晶：
Csi sol＝A-B+μ1-μ2 式(1)
在上述式(1)中，A为在包含金属原子和碳原子的硅晶格中包含硅原子、碳原子和金属原子的第一评估晶格的第一能量(A)，B为在包含金属原子的硅晶格中包含硅原子和金属原子的第二评估晶格的第二能量(B)，μ1为作为通过将金刚石晶体结构中硅的总能量除以单元晶格中存在的硅原子数获得的化学势的常数-5.422，并且μ2为作为将通过金刚石晶体结构中碳的总能量除以单元晶格中存在的碳原子数获得的化学势的常数-9.097。
金属的关于由上述式(1)定义的溶解度参数(Csi sol)的值可为-0.90＜Csi sol＜-0.38。金属可包括两种或更多种金属。
金属可包括选自由铝(Al)、钛(Ti)、锆(Zr)、铬(Cr)和钪(Sc)组成的组中的至少两种。
基于100重量份的硅的总含量，金属的含量可为25重量份至85重量份。
基于100重量份的硅的总含量，金属的含量可为60重量份至70重量份。本发明的另一个实施方案提供了一种SiC单晶的制造方法，其包括：提供SiC籽晶，制备包含硅、碳和金属的熔融溶液，以及通过使熔融溶液过冷在SiC籽晶上生长SiC单晶，其中金属的由以下式(1)定义的溶解度参数(Csi sol)小于-0.37：
Csi sol＝A-B+μ1-μ2 式(1)
在上述式(1)中，A为在包含金属原子和碳原子的硅晶格中包含金属原子、碳原子和硅原子的第一评估晶格的第一能量(A)，B为在包含金属原子的硅晶格中包含硅原子和金属原子的第二评估晶格的第二能量(B)，μ1为作为通过将金刚石晶体结构中硅的总能量除以单元晶格中存在的硅原子数获得的化学势的常数-5.422，并且μ2为作为将通过金刚石晶体结构中碳的总能量除以单元晶格中存在的碳原子数获得的化学势的常数-9.097。
第一评估晶格中作用于硅原子、碳原子和金属原子的原子间力可为
Figure GDA0002677792540000031
或更小。
第二评估晶格中作用于硅原子和金属原子的原子间力可为
Figure GDA0002677792540000032
Figure GDA0002677792540000033
或更小。
第一能量可通过以下导出：在硅晶格中用金属原子取代硅原子，以及用碳原子取代硅原子以形成第一评估晶格。
第二能量可通过以下导出：在硅晶格中用金属原子取代硅原子以形成第二评估晶格。
金属原子可包括彼此不同的第一金属原子和第二金属原子，并且第一金属原子和第二金属原子之间的距离可为
Figure GDA0002677792540000034
或更小。
第一评估晶格可包含位于基于碳原子的
Figure GDA0002677792540000035
半径内的碳原子、硅原子和金属原子。
第二评估晶格可包含位于基于与金属原子相邻的硅原子的
Figure GDA0002677792540000036
半径内的硅原子和金属原子。
第一能量、第二能量、第一常数和第二常数可使用VASP代码通过密度泛函理论(DFT)推导。
有益效果
上述的基于硅的熔融组合物可包含具有预定水平的溶解度参数值的金属，并且所述金属可改善关于熔融的基于硅的组合物的碳溶解度。此外，通过改善溶解度，可改善获得SiC单晶的效率。
附图说明
图1为根据本发明的一个示例性实施方案的第一评估晶格的平面图。
图2为根据本发明的一个示例性实施方案的第二评估晶格的平面图。
图3的(a)为根据实施例的形态学的模拟图像。图3的(b)为根据比较例1的形态学的模拟图像，图3的(c)为根据比较例2的形态学的模拟图像。
图4示出了显示根据实施例、比较例1和比较例2的均方位移的图。
具体实施方式
