CN112639174B - 生长半绝缘碳化硅单晶锭的方法和用于生长碳化硅单晶锭的装置 - Google Patents

Abstract

实施方案涉及一种生长半绝缘SiC单晶锭的方法，所述方法包括以下步骤：(1)将涂覆有碳化硅(SiC)和碳基材料的掺杂剂放入包含固定有籽晶的反应容器中；以及(2)在所述籽晶上生长SiC单晶，从而产生高质量的半绝缘SiC单晶锭，其具有均匀的基于厚度的掺杂浓度。另外，另一实施方案涉及一种生长半绝缘碳化硅单晶锭的方法，所述方法包括以下步骤：(a)将包含含碳聚合物树脂、溶剂、掺杂剂和碳化硅(SiC)的组合物置于反应容器中；(b)固化所述组合物；(c)在固定于所述反应容器中的所述籽晶上生长SiC单晶锭，从而产生高质量的半绝缘SiC单晶锭，其具有均匀的基于厚度的掺杂浓度。另外，另一实施方案涉及一种用于生长SiC单晶锭的装置，其中所述装置能够生产高质量的SiC单晶锭，所述高质量的SiC单晶锭包括通过SiC组合物的碳化或石墨化产生的多孔体，因此当SiC单晶锭的直径较大时，仍然具有均匀的基于厚度的掺杂浓度。

Description

生长半绝缘碳化硅单晶锭的方法和用于生长碳化硅单晶锭的 装置

技术领域

实施方案涉及使用涂覆有碳基材料的掺杂剂用于生长半绝缘SiC单晶锭的方法，或通过固化包含含碳聚合物树脂的组合物、溶剂、掺杂剂和SiC来生长半绝缘SiC单晶锭的方法。

另外，实施方案涉及一种用于生长SiC单晶锭的装置，所述装置包括通过SiC组合物碳化或石墨化制备得到的多孔体。

背景技术

碳化硅(Silicon carbide,SiC)具有耐热性和机械强度优异、耐辐射的优点，并且可以制成具有大直径的衬底。因此，已积极进行研究以开发用于下一代功率半导体器件的衬底。具体地，单晶碳化硅(SiC)具有宽的能带隙(energy band gap)，并且其最大击穿场电压(break field voltage)和导热率优于硅(Si)。另外，单晶碳化硅的载流子迁移率与硅相当，并且电子的饱和漂移率及其击穿电压(breakdown voltage)也大。因此，单晶碳化硅有望应用于需要高功率、高效率、高击穿电压和大容量的半导体器件。

近年来，氮化镓(GaN)和氮化铝(AlN)作为用于高频半导体器件的材料受到关注。在这种用于高频半导体器件的衬底中，必不可少的是增加衬底的电阻(例如1×10⁵Ωcm或更大)，即，形成半绝缘状态以提高SiC衬底中晶体的质量，并防止与其他元件的短路。

通常，已经使用将掺杂剂与SiC混合和合成的方法，来制备半绝缘SiC单晶锭。但是，由于掺杂剂和SiC的升华温度不同，掺杂剂首先升华。例如，掺杂剂钒的升华温度约为1910℃，而SiC的升华温度约为2700℃。因此，钒首先升华。因此，由于掺杂浓度随晶锭的厚度而变化，产生了电阻率随晶锭的厚度而变化的问题。具体地，在SiC单晶锭生长的初始阶段过度进行掺杂，而在SiC单晶锭生长的最后阶段进行较少的掺杂，由此掺杂浓度随SiC单晶锭的厚度而变化。

另外，在SiC单晶锭的生长中，由于热振动，SiC可能反弹并粘附在籽晶上，或者可能干扰SiC通量分布(flux pattern)的形成。因此，可能抑制半绝缘SiC单晶锭的生长，导致质量下降。

为了解决上述问题，已经使用了将掺杂剂装载到多孔石墨容器中或通过合成使SiC粉末中包含掺杂剂的方法。但是，该方法的缺点在于复杂并且增加了成本。另外，由于在多孔石墨容器中形成的杂质而难以控制掺杂浓度，因此半绝缘SiC单晶锭的质量难以提高。此外，为了解决上述问题，已经将SiC和掺杂剂粉碎，或者使用具有大粒径的原料。但是，该方法的缺点在于，需要对粉末进行单独的热处理步骤。

另外，近年来，随着SiC单晶锭的直径增加，用于生长SiC单晶锭的反应容器的尺寸成比例地增加。然而，随着反应容器的尺寸增加，需要大量的能量加热至用于生长SiC单晶锭的温度，并且其缺点在于，到反应容器中心的温度梯度并不一致。因此，由于晶锭的边缘和中心之间的温差高，原料的供给不均匀，并且晶锭的中心产生凸形或晶锭的端部发生损耗，从而导致晶锭的质量下降。

因此，继续研究开发用于生长半绝缘SiC单晶锭的方法，该方法产生半绝缘状态而不降低半绝缘SiC单晶锭的质量，和用于生长SiC单晶锭的装置。

发明详述

技术问题

一个实施方案旨在通过使用涂覆有碳基材料的掺杂剂生长半绝缘SiC单晶锭来提供一种高质量的半绝缘SiC单晶锭，其中掺杂浓度相对于所述SiC单晶锭的厚度是均匀的。

另一个实施方案旨在通过固化包含含碳聚合物树脂、溶剂、掺杂剂和SiC的组合物，然后生长半绝缘SiC单晶锭来提供一种高质量的半绝缘SiC单晶锭，其中掺杂浓度相对于所述SiC单晶锭的厚度是均匀的。

再一个实施方案旨在提供一种用于生长SiC单晶锭的装置，所述装置包括通过碳化或石墨化SiC组合物制备的多孔体，并且能够制备高质量的SiC单晶锭，其中即使在SiC单晶锭的直径大的情况下，掺杂浓度相对于所述SiC单晶锭的厚度仍是均匀的。

解决问题的方案

根据一个实施方案，生长半绝缘SiC单晶锭的方法包括：(1)将SiC(碳化硅)和涂覆有碳基材料的掺杂剂装载到安装有籽晶的反应容器中；以及(2)在所述籽晶上生长SiC单晶锭。

根据另一个实施方案，生长半绝缘SiC单晶锭的方法包括：(a)将包含含碳聚合物树脂、溶剂、掺杂剂和SiC(碳化硅)的组合物装载到反应容器中；(b)固化所述组合物；以及(c)在反应容器中提供的所述籽晶上生长SiC单晶锭。

根据又一实施方案，用于生长SiC单晶锭的装置包括：籽晶，所述籽晶具有预先设定的直径；和反应容器，当所述籽晶固定在所述反应容器中时，所述反应容器用于在所述籽晶的表面上生长晶锭，其中，所述反应容器包括：晶锭生长单元，所述晶锭生长单元形成所述反应容器的上部区域的至少一部分，并将所述籽晶固定在上端；过滤单元，所述过滤单元包括形成内部中心的开口单元和围绕所述开口单元的多孔体，当所述多孔体位于所述籽晶下部时，所述多孔体形成所述反应容器的下部区域的至少一部分；原料收纳单元，所述原料收纳单元位于所述多孔体和所述反应容器的内壁之间，形成所述反应容器的下部区域的至少一部分，并且所述原料收纳单元收纳所述晶锭于其中；以及阻隔单元，所述阻隔单元位于所述原料收纳单元的上端和所述多孔体的上端。

本发明的有益效果

根据实施方案，生长半绝缘SiC单晶锭的方法可以防止掺杂剂在SiC之前升华的现象，并且可以最小化掺杂浓度相对于所述SiC单晶锭的厚度的不均匀性，从而提高了半绝缘SiC单晶锭的质量。

