CN108118389A - 一种高品质碳化硅单晶的籽晶的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明具体涉及一种高品质碳化硅单晶的籽晶的制备方法,通过在籽晶背部表面制备致密高纯石墨超微细粉胶膜的方法，抑制了籽晶背向蒸发，从而消除了晶体内的六方空洞、及微管缺陷，对于高品质氮化硅的生产具有重大的作用。
Description
技术领域
本发明属于碳化硅晶体技术领域，具体涉及一种高品质碳化硅单晶的籽晶的制备方法。
背景技术
大 直 径 SiC 晶 体 制 备 的 常 用 方 法 是 物 理 气 相 传 输 法。PVT法生长SiC晶体过程是SiC气态组分与晶体间不断的沉积于蒸发的动态过程。晶体生长过程中，籽晶背向原料方向由于没有原料气氛供应，其蒸发量远大于沉积量，在轴向温度梯度驱动下局部过量蒸发逐渐向晶体内衍生形成微管缺陷，延伸过程中当径向温度梯度驱动力占主导时，晶体蒸发缺陷沿径向延伸并通常会形成六方型层片状空心结构即六方空洞。
现有技术中，用钽等金属形成保护膜，但这样的金属膜在石墨与籽晶之间暴露在高温环境下时，但上述金属化合物由于其与石墨的热膨胀差大，因此在高温环境下发生起因于此的热应力，保护膜发生裂纹，粘附性存在问题，因此，金属膜的气体阻隔性降低，抑制籽晶升华的效果降低；此外，采用溅射法、离子束法或等离子体CVD法所制备的碳膜成本高，工艺复杂。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种高品质碳化硅单晶的籽晶的制备方法，本发明通过在籽晶背部表面制备致密高纯石墨超微细粉胶膜的方法，抑制了籽晶背向蒸发，从而消除了晶体内的六方空洞、及微管缺陷，对于高品质氮化硅的生产具有重大的作用。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案为：
一种高品质碳化硅单晶的籽晶的制备方法，包括以下步骤：
1）使用高纯石墨超微细粉作为溶质，表面活性剂为溶剂，改性酚醛树脂为粘结剂按一定配比混合，制备高纯石墨超微细粉胶；
2）将所述高纯石墨超微细粉胶进行脱泡处理；
3）将脱泡处理后的所述高纯石墨超微细粉胶喷涂于所述籽晶的非生长面，并在真空加压条件下预烧结；
4）将预烧结的所述籽晶在真空或惰性气体的条件下加热，使所述高纯石墨超微细粉胶碳化。
进一步的，所述纯石墨超微细粉的纯度为99.99%，平均粒径D50=0.1~10μm。
进一步的，所述步骤1）中，所述高纯石墨超微细粉胶中的所述高纯石墨超细粉的含量为2-10%，所述表面活性剂的含量为50-80%，所述改性酚醛树脂的含量为10-35%。
进一步的，所述脱泡处理的时间为5~10h。
进一步的，所述步骤3）、步骤4）中的所述真空条件为小于0.1mbar。
进一步的，其特征在于，所述步骤3）中的预烧结的温度为50~250℃，时间为1~5h，籽晶非粘接表面施加压力为不小于2bar。
进一步的，所述步骤4）中的加热温度为800~1200℃，时间为1~10h。
进一步的，所述籽晶由碳化硅构成，所述高品质碳化硅单晶的尺寸大于两寸，为半绝缘、n型或p型掺杂的碳化硅晶体。
进一步的，所述表面活性剂为常规表面活性剂。
进一步的，所述步骤3）中，将脱泡处理后的所述高纯石墨超微细粉胶喷均匀涂于所述籽晶的非生长面，使所述籽晶的非生长面形成厚度均匀，交联致密的高纯石墨超微细粉胶膜。
本发明的有益效果在于：
（1）再现性好地制造晶体缺陷密度低的高品质的碳化硅单晶。
（2）有效的抑制了籽晶背面升华的发生，极大地提高了碳化硅晶体质量。
（3）高品质碳化硅晶体缺陷微管密度为0个/cm2，无六方空洞、多型共生缺陷的增殖。该方法且易于实现、成本低，具有突出的规模化应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例一步骤（5）的升温曲线图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。请注意，下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
根据本发明的一个方面，本发明提供了一种高品质碳化硅单晶的籽晶的制备方法，包括以下步骤：
1）使用高纯石墨超微细粉作为溶质，表面活性剂为溶剂，改性酚醛树脂为粘结剂按一定配比混合，制备高纯石墨超微细粉胶；
2）将所述高纯石墨超微细粉胶进行脱泡处理；
3）将脱泡处理后的所述高纯石墨超微细粉胶喷涂于所述籽晶的非生长面，并在真空加压条件下预烧结，利于高纯石墨超微细粉胶固化所产生的有机气体顺利排除，从而减少了针孔的产生；
4）将预烧结的所述籽晶在真空或惰性气体的条件下加热，使所述高纯石墨超微细粉胶碳化。
根据本发明的具体实施例，所述纯石墨超微细粉的纯度为99.99%，平均粒径D50=0.1~10μm。
根据本发明的具体实施例，步骤1）中，所述高纯石墨超微细粉胶中的所述高纯石墨超细粉的含量为2-10%，所述表面活性剂的含量为50-80%，所述改性酚醛树脂的含量为10-35%，优选的，高纯石墨超细粉4.3%、表面活性剂67.7%、改性酚醛树脂28%，在本发明的一些具体的实施方式中，选取高纯石墨超细粉4.6g、表面活性剂20ml、改性酚醛树脂5ml混合，得到高纯石墨超微细粉胶，所述纯石墨超微细粉胶在使用前须进行5~10h的脱泡处理，优选的，所述表面活性剂为常规表面活性剂。