尽管本发明可以以各种方式进行修改并具有数个实施方案，但在附图中示出了一些示例性实施方案并且将在详细描述中对其进行详细描述。然而，本发明不限于特定实施方案并且应理解为包括包含在本发明的精神和范围内的所有变化方案、等同方案和替换方案。
根据本发明的一个示例性实施方案的基于硅的熔融组合物可包含硅、碳和由下式(1)定义的溶解度参数(Csi sol)小于-0.37的金属。更优选地，金属的关于由下式(1)定义的溶解度参数(Csi sol)的值可为-0.90＜Csi sol＜-0.38。
Csi sol＝A-B+μ1-μ2 式(1)
在上述式(1)中，A为在包含金属原子和碳原子的硅晶格中包含金属原子、碳原子和硅原子的第一评估晶格的第一能量(A)，B为在包含金属原子的硅晶格中包含金属原子和硅原子的第二评估晶格的第二能量(B)，μ1为作为通过将金刚石晶体结构中硅的总能量除以单元晶格中存在的硅原子数获得的化学势的常数-5.422，并且μ2为作为通过将金刚石晶体结构中碳的总能量除以单元晶格中存在的碳原子数获得的化学势的常数-9.097。
当溶解度参数(Csi sol)值为-0.37或更小时，考虑到热力学方面，其是稳定的，这意味着关于基于硅的熔融溶液的碳溶解度是优异的。
金属可包括满足溶解度参数(Csi sol)值的任意金属，例如，金属可包括两种或更多种金属。
当两种或更多种金属的关于由上述式(1)定义的溶解度参数的值为-0.37或更小时，优选地，关于由上述式(1)定义的溶解度参数的值为-0.90＜Csi sol＜-0.38的任意金属组合是可能的。例如，两种或更多种金属可包括选自由铝(Al)、钛(Ti)、锆(Zr)、铬(Cr)和钪(Sc)组成的组中的两种或更多种。具体地，金属可包括铝和钪的组合、钛和锆的组合、钪和锆的组合、钪和钛的组合、钪和铬的组合等，例如，铝和钪的组合的溶解度参数值可为-0.41至-0.39或-0.401，钛和锆的组合的溶解度参数值可为-0.76至-0.75或-0.758，钪和锆的组合的溶解度参数值可为-0.81至-0.80或-0.805，钪和钛的组合的溶解度参数值可为-0.62至-0.61或-0.616，以及钪和铬的组合的溶解度参数值可为-0.40至-0.39或-0.394。
基于100重量份的硅的总含量，金属的含量可为25重量份至85重量份。当基于100重量份的硅的总含量，金属的含量为25重量份或更小时，关于基于硅的熔融溶液的碳溶解度低并且没有获得SiC单晶的足够生长速度。此外，当基于100重量份的硅的总含量，金属的含量为85重量份或更大时，容易发生SiC的多晶化，因此，可难以生长单晶。
此外，即使当金属包括两种或更多种不同金属时，也可满足上述重量份。此外，任一种金属的含量可大于剩余金属的含量。
因此，无论金属的种类如何，基于100重量份的硅的总含量，金属的含量可为25重量份至85重量份，优选60重量份至70重量份。
此外，金属还可以通过取代硅晶格中的硅原子而定位。即，金属原子可位于硅晶格中。
当基于硅的熔融组合物包含具有上述范围内的溶解度参数值的金属时，关于基于硅的熔融组合物的碳溶解度可以是优异的。
在下文中，详细描述推导由上述式(1)定义的溶解度参数(Csi sol)的步骤。之前已描述了本发明的基于硅的熔融组合物可包含两种或更多种金属，下文中，描述了包含第一金属原子和第二金属原子的实施方案作为一个示例。
然而，本发明不限于此，并且金属可为单一金属或者可包括三种或更多种金属。当金属为单一金属时，可描述其中以下第一金属原子和第二金属原子被单一金属原子取代的情况，而当金属包括三种或更多种金属时，可描述其中以下第一金属原子和第二金属原子被第一金属原子、第二金属原子和第三金属原子等取代的情况。