此外，根据所述实施方案的生长半绝缘SiC单晶锭的方法，可以通过简单的方法生长半绝缘SiC单晶锭，并且可以最小化未反应的原料量，从而降低成本。

此外，根据所述实施方案的生长半绝缘SiC单晶锭的方法，可以抑制不期望的杂质混合并且容易地控制所述掺杂。

此外，根据所述实施方案的生长半绝缘SiC单晶锭的方法，可以容易地调节掺杂含量并防止某些区域的团聚。

根据实施方案的用于生长SiC单晶锭的装置，可以最小化未反应的原料的量，从而降低成本。

此外，根据实施方案的用于生长SiC单晶锭的装置，可以防止掺杂剂在SiC之前升华，并且可以最小化所述晶锭生长单元内的温度梯度的不均匀性，从而可以制备具有增强的形状、生长速率和质量的SiC单晶锭。

此外，根据实施方案的用于生长SiC单晶锭的装置，可以抑制不期望的杂质混合并且容易地控制所述掺杂。

此外，根据实施方案的用于SiC单晶锭生长的装置，适合于制备具有大直径的SiC单晶锭。

附图说明

图1示出了根据一个实施方案的用于生长半绝缘SiC单晶锭的反应容器的剖面图。

图2示出了用于生长半绝缘SiC单晶锭的常规反应容器的剖面图。

图3示出了实施例1的半绝缘SiC单晶锭的表面图像。

图4示出了对比例1的半绝缘SiC单晶锭的表面图像。

图5示出了实施例1的半绝缘SiC单晶锭生长的初始阶段的掺杂浓度。

图6示出了实施例1的半绝缘SiC单晶锭生长的中间阶段的掺杂浓度。

图7示出了实施例1的半绝缘SiC单晶锭生长的最后阶段的掺杂浓度。

图8示出了对比例1的半绝缘SiC单晶锭生长的初始阶段的掺杂浓度。

图9示出了对比例1的半绝缘SiC单晶锭生长的中间阶段的掺杂浓度。

图10示出了对比例1的半绝缘SiC单晶锭生长的最后阶段的掺杂浓度。

图11示出了实施例1的半绝缘SiC单晶锭的UV图像。

图12示出了对比例1的半绝缘SiC单晶锭的UV图像。

图13示出了根据另一实施方案的用于生长半绝缘SiC单晶锭的反应容器的剖面图。

图14示出了实施例2的半绝缘SiC单晶锭的残留粉末的剖面图。

图15示出了对比例2的半绝缘SiC单晶锭的残留粉末的剖面图。

图16示出了实施例2的半绝缘SiC单晶锭的UV图像。

图17示出了对比例2的半绝缘SiC单晶锭的UV图像。

图18示出了实施例2的半绝缘SiC单晶锭的表面图像。

图19示出了对比例2的半绝缘SiC单晶锭的表面图像。

图20示出了根据一个实施方案的用于生长SiC单晶锭的装置的剖面图。

图21示出了用于生长SiC单晶锭的常规装置的剖面图。

图22示出了根据一个实施方案的用于生长SiC单晶锭的装置的过滤单元。

图23示出了根据另一实施方案的用于生长SiC单晶锭的装置的过滤单元。

图24示出了根据一个实施方案的用于生长SiC单晶锭的装置的阻隔单元。

图25示出了实施例3的SiC单晶锭的UV图像。

图26示出了对比例3的SiC单晶锭的UV图像。

[附图中的参考编号]

10：碳化硅

20、100、100'：籽晶

30：涂覆有碳基材料的掺杂剂

40：掺杂剂

50：多孔石墨容器

60：固化的组合物

70：多孔石墨容器所在的位置

200、200'：反应容器

300、300'：晶锭生长单元

400、400'：原料收纳单元

500：过滤单元

510：开口单元 520：多孔体

521：多孔体的内周面

522：多孔体的外周面

523：孔 524：流路

525：孔壁

600：阻隔单元

700、700'：反应容器盖

800'：装载掺杂剂的多孔石墨容器

a：籽晶直径

D1：开口单元的直径 D2：阻隔单元的直径

D11：孔的直径

T1：多孔体的厚度 T2：阻隔单元的厚度

实施本发明的最佳模式

在下文中，将参考实施方案详细描述本发明。实施方案不限于下面描述的实施方案，并且只要不改变本发明的主旨，就可以被修改为各种形式。

在本申请文件中，当某一部分写作“包括”某元件时，应理解为，除非另外特别说明，否则可以包括其他元件，而不是排除其他元件。

除非另有说明，否则与本文使用的组分的量、反应条件等有关的所有数字和表达应理解为由术语“约”修饰。

生长半绝缘碳化硅单晶锭的方法(1)

通常，为了生长SiC单晶锭，已使用将掺杂剂装载到多孔石墨容器中或通过合成使SiC包含掺杂剂的方法。图2示出了用于生长半绝缘SiC单晶锭的常规反应容器的剖面图。图2示出了反应容器的结构，所述反应容器中，在内上端固定有籽晶(20)，并且将SiC(10)和装载有掺杂剂(40)的多孔石墨容器(50)装载在内下部区域中。

但是，该常规方法的缺点在于复杂并且增加了成本。另外，由于在多孔石墨容器中形成的杂质而难以控制掺杂浓度，因此半绝缘SiC单晶锭的质量难以提高。

在根据一个实施方案的生长半绝缘SiC单晶锭的方法中，使用涂覆有碳基材料的掺杂剂生长出SiC单晶锭，从而可以防止掺杂剂在SiC之前升华的现象。因此，可以最小化掺杂浓度相对于SiC单晶锭的厚度的不均匀性，从而提高半绝缘SiC单晶锭的质量。

另外，可以通过简单的方法生长半绝缘SiC单晶锭，在所述简单的方法中，使用涂覆有碳基材料的掺杂剂，并且最小化未反应的原料量，从而降低成本。

进一步地，由于通过使用涂覆有碳基材料的掺杂剂来均匀地供应原料，这对于提高所述SiC单晶锭的生长速率和质量，以及控制多晶型现象是有利的。即，如果使用4H-SiC，则可以在增加4H的生长速率的同时降低3C、6H和15R的生长速率。

因此，根据实施方案的生长半绝缘SiC单晶锭的方法可以提供具有提高的SiC单晶锭质量的半绝缘SiC单晶锭，同时赋予其半绝缘状态。

图1示出了根据一个实施方案的用于生长半绝缘SiC单晶锭的反应容器的剖面图。图1示出了反应容器的结构，其中，在内上端固定有籽晶(20)，并且在内下部区域装载SiC(10)和涂覆有碳基材料的掺杂剂(30)。

根据一个实施方案的半绝缘SiC单晶锭生长的方法包括：(1)将SiC(碳化硅)和涂覆有碳基材料的掺杂剂装载到安装有籽晶的反应容器中；以及(2)在所述籽晶上生长SiC单晶锭。

首先，为了生长SiC单晶锭，将SiC和涂覆有碳基材料的掺杂剂装载到固定有籽晶 的反应容器中(步骤(1))。

所述反应容器可以是坩埚，并且由熔点高于SiC的升华温度的材料制成。例如，它可以但不限于由石墨制成。

所述籽晶可以固定在所述反应容器的内上端。作为籽晶，根据要生长的晶体的种类，可以使用具有各种晶体结构的任何籽晶，例如4H-SiC、6H-SiC、3C-SiC和15R-SiC。