根据本发明的具体实施例，所述步骤3）、步骤4）中的所述真空条件为小于0.1mbar。
根据本发明的具体实施例，所述步骤3）中的预烧结的温度为50~250℃，时间为1~5h，籽晶非粘接表面施加压力为不小于2bar；所述步骤4）中的加热温度为800~1200℃，时间为1~10h。
根据本发明的具体实施例，所述籽晶由碳化硅构成，所述高品质碳化硅单晶的尺寸大于两寸，为半绝缘、n型或p型掺杂的碳化硅晶体。
根据本发明的具体实施例，所述步骤3）中，将脱泡处理后的所述高纯石墨超微细粉胶喷均匀涂于所述籽晶的非生长面，使所述籽晶的非生长面形成厚度均匀，交联致密的高纯石墨超微细粉胶膜。
实施例一
（1）所述的高纯石墨超微细粉胶的溶质为纯石墨超微细粉，其纯度为99.99%，平均粒径D50=3.5μm；所述的高纯石墨超微细粉胶的溶剂为常规表面活性剂；所述的高纯石墨超微细粉胶中的粘结剂为改性酚醛树脂；将4.6g高纯石墨超细粉、20ml表面活性剂、5ml改性酚醛树脂混合，制备纯石墨超微细粉胶。
（2）用真空脱泡机对高纯石墨超微细粉胶脱泡处理7h。
（3）使用喷涂胶的方式在由碳化硅构成的籽晶的非生长面形成厚度均匀，交联致密的高纯石墨超微细粉胶膜。
（4）在真空条件0.1mbar以下、温度200℃、籽晶非粘接表面施加压力为不小于2bar的环境下预烧结2h，升温速率为1℃/min，利于高纯石墨超微细粉胶固化所产生的有机气体顺利排除。
（5）在真空条件0.1mbar以下、温度900℃的环境下加热4h，图1为本发明实施例一步骤（5）的升温曲线图，如图1所示，使高纯石墨超微细粉胶碳化。
本发明的高品质SiC晶体后籽晶背面比较光滑平整，未出现升华的现象，起到了保护籽晶的作用。而现有的籽晶背面出现了大量的凹陷区域，发生了严重的升华现象。
综上所述本发明的一种高品质碳化硅单晶的籽晶的制备方法，再现性好地制造晶体缺陷密度低的高品质的碳化硅单晶。本发明通过喷涂、预烧结、碳化的方式由籽晶、和所述籽晶的生长面的相反面上高纯石墨超微细粉胶膜构成，且所述高纯石墨超微细粉胶膜的膜厚均匀，交联致密，且高温下能够保持稳定，有效的抑制了籽晶背面升华的发生，极大地提高了碳化硅晶体质量。所述高品质碳化硅晶体缺陷微管密度为0个/cm2，无六方空洞、多型共生缺陷的增殖。该方法且易于实现、成本低，具有突出的规模化应用前景。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面” 可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、 或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个 或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。
Claims (10)
1.一种高品质碳化硅单晶的籽晶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）使用高纯石墨超微细粉作为溶质，表面活性剂为溶剂，改性酚醛树脂为粘结剂按一定配比混合，制备高纯石墨超微细粉胶；
2）将所述高纯石墨超微细粉胶进行脱泡处理；
3）将脱泡处理后的所述高纯石墨超微细粉胶喷涂于所述籽晶的非生长面，并在真空加压条件下预烧结；
4）将预烧结的所述籽晶在真空或惰性气体的条件下加热，使所述高纯石墨超微细粉胶碳化。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纯石墨超微细粉的纯度为99.99%，平均粒径D50=0.1~10μm。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1）中，所述高纯石墨超微细粉胶中的所述高纯石墨超细粉的含量为2-10%，所述表面活性剂的含量为50-80%，所述改性酚醛树脂的含量为10-35%。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述脱泡处理的时间为5~10h。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3）、步骤4）中的所述真空条件为小于0.1mbar。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3）中的预烧结的温度为50~250℃，时间为1~5h，籽晶非粘接表面施加压力为不小于2bar。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4）中的加热温度为800~1200℃，时间为1~10h。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述籽晶由碳化硅构成，所述高品质碳化硅单晶的尺寸大于两寸，为半绝缘、n型或p型掺杂的碳化硅晶体。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述表面活性剂为常规表面活性剂。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3）中，将脱泡处理后的所述高纯石墨超微细粉胶喷均匀涂于所述籽晶的非生长面，使所述籽晶的非生长面形成厚度均匀，交联致密的高纯石墨超微细粉胶膜。
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