更详细地描述推导第一能量(A)的步骤。
制备具有金刚石晶体结构的硅晶格。硅晶格意指2×2×2超晶胞，其中具有金刚石晶体结构的硅晶胞分别在x、y和z晶轴方向上加倍。此外，优选地，在用于计算电子本征值的倒易空间中的k点网格中，使用仅包括伽马点的条件。
特别地，基于硅的熔融组合物实际上具有无定形结构，但不能具体说明无定形形式的原子结构并且在相同的组合物中具有多种不同情况。因此，在根据本发明的示例性实施方案的推导第一能量的步骤中，假定硅晶格为具有三维周期边界条件的晶格，并且在所有能量计算中使用具有晶体结构的硅晶格。
然后，用第一金属原子M1取代硅晶格中的任意硅原子中的一个，如图1所示。
然后，用第二金属原子M2取代具有取代的第一金属原子M1的硅晶格中的任意其他硅原子。
在此，第一金属原子和第二金属原子在列方向上或在行方向上彼此邻近而彼此不键合。此外，第一金属原子和第二金属原子之间的间隔优选为
Figure GDA0002677792540000061
或更小。
即，第一金属原子和第二金属原子可设置成具有
Figure GDA0002677792540000062
或更小的间隔同时在对角线方向上彼此相对，如图1所示。然而，金属原子和第二金属原子不限于该位置，并且可位于满足上述条件的任意位置处。
在如上所述的用第一金属原子和第二金属原子取代具有金刚石晶体结构的硅晶格的一部分之后，用碳原子C取代位于第一金属原子和第二金属原子之间的硅原子。
接下来，进行结构优化步骤使得作用于硅原子、碳原子、第一金属原子和第二金属原子的原子间力为
Figure GDA0002677792540000063
或更小。
具体地，结构优化步骤通过进行反复计算使得作用在硅原子、碳原子、第一金属原子和第二金属原子中的力为上述值来进行。优选地，通过进行反复计算直到通过电子能量计算获得的作用于各个原子的力小于
Figure GDA0002677792540000064
Figure GDA0002677792540000065
来寻找最佳原子结构。
此外，为了获得包含碳原子、第一金属原子、第二金属原子和硅原子的结构优化的晶格，对位于基于碳原子C(所述碳原子C位于第一金属原子M1和第二金属原子M2之间)的
Figure GDA0002677792540000067
半径内的晶格进行优化。在结构优化完成之后，位于基于碳原子(所述碳原子位于第一金属原子M1和第二金属原子M2之间)的
Figure GDA0002677792540000066
半径内的晶格被定义为第一评估晶格。即，第一评估晶格包含第一金属原子、第二金属原子、硅原子和碳原子。
最后，推导第一能量(A)，第一能量(A)是包含碳原子、第一金属原子、第二金属原子和硅原子的第一评估晶格的总能量。
在此，第一能量(A)可使用VASP代码通过密度泛函理论(DFT)对第一评估晶格处于电子基态的情况来推导。
具体地，可使用VASP代码通过基于平面波的密度泛函理论来获得第一能量(A)。对于在基于密度泛函理论的计算中的用于模拟电子-电子相互作用的交换关联，使用广义梯度近似(GGA)的Perdew-Burke-Ernzerhof(PBE)泛函。此外，电子的动能截止为400eV，使用Gaussian方法进行能量拖尾(energy smearing)。
此外，为了获得包含金属原子的评估晶格的正确能量，在所有计算中，考虑自旋极化来计算总能量。此外，为了计算效率，使用赝势方法代替将全部电子反映到计算中的全电子方法，并且使用VASP软件包中包括的各元素的基本赝势。
接下来，描述推导第二能量(B)的步骤。