可以将所述SiC和涂覆有碳基材料的掺杂剂装载到所述反应容器的下部区域。

根据一个实施方案，可以密封所述装载有所述SiC和涂覆有碳基材料的掺杂剂的反应容器。在所述反应容器用一层或多层绝热材料包裹之后，将其放置在装有加热装置的反应室(例如石英管)中。所述绝热材料和所述反应室用于将所述反应容器的温度保持在生长SiC单晶的温度。

所述加热装置可以是感应加热装置或电阻加热装置。例如，可以使用高频电流流过的高频感应线圈来加热所述反应容器，从而将所述SiC和涂覆有碳基材料的所述掺杂剂加热到期望的温度，但不限于此。

根据一个实施方案，所述SiC可以是SiC粉末的形式。例如，所述SiC可以是具有10μm-5000μm的粒径的SiC粉末的形式。具体地，所述SiC颗粒的尺寸可以是但不限于50μm-3000μm、50μm-2000μm、100μm-2000μm或100μm-1000μm。

在一个实施方案中，所述SiC可具有90重量％-99重量％的纯度。具体地，所述SiC可以具有但不限于91重量％-96重量％或92重量％-95重量％的纯度。

根据一个实施方案，所述碳基材料为炭黑、石墨或其组合。

所述涂覆有碳基材料的掺杂剂通过干燥、硬化、碳化或石墨化制备；以及粉碎包含含碳聚合物树脂、溶剂和掺杂剂的组合物。

根据一个实施方案，所述含碳聚合物树脂包括选自酚醛树脂、聚丙烯酰胺树脂和热固性树脂组成的组中至少一种。

所述酚醛树脂可以是选自酚醛清漆树脂和甲阶酚醛树脂组成的组中的一种或多种，但不限于此。

所述聚丙烯酰胺树脂可以是聚酰胺酸树脂，但不限于此。

所述热固性树脂可以是选自聚氨酯树脂、三聚氰胺树脂和醇酸树脂组成的组中的一种或多种，但不限于此。

基于所述组合物的总重量，所述组合物可包含1重量％-40重量％的含碳聚合物树脂。例如，基于所述组合物的总重量，所述组合物可以包含但不限于5重量％-35重量％、5重量％-30重量％、或10重量％-30重量％的含碳聚合物树脂。

根据一个实施方案，所述溶剂可以是选自乙醇、甲醇、丙酮、二甲基甲酰胺和二甲基亚砜组成的组中的一种或多种。具体地，所述溶剂可以是乙醇，但不限于此。

基于所述组合物的总重量，所述组合物可以包含1重量％-20重量％的溶剂。例如，基于所述组合物的总重量，所述组合物可以包含5重量％-17重量％、5重量％-15重量％、或10重量％-15重量％的溶剂，但不限于此。

根据一个实施方案，所述掺杂剂可以是选自钒(V)、铬(Cr)、锰(Mn)和钴(Co)组成的组中的至少一种。例如，所述掺杂剂可以是过渡元素(过渡金属)并且可以是钒。具体地，钒可以在SiC晶体中的施主或受主的任何状态下形成深能级，并补偿浅施主杂质或浅受主杂质，从而使晶体具有高的抗性，即半绝缘状态。

基于所述组合物的总重量，所述组合物可以包含0.5重量％-10重量％的掺杂剂。例如，基于所述组合物的总重量，所述组合物可包含但不限于0.5重量％-8重量％、1重量％-8重量％或1重量％-5重量％的掺杂剂。

根据一个实施方案，所述干燥可以在50℃-350℃的温度范围内进行。另外，所述硬化可以在100℃-400℃的温度范围内进行。具体地，当满足上述干燥和硬化条件时，有利于在所述掺杂剂上均匀地涂覆所述碳基材料。例如，所述干燥可以在50℃-350℃或50℃-300℃的温度范围内进行1小时-5小时，但不限于此。另外，所述硬化可以在100℃-400℃或150℃-400℃的温度范围内进行1小时-10小时，但不限于此。

根据一个实施方案，所述碳化或石墨化在200℃-2200℃的温度范围内和1Torr-1500Torr的压力条件下进行。具体地，当满足上述碳化或石墨化条件时，有利于在所述掺杂剂上涂覆所述碳基材料。例如，将经过干燥和硬化步骤的掺杂剂在300℃-600℃的温度范围内和500Torr-700Torr的压力条件下进行热处理，然后在2000℃-2200℃的温度范围内和500Torr-800Torr的压力条件下碳化或石墨化。另外，所述碳化或石墨化可以进行2-5小时，但不限于此。

根据一个实施方案，所述碳化或石墨化是指在惰性气氛中的热处理。惰性气氛可以是但不限于氮气气氛或氩气气氛。

根据一个实施方案，所述碳化或石墨化的掺杂剂进行粉碎步骤。

所述粉碎可以通过采用自上而下、球磨机、喷射磨机等的粉碎步骤的方法来进行，但不限于此。

根据一个实施方案，所述涂覆有碳基材料的掺杂剂的所述粒径可以为1μm-2000μm。例如，所述涂覆有碳基材料的掺杂剂的粒径可以是但不限于5μm-1000μm、10μm-1000μm或10μm-500μm。

根据一个实施方案，所述掺杂剂各个颗粒的外表面可以部分或全部涂覆碳基材料。具体地，所述掺杂剂的整个外表面，或者其外表面的50％或更多，可以涂覆碳基材料。

根据一个实施方案，涂覆有碳基材料的部分的涂层厚度为1μm-100μm。具体地，当涂覆有碳基材料的部分的涂层厚度满足上述厚度范围时，可以在生长SiC单晶锭的步骤中使初始、中间和最后阶段的掺杂剂的掺杂浓度均匀。例如，涂覆有碳基材料的部分的涂层厚度可以是但不限于5μm-50μm、5μm-40μm、10μm-40μm、10μm-30μm或10μm-25μm。

接下来，在所述籽晶上生长SiC单晶锭(步骤(2))。

根据一个实施方案，在步骤(2)在所述籽晶上生长SiC单晶锭的步骤是升华步骤(1)中装载的SiC和涂覆有碳基材料的掺杂剂，以在所述籽晶上生长的步骤。

所述SiC的升华点为2000℃-2800℃。另外，所述掺杂剂的升华点为1800℃-2000℃，并且所述涂覆有碳基材料的掺杂剂的升华点为2000℃-2500℃。具体地，当所述涂覆有碳基材料的掺杂剂的升华点满足上述范围时，可以在类似于SiC的升华点的温度范围内升华所述掺杂剂。例如，所述涂覆有碳基材料的掺杂剂的升华点可以是但不限于2100℃-2500℃或2100℃-2300℃。

根据一个实施方案，步骤(2)中的温度可以为但不限于2000℃-2500℃、2200℃-2500℃或2250℃-2300℃。另外，步骤(2)中的压力可以是但不限于1Torr-150Torr、1Torr-100Torr或1Tor-50Torr。

根据一个实施方案，所述SiC单晶锭可具有0.1Ωcm-1×10¹⁰Ωcm的电阻率。例如，所述SiC单晶锭可具有但不限于0.1Ωcm-1×10⁵Ωcm、1Ωcm-1×10⁸Ωcm或10Ωcm-1×10⁵Ωcm的电阻率。

根据一个实施方案，所述SiC单晶锭的掺杂剂浓度为5.5×10¹⁶原子/立方厘米-1×10¹⁸原子/立方厘米。具体地，所述SiC单晶锭的掺杂剂浓度可以为5.5×10¹⁶原子/立方厘米-1.5×10¹⁷原子/立方厘米或1×10¹⁷原子/立方厘米-5×10¹⁷原子/立方厘米。

根据一个实施方案，所述SiC单晶锭具有95％-99.9％的纯度。例如，所述SiC单晶锭的纯度可以为但不限于95％-99.5％、97％-99.5％、98％-99.5％、98％-99％。

生长半绝缘碳化硅单晶锭的方法(2)

通常，为了生长SiC单晶锭，已经使用了将掺杂剂装载到多孔石墨容器中或通过合成使SiC中包含掺杂剂的方法。图2示出了用于生长半绝缘SiC单晶锭的常规反应容器的剖面图。图2示出了反应容器的结构，籽晶(20)固定在所述反应容器内上端，并且SiC(10)和装载有掺杂剂(40)的多孔石墨容器(50)装载于所述反应容器的内下部区域。

但是，该传统方法的缺点在于复杂并且增加了成本。由于在多孔石墨容器中形成的杂质而难以控制掺杂浓度，因此半绝缘SiC单晶锭的质量难以提高。另外，为了解决上述问题，粉碎SiC和掺杂剂，或者使用具有大粒径的原料。但是，该方法的缺点在于，需要对粉末进行单独的热处理步骤。

在根据一个实施方案的半绝缘SiC单晶锭生长的方法中，固化包含含碳聚合物树脂、溶剂、掺杂剂和SiC的组合物，然后生长SiC单晶锭，从而可以防止掺杂剂在SiC之前升华的现象。因此，可以最小化掺杂浓度相对于所述SiC单晶锭的厚度的不均匀性，从而提高了半绝缘SiC单晶锭的质量。

另外，根据本实施方案的生长半绝缘SiC单晶锭的方法，可可以抑制不期望的杂质混合并且容易地控制所述掺杂，并且可以容易地调节掺杂含量并防止某些区域的团聚。

因此，根据实施方案的生长半绝缘SiC单晶锭的方法可以提供具有提高的SiC单晶锭质量的半绝缘SiC单晶锭，同时赋予其半绝缘状态。

进一步地，由于均匀地供应原料，有利于提高所述SiC单晶锭的生长速率和质量，以及控制多晶型现象。即，如果使用4H-SiC，则可以在增加4H的生长速率的同时降低3C、6H和15R的生长速率。

图13示出了根据一个实施方案的用于生长半绝缘SiC单晶锭的反应容器的剖面图。图13示出了反应容器的结构，籽晶(20)固定在所述反应容器的内上端，并且固化的组合物(60)装载于所述反应容器的内下部。

根据一个实施方案的SiC单晶锭生长的方法包括：(a)将包含含碳聚合物树脂、溶剂、掺杂剂和SiC(碳化硅)的组合物装载到反应容器中；(b)固化所述组合物；以及(c)在反应容器中提供的所述籽晶上生长SiC单晶锭。

首先，将包含含碳聚合物树脂、溶剂、掺杂剂和SiC(碳化硅)的组合物装载到反应 容器中(步骤(a))。

所述反应容器可以是坩埚，并且由熔点高于SiC的升华温度的材料制成。例如，它可以但不限于由石墨制成。

所述组合物可装载到所述反应容器的内下部区域。

根据一个实施方案，可以密封装载有所述组合物的反应容器。在所述反应容器用一层或多层绝热材料包裹之后，将其放置在装有加热装置的反应室(例如石英管)中。所述绝热材料和所述反应室用于将所述反应容器的温度保持在SiC单晶生长的温度。

所述加热装置可以是感应加热装置或电阻加热装置。例如，可以使用高频电流流过的高频感应线圈来加热所述反应容器，从而将所述组合物加热到期望的温度，但不限于此。

所述含碳聚合物树脂的细节与以上步骤(1)中描述的相同。

基于所述组合物的总重量，所述组合物可包含1重量％-40重量％的含碳聚合物树脂。例如，基于所述组合物的总重量，所述组合物可以包含但不限于5重量％-35重量％、5重量％-30重量％、或10重量％-30重量％的含碳聚合物树脂。

所述溶剂的细节与上述步骤(1)中描述的相同。

根据一个实施方案，所述掺杂剂可以是选自钒(V)、铬(Cr)、锰(Mn)和钴(Co)组成的组中的至少一种。例如，所述掺杂剂可以是过渡元素(过渡金属)并且可以是钒。具体地，钒可以在SiC晶体中的施主或受主的任何状态下形成深能级，并补偿浅施主杂质或浅受主杂质，从而使晶体具有高的抗性，即半绝缘状态。

基于所述组合物的总重量，所述组合物可以包含1重量％-20重量％的掺杂剂。例如，基于所述组合物的总重量，所述组合物可以包含5重量％-17重量％、5重量％-15重量％、或10重量％-15重量％的掺杂剂，但不限于此。

所述SiC的细节与以上步骤(1)中描述的相同。

接下来，为了SiC单晶锭生长，固化所述组合物(步骤(b))。

具体地，步骤(b)中的固化是通过干燥、硬化以及碳化或石墨化所述组合物实现的。

根据一个实施方案，所述干燥可以在50℃-350℃的温度范围内进行。另外，所述硬化可以在100℃-400℃的温度范围内进行。具体地，当满足上述干燥和硬化条件时，有利于所述组合物的碳化或石墨化。例如，所述干燥可以在50℃-350℃或50℃-300℃的温度范围内进行1小时-5小时，但不限于此。另外，所述硬化可以在100℃-400℃或150℃-400℃的温度范围内进行1小时-10小时，但不限于此。

根据一个实施方案，所述碳化或石墨化在200℃-2200℃的温度范围内和1Torr-1500Torr的压力条件下进行。具体地，当满足上述碳化或石墨化条件时，有利于所述组合物的碳化或石墨化。例如，将经过干燥和硬化步骤的掺杂剂在300℃-600℃的温度范围内和500Torr-700Torr的压力条件下进行热处理，然后在2000℃-2200℃的温度范围内和500Torr-800Torr的压力条件下碳化或石墨化。另外，所述碳化或石墨化可以进行2-5小时，但不限于此。

根据一个实施方案，所述碳化或石墨化是指在惰性气氛中的热处理。惰性气氛可以是但不限于氮气气氛或氩气气氛。

根据一个实施方案，进行步骤(b)的所述组合物是填充所述反应容器的整个内底侧和一部分内壁侧的固体。在这种情况下，在SiC单晶锭的生长中，可以防止SiC由于热振动而反弹并粘附在所述籽晶上，也可以防止干扰SiC通量分布的形成。另外，可以抑制不期望的杂质混合并防止某些区域的团聚。

根据另一个实施方案，进行步骤(b)的所述组合物可以是丸状固体。

根据另一个实施方案，所述方法可以进一步包括(a')在步骤(a)之前将丸状模具装载到所述反应容器中。由所述丸状模具制备的丸状可以是圆柱状或多角柱状。例如，它可以是但不限于诸如圆形、三角形、正方形、五边形、六边形、八边形或星形的几何形状。

将通过步骤(a′)、(a)和(b)固化的所述组合物与丸状模具分离，从而获得丸状固体。由于制备SiC单晶锭的所述组合物可以以丸状固体形式制备，因此可以提高储存便利性以及耐热性和耐湿性。

根据另一个实施方案，将SiC装载到反应容器的下部区域，然后可以将丸状固体装载到预期的位置。具体地，如图2所示，所述丸状固体可以如装载到常规多孔石墨容器那样装载在所述反应容器的下部区域。因此，丸状固体具有易于控制掺杂的优点。无论所述反应容器的结构如何均可自由使用，易于保存，并且可以提高耐热性和耐湿性。