制备具有金刚石晶体结构的硅晶格。硅晶格意指2×2×2超晶胞，其中具有金刚石晶体结构的硅晶胞分别在x、y和z晶轴方向上加倍。此外，优选地，在用于计算电子本征值的倒易空间中的k点网格中，使用仅包括伽马点的条件。
特别地，基于硅的熔融组合物实际上具有无定形结构，但不能具体说明无定形形式的原子结构并且在相同的组合物中具有多种不同情况。因此，在根据本发明的示例性实施方案的推导第二能量的步骤中，假定硅晶格为具有三维周期边界条件的晶格，并且在所有能量计算中使用具有晶体结构的硅晶格。
然后，用第一金属原子M1取代硅晶格中的任意硅原子中的一个，如图2所示。然后，用第二金属原子M2取代具有取代的第一金属原子M1的硅晶格中的任意其他硅原子。
在此，第一金属原子和第二金属原子在列方向上或在行方向上彼此邻近且彼此不键合。此外，第一金属原子和第二金属原子之间的间隔优选为
Figure GDA0002677792540000071
或更小。
即，第一金属原子和第二金属原子可设置成具有
Figure GDA0002677792540000072
或更小的间隔同时在对角线方向上彼此相对，如图2所示。然而，第一金属原子和第二金属原子不限于该位置，并且可位于满足上述条件的任意位置处。
然后，进行结构优化步骤使得作用于硅原子、第一金属原子和第二金属原子的原子间力为
Figure GDA0002677792540000073
或更小。具体地，结构优化步骤通过进行反复计算使得作用在硅原子、第一金属原子和第二金属原子中的力为上述值来进行。优选地，通过进行反复计算直到通过电子能量计算获得的作用于各个原子的力小于
Figure GDA0002677792540000081
来寻找最佳原子结构。
此外，在进行如上所述的结构优化步骤时，对位于基于硅原子(所述硅原子位于第一金属原子M1和第二金属原子M2之间)的
Figure GDA0002677792540000082
半径内的晶格进行结构优化。在结构优化完成之后，位于基于硅原子(所述硅原子位于第一金属原子和第二金属原子之间)的
Figure GDA0002677792540000083
半径内的晶格被定义为第二评估晶格。第二评估晶格包含第一金属原子、第二金属原子和硅原子。
最后，推导包含第一金属原子、第二金属原子和硅原子的第二评估晶格的第二能量B。
在此，第二能量(B)可使用VASP代码通过密度泛函理论(DFT)对第二评估晶格处于电子基态的情况来推导，并且省略与推导第一能量A相同的描述。
使用由上述方法推导的第一能量A和第二能量B计算由以下式(1)定义的溶解度参数(Csi sol)：
Csi sol＝A-B+μ1-μ2 式(1)
如上所推导的溶解度参数值以定量的方式表示根据基于硅的熔融组合物中包含的金属而改变的碳溶解度。当基于硅的熔融组合物包含彼此不同的金属时，碳溶解度不同，并且各自具有不同的溶解度参数值。
在此，当溶解度参数为负值时，这意味着热力学放热反应，并且对于整个体系，碳原子位于硅晶格中的情况形成了稳定的趋向。特别地，当溶解度参数值为-0.37或更小时，放热反应的效果是优异的。
因此，根据本发明的示例性实施方案的基于硅的熔融组合物包含溶解度参数(Csi sol)值为-0.37或更小的金属，因而改善了获得SiC单晶效率。
在下文中，描述SiC单晶的制造方法。在根据本发明的一个示例性实施方案的制造方法中，使用上述基于硅的熔融组合物。可通过以上描述解释的溶解度参数等在以下描述中可省略。
在石墨坩埚中提供SiC籽晶，并将包含硅和根据上述参数值选择的金属的初始熔融组合物引入石墨坩埚中。初始熔融组合物包含金属以提高碳在硅中的溶解度。在此，金属是关于由上述式(1)定义的溶解度参数(Csi sol)的值小于-0.37的金属，更优选可以是关于由上述式(1)定义的溶解度参数(Csi sol)的值为-0.90＜Csi sol＜-0.38的金属。