根据一个实施方案，在步骤(b)中不生长SiC单晶锭。

接下来，在所述反应容器提供的所述籽晶上生长SiC单晶锭(步骤(c))。

所述籽晶可以固定在所述反应容器的内上端。作为籽晶，根据要生长的晶体的种类，可以使用具有各种晶体结构的任何籽晶，例如4H-SiC、6H-SiC、3C-SiC和15R-SiC。

根据一个实施方案，在所述籽晶上生长SiC单晶锭的步骤是使进行步骤(b)的所述组合物升华以在所述籽晶上生长的步骤。

步骤(c)中所述组合物的升华点为2000℃-2500℃。具体地，当所述组合物的升华点满足上述温度范围时，可以在类似于SiC的升华点的温度范围内升华所述掺杂剂。例如，所述组合物的升华点可以是但不限于2100℃-2500℃或2100℃-2300℃。

根据一个实施方案，步骤(b)中的温度可以是但不限于2000℃-2500℃、2200℃-2500℃或2250℃-2300℃。另外，步骤(b)中的压力可以是但不限于1Torr-150Torr、1Torr-100Torr或1Torr-50Torr。

所述SiC单晶锭的电阻率、掺杂剂浓度和纯度的细节与上述步骤(2)中描述的相同。

用于生长碳化硅单晶锭的装置

通常，为了生长SiC单晶锭，已经使用了将掺杂剂装载到多孔石墨容器中或通过合成使SiC中包含掺杂剂的方法。

图21示出了用于生长SiC单晶锭的常规装置的剖面图。具体地，图21示出了用于生长SiC单晶锭的装置，其中，在反应容器(200')的内上端形成有反应容器盖(700')，并且将籽晶(100')固定在所述反应容器盖(700')的下端，在反应容器的上部区域和下部区域分别形成晶锭生长单元(300')和原料收纳单元(400')，并且在原料收纳单元(400')中形成装载有掺杂剂的石墨容器(800')。

但是，该传统方法的缺点在于复杂并且增加了成本。由于由于在多孔石墨容器中形成的杂质而难以控制掺杂浓度，因此很难提高SiC单晶锭的质量。另外，为了解决上述问题，需要粉碎SiC和掺杂剂，或者使用具有大粒径的原料。但是，该方法的缺点在于，需要对粉末进行单独的热处理步骤。

此外，为了生长具有大直径的SiC单晶锭，增加了传统的用于生长SiC单晶锭的装置中的反应容器(200')的尺寸，这需要大量的能量来将SiC加热到一定温度，以使其长成大直径。此外，存在如下缺点：温度梯度不均匀，因为热量不能很好地传递到所述晶锭生长单元(300')的中心，并导致晶锭的质量劣化。

图20示出了根据一个实施方案的用于生长SiC单晶锭的装置的剖面图。图20示出了用于生长SiC单晶锭的装置，其中，在反应容器(200)的内上端形成反应容器盖(700)，在所述反应容器盖(700)的下端固定有籽晶(100)；在所述反应容器的下部区域形成过滤单元(500)，所述过滤单元(500)包括形成所述反应容器的内部中心的开口单元(510)和围绕所述开口单元的多孔体(520)；在所述多孔体和所述反应容器的内壁之间形成原料收纳单元(400)；在所述原料收纳单元的上端和所述多孔体的上端形成阻隔单元(600)。

根据一个实施方案的用于SiC单晶锭生长的装置，所述原料收纳单元(400)形成于所述多孔体(520)和所述反应容器的内壁之间。这是经济的，因为可以减少SiC单晶锭生长所需的能量。

另外，根据一个实施方案的用于SiC单晶锭生长的装置适用于制备具有大直径的SiC单晶锭。

此外，在根据一个实施方案的用于SiC单晶锭生长的装置，所述多孔体(520)是通过碳化或石墨化包含含碳聚合物树脂、SiC、掺杂剂和溶剂的SiC组合物制备得到的。所述多孔体(520)包括孔(523)、流路(524)和孔壁(525)，并且所述阻隔单元(600)形成于所述原料收纳单元(400)的上端和所述多孔体(520)的上端。因此，即使在所述反应容器(200)受热的情况下，与SiC相比，掺杂剂也不会首先升华。具体地，当所述反应容器(200)受热时，所述原料收纳单元(400)中的固态SiC升华成气体，其通过所述多孔体(520)移动到开口单元(510)，然后在晶锭生长单元(300)的下方区域升华成固体，从而生长出SiC单晶锭。

因此，根据实施方案的用于生长SiC单晶锭的装置可以最小化未反应的原料量，从而降低成本。

另外，根据实施方案的用于生长SiC单晶锭的装置，可以最小化所述晶锭生长单元内的温度梯度的不均匀性，从而可以制备具有增强的形状、生长速率和质量的SiC单晶锭。具体地，如果所述晶锭生长单元(300)中的温度梯度不均匀，则所述SiC单晶锭可以以凸形生长。然而，当根据一个实施方案的用于生长SiC单晶锭的装置中的所述晶锭生长单元(300)中的温度梯度是均匀的，可以使SiC单晶锭以平坦的形状生长。

此外，由于通过均匀的温度梯度均匀地供应原料，因此有利于提高SiC单晶锭的生长速率和质量，以及控制多晶型现象。即，如果使用4H-SiC，则可以在增加4H的生长速率的同时降低3C、6H和15R的生长速率。

此外，根据实施方案的用于SiC单晶锭生长的装置，可以抑制不期望的杂质混合并且容易地控制所述掺杂。

根据一个实施方案的用于SiC单晶锭生长的装置包括籽晶(100)和反应容器(200)，其中，所述反应容器(200)包括晶锭生长单元(300)、过滤单元(500)、原料收纳单元(400)和阻隔单元(600)；并且所述过滤单元(500)包括开口单元(510)和多孔体(520)。

具体地，根据一个实施方案的用于SiC单晶锭生长的装置包括籽晶(100)，所述籽晶(100)具有预先设定的直径；和反应容器(200)，当所述籽晶固定在所述反应容器中时，所述反应容器(200)用于在所述籽晶的表面上生长晶锭，其中，所述反应容器(200)包括：晶锭生长单元(300)，所述晶锭生长单元形成所述反应容器的上方区域的至少一部分，并将籽晶固定在上端；过滤单元(500)，所述过滤单元包括形成内部中心的开口单元(510)和围绕所述开口单元的多孔体(520)，当所述多孔体位于所述籽晶下部时，所述多孔体形成所述反应容器的下部区域的至少一部分；原料收纳单元(400)，所述原料收纳单元位于所述多孔体和所述反应容器的内壁之间，形成所述反应容器的下部区域的至少一部分，并且所述原料收纳单元收纳所述晶锭于其中；以及阻隔单元(600)，所述阻隔单元位于所述原料收纳单元的上端和所述多孔体的上端。

另外，根据另一实施方案的用于SiC单晶锭生长的装置还包括反应容器盖(700)，其形成于所述反应容器(200)的内上端，其中，所述籽晶可以固定到所述反应容器盖的下端。

籽晶(100)

根据一个实施方案，所述籽晶(100)可以固定到所述反应容器(200)的内上端。具体地，可以将所述籽晶(100)固定到所述反应容器盖(700)的下端。

另外，作为籽晶(100)，根据要生长的晶体的种类，可以使用具有各种晶体结构的任何籽晶(100)，例如4H-SiC、6H-SiC、3C-SiC和15R-SiC。

根据一个实施方案，所述籽晶的直径(a)为4英寸或更大。具体地，所述籽晶的直径(a)可以是4英寸-50英寸。更具体地，所述籽晶的直径(a)可以为但不限于4英寸-30英寸、4英寸-20英寸、4英寸-15英寸、4英寸-10英寸或4英寸-8英寸。

根据一个实施方案，在所述籽晶(100)的下端生长的SiC单晶锭的直径可以是4英寸或更大或者6英寸或更大。具体地，在所述籽晶(100)的下端生长的SiC单晶锭的直径可以是但不限于4英寸-55英寸、4英寸-35英寸、4英寸-25英寸、4英寸-15英寸、6英寸-55英寸、6英寸-35英寸、6英寸-20英寸、6英寸-15英寸或4英寸-8英寸。

根据另一个实施方案，在所述籽晶(100)的下端生长的SiC单晶锭的直径可以等于或大于籽晶的直径(a)。

反应容器(200)

所述反应容器(200)可以是坩埚，并且由熔点升华温度为2600℃-3000℃的材料制成。例如，它可以但不限于由石墨制成。

在一个实施方案中，所述反应容器(200)可以具有内部空间，并且可以具有其顶部开口的形状。

根据一个实施方案的用于SiC单晶锭生长的装置可以进一步包括包裹所述反应容器(200)的绝热材料。

根据另一个实施方案，可以密封装载有用于晶锭的材料的所述反应容器。在反应容器(200)用一层或多层绝热材料包裹之后，将其放置在装有加热装置的反应室(例如石英管)中。所述绝热材料和所述反应室用于将所述反应容器(200)的温度保持在SiC单晶生长的温度。

所述加热装置可以是感应加热装置或电阻加热装置。例如，可以使用高频电流流过的高频感应线圈来加热所述反应容器，从而将所述原料加热到预期的温度，但不限于此。

晶锭生长单元(300)和原料收纳单元(400)

根据一个实施方案，所述反应容器(200)包括晶锭生长单元(300)，所述晶锭生长单元形成所述反应容器的上部区域的至少一部分，并将籽晶(100)固定在上端。

具体地，在所述反应容器(200)受热时，所述原料收纳单元(400)中固态的SiC升华为气体，并通过所述多孔体(520)向所述开口单元(510)移动；然后在所述晶锭生长单元(300)的下部升华为固体，从而生长SiC单晶锭。

根据另一个实施方案，所述反应容器(200)包括位于所述多孔体(520)和所述反应容器的内壁之间的原料收纳单元(400)，所述原料收纳单元形成所述反应容器的下部区域的至少一部分，并收纳所述晶锭的原料。

根据一个实施方案，所述原料是SiC粉末，并且所述粉末的颗粒的平均直径可以是10μm-5000μm。例如，所述SiC颗粒的尺寸可以是但不限于50μm-3000μm或100μm-1000μm。

在一个实施方案中，所述SiC可具有90重量％-99重量％的纯度。具体地，SiC可以具有但不限于91重量％-97重量％或93重量％-95重量％的纯度。

过滤单元(500)

根据一个实施方案，所述过滤单元(500)包括开口单元(510)和围绕所述开口单元的多孔体(520)。

具体地，所述反应容器(200)包括过滤单元(500)，所述过滤器单元(500)包括形成所述反应容器的内部中心的开口单元(510)和围绕所述开口单元(510)的多孔体(520)，并且当位于所述籽晶(100)下部时，形成所述反应容器下部区域的至少一部分。

根据一个实施方案，所述过滤单元(500)可以形成所述反应容器(200)的内部中心。

在一个实施方案中，所述过滤单元(500)可以是圆柱形或多边形的柱状。例如，所述过滤单元(500)的横截面可以是但不限于诸如圆形、三角形、正方形、五边形、六边形、八边形或星形的几何形状。

图22示出了根据一个实施方案的用于SiC单晶锭生长的装置的过滤单元(500)。图22示出了具有圆柱形形状的过滤单元(500)，其中形成有开口单元(510)，并形成多孔体(520)以包围所述开口单元(510)。

图23示出了根据一个实施方案的用于SiC单晶锭生长的装置的另一过滤单元。图23示出了具有方柱形状的过滤单元(500)，其中形成有开口单元(510)，并形成多孔体(520)以包围所述开口单元(510)。

在一个实施方案中，所述多孔体(520)可以由包含含碳聚合物树脂、SiC、掺杂剂和溶剂的SiC组合物制备。

所述含碳聚合物树脂包括选自酚醛树脂、聚丙烯酰胺树脂和热固性树脂组成的组中至少一种。

所述酚醛树脂可以是选自酚醛清漆树脂和甲阶酚醛树脂组成的组中的一种或多种，但不限于此。

所述聚丙烯酰胺树脂可以是聚酰胺酸树脂，但不限于此。

所述热固性树脂可以是选自聚氨酯树脂、三聚氰胺树脂和醇酸树脂组成的组中的一种或多种，但不限于此。

所述SiC为粉末形式，并且所述粉末颗粒的平均直径可以为10μm-5000μm。例如，所述SiC颗粒的尺寸可以是但不限于50μm-3000μm或100μm-1000μm。

在一个实施方案中，所述SiC可具有90重量％至99重量％的纯度。具体地，所述SiC可以具有但不限于91重量％-97重量％或93重量％-95重量％的纯度。

所述掺杂剂可以是选自钒(V)、铬(Cr)、锰(Mn)和钴(Co)组成的组中的至少一种。例如，所述掺杂剂可以是过渡金属。具体地，所述掺杂剂是钒。例如，钒可以在SiC晶体中的施主或受主的任何状态下形成深能级，并补偿浅施主杂质或浅受主杂质，从而使晶体具有高的抗性，即半绝缘状态。

基于所述SiC组合物的总重量，所述SiC组合物可以包含1重量％-20重量％的掺杂剂。例如，基于所述SiC组合物的总重量，所述SiC组合物可包含但不限于5重量％-17重量％、5重量％-15重量％或10重量％-15重量％的掺杂剂。

根据一个实施方案，所述溶剂可以是选自乙醇、甲醇、丙酮、二甲基甲酰胺和二甲基亚砜组成的组中的一种或多种。具体地，所述溶剂可以是乙醇，但不限于此。

基于所述SiC组合物的总重量，所述SiC组合物可以包含1重量％-20重量％的溶剂。例如，基于所述SiC组合物的总重量，所述SiC组合物可包含但不限于5重量％-17重量％、5重量％-15重量％或10重量％-15重量％的溶剂。

基于所述SiC组合物的总重量，所述SiC组合物可包含1重量％-40重量％的含碳聚合物树脂。例如，基于所述SiC组合物的总重量，所述SiC组合物可以包含但不限于5重量％-35重量％、5重量％-30重量％、或10重量％-30重量％的含碳聚合物树脂。

根据一个实施方案，所述溶剂可以是选自乙醇、甲醇、丙酮、二甲基甲酰胺和二甲基亚砜组成的组中的一种或多种。具体地，所述溶剂可以是乙醇，但不限于此。

基于所述SiC组合物的总重量，所述SiC组合物可以包含1重量％-20重量％的溶剂。例如，基于所述SiC组合物的总重量，所述SiC组合物可包含但不限于5重量％-17重量％、5重量％-15重量％或10重量％-15重量％的溶剂。

在一个实施方案中，所述多孔体通过碳化或石墨化所述SiC组合物制备。

具体地，所述多孔体通过干燥、硬化以及碳化或石墨化所述SiC组合物制备得到。

根据一个实施方案，所述干燥可以在30℃-400℃或50℃-350℃的温度范围内进行。另外，所述硬化可以在30℃-400℃或100℃-400℃的的温度范围内进行。当满足上述干燥和硬化条件时，将有利于所述SiC组合物的碳化或石墨化。