金属可包括满足溶解度参数(Csi sol)值的任意金属，例如金属可包括两种或更多种金属。
当两种或更多种金属的关于由上述式(1)定义的溶解度参数(Csi sol)的值为-0.37或更小时，任意金属组合是可能的。例如，两种或更多种金属可包括铝(Al)、钛(Ti)、锆(Zr)和钪(Sc)。具体地，金属可包括铝和钪的组合、钛和锆的组合、钪和锆的组合、钪和钛的组合、钪和铬的组合等。
基于100重量份的硅的总含量，金属的含量可为25重量份至85重量份。当基于100重量份的硅的总含量，金属的含量为25重量份或更小时，关于基于硅的熔融溶液的碳溶解度低并且没有获得SiC单晶的足够生长速度。此外，当基于100重量份的硅的总含量，金属的含量为85重量份或更大时，SiC的多晶化容易发生，因此，单晶可难以生长。此外，甚至当金属包括两种或更多种不同金属时，也可满足上述重量份。
因此，无论金属的种类如何，基于100重量份的硅的总含量，金属的含量可为25重量份至85重量份，优选60重量份至70重量份。
接下来，在惰性气氛(例如Ar等)下对向其中注入有籽晶和初始熔融组合物的石墨坩埚进行加热。然后，通过加热，使石墨坩埚中的碳熔融到包含硅和金属的初始熔融组合物中，从而形成包含硅、金属和碳的基于硅的熔融组合物。
加热可通过使用例如以感应线圈和基座组合的方式或电阻加热方式等的加热器进行，但本发明不限于此。
在石墨坩埚达到预定温度之后，使石墨坩埚中的熔融溶液的温度缓慢降低，熔融溶液中的碳溶解度降低。因此，当在籽晶附近获得SiC过饱和状态时，通过使用过饱和作为驱动力在SiC籽晶上生长SiC单晶。
同时，通过注入硅和碳从熔融溶液中生长更多SiC单晶。因此，熔融溶液中包含的硅和碳逐渐减少，并且从熔融溶液中析出SiC的条件可改变。在此，可通过随着时间推移添加硅和碳以满足熔融溶液的组成而将熔融溶液保持在预定的组成范围内。添加的硅和碳可连续或间断地注入。
在下文中，参考图3的(a)、图3的(b)、图3的(c)至图4描述根据本发明的实施例和比较例。图3的(a)为根据实施例的形态学的模拟图像，图3的(b)为根据比较例1的形态学的模拟图像，图3的(c)为根据比较例2的形态学的模拟图像，图4示出了显示根据实施例、比较例1和比较例2的均方位移的图。
图3示出了使用从头计算分子动力学(AIMD)计算的碳扩散的模拟结果。使用由石墨层、硅层和金属层组成的模型来对以下现象进行建模：当在石墨坩埚内硅和金属熔融时石墨坩埚的表面上的碳溶解。代表实施例的图3的(a)示出了通过将48个钪(Sc)原子、6个铝原子和96个硅原子设置在石墨110的表面上随后在高温下熔融的在其中原子数、体系体积和温度恒定的NVT系综条件下5ps时间过去后的原子结构。代表比较例1的图3的(b)示出了在将仅96个硅原子设置在石墨110的表面上而不添加金属后获得的在NVT系综条件下5ps时间过去后的原子结构。代表比较例2的图3的(c)示出了通过将72个铬原子、6个铝原子和96个硅原子设置在石墨110的表面上随后在高温下熔融的在其中原子数、系统体积和温度恒定的NVT系综条件下5ps时间过去后的原子结构。对于AIMD计算，使用VASP代码，对于电子与电子之间相互作用的交换关联函数，使用GGA(广义梯度近似)方法。电子的动能截止在300eV下进行并且只使用仅伽马点用于k点。特别地，位于用于建模的碳原子的底部的碳原子具有悬空键以从而被氢原子封端，并且被固定使得在计算时间期间没有移动，从而使由周期边界条件可发生的计算误差最小化。铬和铝是由上述式(1)定义的溶解度参数值为约0.085的金属，并且与本发明的实施例不对应。