例如，所述干燥可以在30℃-400℃、50℃-350℃或50℃-300℃的温度范围内进行1小时-5小时，但不限于此。另外，所述硬化可以在30℃-400℃、100℃-400℃或150℃-400℃的温度范围内进行1小时-10小时，但不限于此。

根据一个实施方案，所述碳化或石墨化在200℃-2,200℃的温度范围内和1Torr-1500Torr的压力条件下进行。当满足温度和压力条件时，将有利于所述SiC组合物的碳化或石墨化。

例如，将经过干燥和硬化步骤的所述SiC组合物在300℃-600℃的温度范围和500Torr-700Torr的压力条件下进行热处理，然后在2000℃-2200℃的温度范围内、500Torr-800Torr的压力条件理碳化或石墨化。另外，所述碳化或石墨化可以进行1-5小时或2-5小时，但不限于此。

根据一个实施方案，所述碳化或石墨化是指在惰性气氛中的热处理。惰性气氛可以是但不限于氮气气氛或氩气气氛。

在一个实施方案中，所述多孔体(520)可包括孔(523)、流路(524)和孔壁(525)。具体地，由于所述多孔体(520)包括孔(523)、流路(524)和孔壁(525)，所以与掺杂剂反应的原料可以均匀地移动，并且与现有技术相比，C/Si比增加，可以提高多晶型物的稳定性。

在一个实施方案中，所述孔的直径(D11)可以在1μm-500μm的范围内。例如，其可以是但不限于10μm-400μm、25μm-300μm、50μm-200μm或75μm-100μm。

在另一个实施方案中，所述多孔体的具体比表面积可以为1000m²/g-4000m²/g。例如，它可能是但不限于1200m²/g-3500m²/g、1300m²/g-3000m²/g、1400m²/g-2500m²/g或1500m²/g-2000m²/g。

在一个实施方案中，所述多孔体(520)可以包括外周表面(522)和内周表面(521)。所述多孔体的厚度(T1)是指多孔体的外周面(522)与内周面(521)之间的平均厚度。

在一个实施方案中，所述多孔体的厚度(T1)可以为5mm-20mm。例如，其可以是但不限于7mm-20mm、7mm-18mm、10mm-18mm或10mm-16mm。

在一个实施方案中，所述开口单元的直径(D1)可以是所述籽晶的直径(a)的15％-40％。例如，所述开口单元的直径(D1)可以是但不限于所述籽晶的直径(a)的15％-35％、17％-35％、17％-33％、20％-33％、20％-30％、23％-30％、或25％-30％。另外，如果所述开口单元具有多角柱形状，则具有多角柱形状的开口单元的直径是指具有与多边形相同的面积的圆的直径。

阻隔单元(600)

根据一个实施方案，所述反应容器(200)包括位于所述原料收纳单元(400)的上端和多孔体(520)的上端的阻隔单元(600)。

由于阻隔单元(600)位于所述原料收纳单元(400)的上端和所述多孔体(520)的上端，可以最小化未反应的原料量，从而减少成本。另外，可以抑制不期望的杂质混合并易于控制掺杂。

图24示出了根据一个实施方案的用于生长SiC单晶锭的装置的阻隔单元(600)。图24示出了具有内部空间的阻隔单元(600)。

在一个实施方案中，所述开口单元的直径(D1)大于或等于所述阻隔单元的内径(D2)。

在一个实施方案中，所述开口单元的直径(D1)与所述阻隔单元的内径(D2)之比可以为1:0.8-1:1。例如，它可以是但不限于1:0.9或1:1。

在一个实施方案中，所述阻隔单元(600)可包括选自石墨、钽(Ta)、碳化钽(TaC)、钨(W)和碳化钨(WC)组成的组的至少一种。

在一个实施方案中，所述阻隔单元的厚度(T2)可以是1mm-10mm。例如，其可以是但不限于3mm-10mm、3mm-8mm或5mm-8mm。

反应容器盖(700)

根据一个实施方案的用于SiC单晶锭生长的装置还包括位于反应容器(200)的内上端的反应容器盖(700)，其中，所述籽晶(100)固定在反应容器盖(700)的下端。

所述SiC单晶锭的电阻率和纯度的细节与上述步骤(2)中描述的相同。

根据一个实施方案，通过用于SiC单晶锭生长的装置制备的SiC单晶锭的掺杂剂浓度为1×10¹⁵原子/立方厘米-5×10¹⁷原子/立方厘米。具体地，所述SiC单晶锭的掺杂剂浓度可以为但不限于5×10¹⁵原子/立方厘米-1×10¹⁷原子/立方厘米或1×10¹⁶原子/立方厘米-5×10¹⁶原子/立方厘米。

实施发明的方式

在下文中，将参考实施例详细描述本发明。以下实施例仅用于说明本发明，本发明的范围不限于此。

实施例1

80重量％的酚醛树脂(产品名称：KC-5536，制造商：Kangnam Chemical)作为含碳聚合物树脂，与18重量％乙醇溶剂(制造商：OCI)、和2重量％钒掺杂剂混合。将其在200℃下干燥3小时，然后在400℃下硬化2小时。在500℃和700Torr的条件下进行热处理，在2000℃和760Torr的条件下碳化或石墨化5小时，然后粉碎以制备涂覆有碳基材料且具有10μm的平均粒径的掺杂剂。

将籽晶安装在石墨坩埚的内上端，然后装载SiC粉和涂覆有碳基材料的掺杂剂。将坩埚用绝热材料包裹，并放置在设有加热线圈的反应室中。将坩埚内部抽真空，并向其中缓慢充入氩气。另外，将坩埚中的温度升高至2400℃，并将压力升高至700Torr。此后，逐渐降低压力以达到30Torr，并且在这些条件下在籽晶上SiC单晶锭生长50小时以制备半绝缘SiC单晶锭。

对比例1

以与上述实施例相同的方式制备半绝缘SiC单晶锭，除了使用装载有掺杂剂的多孔石墨容器代替涂覆有碳基材料的掺杂剂。

[评价例1-1：掺杂浓度的测定]

使用SIMS(secondary ion mass spectrometry，二次离子质谱法)测定实施例1和对比例1中制备的半绝缘SiC单晶锭的掺杂浓度。结果如下表1所示。

[表1]

	掺杂浓度(原子/立方厘米)
		实施例1	1.1×10<sup>17</sup>
对比例1	5.3×10<sup>16</sup>

如上表1所示，实施例1制备的半绝缘SiC单晶锭的掺杂剂浓度大于对比例1制备的半绝缘SiC单晶锭的掺杂剂浓度。

[评价例1-2：表面图像的评价]

使用光学显微镜用肉眼评价实施例1和对比例1中制备的半绝缘SiC单晶锭的表面图像。

图3示出了实施例1的半绝缘SiC单晶锭的表面图像。图4示出了对比例1的半绝缘SiC单晶锭的表面图像。

如图3所示，在实施例1制备的半绝缘SiC单晶锭中，在生长SiC单晶锭的步骤中掺杂浓度保持均匀，使得掺杂剂很少沉淀。相反，如图4所示，在对比例1的半绝缘SiC单晶锭中，在生长SiC单晶锭的步骤中发生了过量的掺杂，从而使掺杂剂沉淀。

[评价例1-3：生长步骤中的掺杂浓度的变化]

对于在实施例1和对比例1中制备的半绝缘SiC单晶锭，使用衬底处理评估了SiC单晶锭在籽晶上生长的初始、中间和最后阶段的掺杂浓度图像变化。

图5-7示出了实施例1制备的半绝缘SiC单晶锭的生长的初始、中间和最后阶段的掺杂浓度。图8-10示出了对比例1制备的半绝缘SiC单晶锭的生长的初始、中间和最后阶段的掺杂浓度。

如图5-7所示，实施例1制备的半绝缘SiC单晶锭在整个衬底上均一透明。相反，如图8-10所示，对比例1制备的半绝缘SiC单晶锭具有部分暗色和不均匀的颜色分布。

[评价例1-4：晶锭表面和UV图像的评价]

使用UV灯照射，用肉眼评价实施例1和对比例1中制备的半绝缘SiC单晶锭的UV图像。

图11示出了实施例1的半绝缘SiC单晶锭的UV图像。图12示出了对比例1的半绝缘SiC单晶锭的UV图像。

图11和12的UV图像证实了多晶型物的控制。具体地，绿色表示4H，红色表示6H，黑色表示15R。如图11所示，在实施例1制备的半绝缘SiC单晶锭中，均匀地形成了所需的4H。相反，如图12所示，在对比例1制备的半绝缘SiC单晶锭中，部分形成了4H、6H和15R，导致SiC单晶锭的质量较差。

实施例2

80重量％的酚醛树脂(产品名称：KC-5536，制造商：Kangnam Chemical)作为含碳聚合物树脂，与18重量％乙醇溶剂(制造商：OCI)、和2重量％钒掺杂剂混合。将其在200℃下干燥3小时，然后在400℃下硬化2小时。在500℃和700Torr的条件下进行热处理，在2000℃和760Torr的条件下碳化或石墨化5小时以固化组合物。

将籽晶安装在石墨坩埚的内上端，然后将坩埚用绝热材料包裹，并放置在设有加热线圈的反应室中。将坩埚内部抽真空，并向其中缓慢充入氩气。另外，将坩埚中的温度升高至2400℃，并将压力升高至700Torr。此后，逐渐降低压力以达到30Torr，并且在这些条件下在籽晶上SiC单晶锭生长50小时以制备半绝缘SiC单晶锭。

对比例2

以与上述实施例相同的方式制备半绝缘SiC单晶锭，除了使用装载有掺杂剂的多孔石墨容器代替固化的组合物。

[评价例2-1：掺杂浓度的测定]

使用SIMS(二次离子质谱法)测定实施例2和对比例2中制备的半绝缘SiC单晶锭的掺杂浓度。结果如下表2所示。

[表2]

	掺杂浓度(原子/立方厘米)
		实施例	1.3×10<sup>17</sup>
对比例	5.3×10<sup>16</sup>

如上表2所示，实施例2制备的半绝缘SiC单晶锭的掺杂剂浓度大于对比例2制备的半绝缘SiC单晶锭的掺杂剂浓度。

[评价例2-2：残留粉末截面图像的评价]

用肉眼评价在实施例2和对比例2中制备的半绝缘SiC单晶锭的残留粉末截面图像。

图14示出实施例2的半绝缘SiC单晶锭的残留粉末的截面图例。图15示出对比例2的半绝缘SiC单晶锭的残留粉末的截面图像。

如图14所示，在实施例2制备的半绝缘SiC单晶锭中，在整个区域内均匀地进行了升华。相反，如图15所示，在对比例2的半绝缘SiC单晶锭中，升华主要发生在多孔容器所在的位置(70)。

[评价例2-3：UV图像的评价]

使用UV灯照射，用肉眼评价实施例2和对比例2中制备的半绝缘SiC单晶锭的UV图像。

图16示出了实施例2的半绝缘SiC单晶锭的UV图像。图17示出了对比例2的半绝缘SiC单晶锭的UV图像。

图16和17的UV图像证实了多晶型物的控制。具体地，绿色表示4H，红色表示6H，黑色表示15R。

如图16所示，在实施例2制备的半绝缘SiC单晶锭中，均匀地形成了所需的4H。相反，如图17所示，在根据对比例2制备的半绝缘SiC单晶锭中，部分形成了4H、6H和15R，导致SiC单晶锭的质量较差。

[评价例2-4：表面图像的评价]

使用光学显微镜评价在实施例2和对比例2中制备的半绝缘SiC单晶锭的表面图像。

图18示出实施例2的半绝缘SiC单晶锭的表面图像。图19示出对比例2的半绝缘SiC单晶锭的表面图像。

如图18所示，在实施例2的SiC单晶锭生长的步骤中，均匀保持掺杂浓度，因此掺杂剂几乎不沉淀。相反，如图19所示，在对比例2中发生了过量的掺杂，由此掺杂剂沉淀。

实施例3

使用如图20所示的用于生长SiC单晶锭的装置制备SiC单晶锭。

10重量％的酚醛树脂(产品名称：KC-5536，制造商：Kangnam Chemical)作为含碳聚合物树脂，与70重量％乙醇溶剂(制造商：OCI)、和18重量％钒掺杂剂混合。将其在500℃和700Torr的条件下进行热处理，在2000℃和760Torr的条件下碳化或石墨化5小时，以制备多孔体。

将籽晶安装在石墨坩埚的内上端，然后将坩埚用绝热材料包裹，并放置在设有加热线圈的反应室中。将坩埚内部抽真空，并向其中缓慢充入氩气。另外，将坩埚中的温度升高至2400℃，并将压力升高至700Torr。此后，逐渐降低压力以达到30Torr，并且在这些条件下在籽晶上SiC单晶锭生长50小时以制备具有约6英寸的直径的SiC单晶锭。

对比例3

以与上述实施例相同的方式制备SiC单晶锭，除了使用如图21所示的用于生长SiC单晶锭的常规装置。

[评价例3-1：UV图像和残留粉末的评价]

使用UV灯用肉眼评价在实施例3和对比例3中制备的SiC单晶锭的UV图像和残留粉末。

图25示出实施例3的SiC单晶锭的UV图像。图26示出对比例3的SiC单晶锭的UV图像。

图25和26的UV图像证实了多晶型物的控制。具体地，绿色表示4H，红色表示6H，黑色表示15R。如图25所示，在实施例3制备的SiC单晶锭中，均匀地形成了所需的4H。相反，如图26所示，在对比例3制备的SiC单晶锭中，部分地形成了4H、6H和15R，导致SiC单晶锭的质量差。

Claims (8)

1.一种生长SiC单晶锭的方法，其包括：

（1）将SiC（碳化硅）和涂覆有碳基材料的掺杂剂装载到装有籽晶的反应容器中；以及

（2）在所述籽晶上生长SiC单晶锭。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述碳基材料为炭黑、石墨或其组合。

3.如权利要求1所述的方法，其中，所述涂覆有碳基材料的掺杂剂通过干燥、硬化、碳化或石墨化制备；以及粉碎包含含碳聚合物树脂、溶剂和掺杂剂的组合物。

4.如权利要求3所述的方法，其中，所述含碳聚合物树脂包括选自酚醛树脂、聚丙烯酰胺树脂和热固性树脂组成的组中的至少一种。

5.如权利要求3所述的方法，其中，所述干燥在50℃-350℃的温度范围内进行，并且所述硬化在100℃-400℃的温度范围内进行。

6.如权利要求3所述的方法，其中，所述碳化或石墨化在200℃-2200℃的温度范围内和1 Torr-1500 Torr的压力条件下进行。

7.如权利要求1所述的方法，其中，所述掺杂剂包括选自钒（V）、铬（Cr）、锰（Mn）和钴（Co）组成的组中的至少一种。

8.如权利要求1所述的方法，其中，所述涂覆有碳基材料的掺杂剂的粒径为1 μm-2000μm。

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