作为通过对实施例和比较例使用AIMD方法获得的分析结果，可理解的是，如图3所示，在实施例(a)中，位于石墨表面(处于石墨、硅和金属熔融溶液中的界面)上的碳原子之间的键中的相当大的一部分被基于硅的熔融组合物中包含的金属原子破坏。
在另一方面，可理解的是，在包含仅硅的比较例1(b)中，碳原子之间的键中的大部分保持原样。此外，在包含铬(Cr)和铝(Al)的比较例2(c)中，证实了碳键部分断裂，但碳键断裂的量比实施例的更小。
可理解的是，当如在本发明的实施例中，包含满足预定参数的两种或更多种金属元素(钪和铝)时，位于石墨坩埚表面上的碳原子之间的键断裂，并且其键断裂的碳原子中的相当大的一部分溶解在基于硅的熔融组合物中。因此，在实施例中，可提高关于基于硅的熔融组合物的碳溶解度。
在下文中，参考图4描述根据上述实施例、比较例1和比较例2的碳原子的均方位移。在根据实施例的包含满足预定参数的钪和铝的基于硅的熔融组合物中，证实了均方位移值随着时间推移(5ps)而显著增加。
在另一方面，如在比较例1中，在使用其中除硅(Si)之外不包含金属的基于硅的熔融组合物时，尽管时间推移，但碳(C)的均方位移仅在约0至0.5之间变化。
此外，在根据比较例2的包含铬和铝的基于硅的熔融组合物中，也证实了均方位移值随着时间推移而增加，但未达到根据实施例的值。
在表示当碳的均方位移根据时间的斜率越大时，碳溶解度越优异的图4中，证实了根据实施例的图的斜率最大。在另一方面，根据比较例1的图的斜率接近零，根据比较例2的图具有预定斜率，但比较例2的斜率比实施例的斜率更小。即，可证实在根据实施例的基于硅的熔融组合物下的碳溶解度是最优异的。
在下文中，检验根据实施例和比较例1和2的碳的碳溶解度。
实施例为包含56原子％的硅、40原子％的钪和4原子％的铝的基于硅的熔融组合物，比较例1为包含Si的基于硅的熔融组合物，比较例2为包含56原子％的硅、40原子％的铬和4原子％的铝的基于硅的熔融组合物。
将各个熔融组合物装入由石墨制成的坩埚中并在400℃下脱气，然后对坩埚进行加热以形成熔融溶液。加热过程通过在氩气气氛下在1.5小时内升高温度至1800℃并将温度保持至1600℃持续9小时进行。
然后，将形成的熔融溶液冷却2小时，取出经冷却的合金粉末并粉碎。使用CS分析仪测量经粉碎的粉末中包含的碳含量。每个测量的碳含量示于下表1中。表1示出了表示通过使用根据实施例和比较例1和2的熔融组合物经过重复实验获得的合金粉末的碳含量的初次、二次和三次分析结果。
[表1]
Figure GDA0002677792540000111
参考表1，在根据实施例的基于硅的熔融组合物中，在初次、二次和三次分析各自中检测到碳的含量为47.541原子％、47.332原子％和45.105原子％，检测到平均碳为46.659原子％。
然而，在根据比较例1的熔融组合物中，三次检测到碳的含量小于约10-4原子％，在比较例2中，检测到平均碳为4.289原子％。
从这些结果证实了实施例具有比比较例的碳溶解度更高的碳溶解度，关于根据实施例的基于硅的熔融组合物的碳溶解度相当优异。

Claims (14)

1.一种基于硅的熔融组合物，包含：
硅、碳和由下式(1)定义的溶解度参数Csi sol小于-0.37的金属，
其中通过溶液法形成SiC单晶：
Csi sol＝A-B+μ1-μ2 式(1)
在上述式(1)中，A为在包含金属原子和碳原子的硅晶格中包含金属原子、碳原子和硅原子的第一评估晶格的第一能量，B为在包含金属原子的硅晶格中包含金属原子和硅原子的第二评估晶格的第二能量，μ1为作为通过将金刚石晶体结构中硅的总能量除以单元晶格中存在的硅原子数获得的化学势的常数-5.422，μ2为作为通过将金刚石晶体结构中碳的总能量除以单元晶格中存在的碳原子数获得的化学势的常数-9.097，
其中所述金属为铝和钪的组合，以及
其中基于100重量份的所述硅的总含量，所述金属的含量为25重量份至85重量份。
2.根据权利要求1所述的基于硅的熔融组合物，其中：
所述金属的关于由上述式(1)定义的溶解度参数Csi sol的值满足-0.90＜Csi sol＜-0.38。
3.根据权利要求1所述的基于硅的熔融组合物，其中：
基于100重量份的所述硅的总含量，所述金属的含量为60重量份至70重量份。
4.一种SiC单晶的制造方法，包括：
提供SiC籽晶，
制备包含硅、碳和金属的熔融溶液，以及
通过使所述熔融溶液过冷在所述SiC籽晶上生长SiC单晶，
其中所述金属的如由下式(1)定义的溶解度参数Csi sol小于-0.37：
Csi sol＝A-B+μ1-μ2 式(1)
在上述式(1)中，A为在包含金属原子和碳原子的硅晶格中包含金属原子、碳原子和硅原子的第一评估晶格的第一能量，B为在包含金属原子的硅晶格中包含金属原子和硅原子的第二评估晶格的第二能量，μ1为作为通过将金刚石晶体结构中硅的总能量除以单元晶格中存在的硅原子数获得的化学势的第一常数-5.422，μ2为作为通过将金刚石晶体结构中碳的总能量除以单元晶格中存在的碳原子数获得的化学势的第二常数-9.097，
其中所述金属为铝和钪的组合，以及
其中基于100重量份的所述硅的总含量，所述金属的含量为25重量份至85重量份。
5.根据权利要求4所述的制造方法，其中：
所述金属的关于由上述式(1)定义的溶解度参数Csi sol的值为-0.90＜Csi sol＜-0.38。
6.根据权利要求4所述的制造方法，其中：
基于100重量份的硅的总含量，所述金属的含量为60重量份至70重量份。
7.根据权利要求4所述的制造方法，其中：
所述第一评估晶格中作用于所述金属原子、所述碳原子和所述硅原子的原子间力为
Figure FDA0002677792530000021
或更小。
8.根据权利要求4所述的制造方法，其中：
所述第二评估晶格中作用于所述金属原子和所述硅原子的原子间力为
Figure FDA0002677792530000022
或更小。
9.根据权利要求4所述的制造方法，其中：
所述第一能量通过以下导出：
在所述硅晶格中用所述金属原子取代硅原子，以及
用所述碳原子取代硅原子以形成所述第一评估晶格。
10.根据权利要求9所述的制造方法，其中：
所述第二能量通过以下导出：
在所述硅晶格中用所述金属原子取代硅原子以形成所述第二评估晶格。
11.根据权利要求10所述的制造方法，其中：
所述金属原子包括彼此不同的第一金属原子和第二金属原子，
所述第一金属原子和所述第二金属原子之间的距离为
Figure FDA0002677792530000031
或更小。
12.根据权利要求9所述的制造方法，其中：
所述第一评估晶格包含位于基于所述碳原子的
Figure FDA0002677792530000032
半径内的所述碳原子、所述硅原子和所述金属原子。
13.根据权利要求10所述的制造方法，其中：
所述第二评估晶格包含位于基于与所述金属原子相邻的所述硅原子的
Figure FDA0002677792530000033
半径内的所述硅原子和所述金属原子。
14.根据权利要求4所述的制造方法，其中：
所述第一能量、所述第二能量、第一常数和第二常数是使用VASP代码通过密度泛函理论推导的。
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