CN114292129A - 利用溶液法在石墨件表面沉积碳化硅涂层的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用溶液法在石墨件表面沉积碳化硅涂层的方法，将石墨件进行超声清洗和氧等离子体表面处理；在坩埚内装入Si和Cr，Cr作为金属助溶液，将石墨件与提拉杆固定，并放置于真空腔室内，炉腔内充入高纯氩气气体并开启加热系统，进行加热，达到预定温度使金属助溶液融化；将石墨件下降至液面以下，石墨件按照15‑30r/s的转速与40‑120μm/h的提拉速度进行运动，坩埚按相反方向转动；在此过程中实现石墨件的涂层沉积；沉积结束后，将石墨件拉离液面，缓慢降温后即生长过程结束。该方法获得的涂层具有更高致密度，高纯度，高均匀性，与石墨附着力更强，涂层厚度可在1μm‑500μm，且成本更低。

Description

利用溶液法在石墨件表面沉积碳化硅涂层的方法
技术领域
本发明涉及宽禁带半导体单晶生长和外延所需的特殊石墨制品技术领域，具体而言，是一种利用溶液法在石墨件表面涂覆碳化硅的方法。
背景技术
宽禁带半导体单晶材料，指禁带宽度高于2.2 eV以上的半导体材料，随着器件性能和应用环境的需求，宽禁带半导体的种类也在拓宽，该类材料普遍具有禁带宽度大、击穿电场强度高、热导率高、抗辐射能力强、电子饱和迁漂移速度高的特点。主要包括碳化硅。宽禁带半导体材料是光电子集成器件、太阳能发电的材料基础和支撑，在半导体、电路元件、紫外光侦查器及新能源汽车代表的新兴领域拥有巨大的应用潜力。石墨，具有耐高温、耐腐蚀、化学稳定性强的特点，是宽禁带半导体单晶材料生长和外延过程中的重要原材辅料。
宽禁带半导体单晶生长或外延是在较高的温度下进行，温度在1000-2500℃，并且环境气氛中存在腐蚀性气体，如气相传输法生长碳化硅的硅气氛，气相传输法生长氮化铝的铝气氛，氢化物气相外延法氮化镓的氯化氢，以及生长过程中的氢气等。而石墨作为宽禁带半导体单晶生长重要的原材辅料，其纯度、高温耐受性和耐腐蚀性将直接影响单晶生长的质量和良率。如石墨在高温环境中使用易粉化，进而影响单晶的质量；或者石墨部件与单晶之间的热膨胀或者导热系数的差异易引起晶体内部较大的应力。
因此，有必要对石墨制品涂层技术进行改进，从而提高半导体单晶材料的品质，提高石墨部件的使用寿命。
发明内容
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种利用溶液法在石墨件表面沉积碳化硅涂层的方法，包括如下步骤：
步骤一：将石墨件进行超声清洗和氧等离子体表面处理；
石墨加工后表面会有一定厚度的损伤，镶嵌了一些碎屑，因此必须进行超声清洗，将破碎层去掉，采用氧等离子体表面处理工艺对高纯石墨件的表面进行处理，研究处理功率和时间对石墨件表面的微观形貌、粗糙度、表面能等影响，从而增强涂层与石墨件基底的界面结合作用，有效缓解热应力和热膨胀系数失配导致涂层开裂或脱落等现象。
步骤二：在坩埚内装入Si和Cr，其中Cr作为金属助溶液，将石墨部件与提拉杆固定，并放置于真空腔室内，将真空腔炉腔密封后，开启真空泵，将压强抽至 1×10-4Pa以下，去除背景气体；
步骤三：炉腔内充入高纯氩气气体至50000 Pa-150000 Pa，开启加热系统，进行加热，升温速率为350-500℃/h；达到预定温度使金属助溶液融化；
步骤四：将石墨件下降至液面以下，石墨件按照15-30r/s的转速与40-120μm/h的提拉速度进行运动，坩埚按相反方向转动；在此过程中实现石墨件的涂层沉积；
步骤五：沉积结束后，将石墨件拉离液面，缓慢降温后即生长过程结束；
步骤六：取出石墨件，将石墨件经过酸洗去除多余的金属助溶液，并在真空环境下烘干处理。
进一步地，步骤二中，碳化硅体系中助溶液为Cr-Si，以质量比计，Cr30%-70%，Si70%-30%。
进一步地，步骤三中，当达到预定温度时，此时碳化硅体系的温度为1500-1700℃。
进一步地，步骤三中，助溶液融化后，恒温保持一段时间以保证溶液体系中碳化硅形成，其中，碳化硅体系恒温1-43小时。
进一步地，步骤四中，在提拉过程中以4-10℃/min的降温速率实现石墨件的涂层沉积。
本发明提出了一种在石墨件表面涂覆碳化硅的新方法，。是利用金属作为助溶液，以硅和碳作为源材料、在一定温度和压力条件下，提高溶剂中碳化硅的溶解度，通过系统设置一定转速及提拉速度向上匀速转动的同时，在石墨件表面均匀生长成核。同时石墨件采用中空结构使表面温度低于溶液温度，利用浓度梯度或者温度梯度在石墨表面定向沉积，致使在低温的石墨件表面均匀沉积高致密性的碳化硅多晶涂层。与溶液法相比，该方法通过控制温度梯度，避免氮化硅晶体的自发成核，获得的涂层具有更高致密度，高纯度，高均匀性，与石墨附着力更强，涂层厚度可在1 μm-500 μm，且成本更低。
本发明获得的碳化硅涂覆的石墨件可用于宽禁带半导体单晶生长及其他高温、具有腐蚀性的环境中。发展石墨制品涂层技术会提高半导体单晶材料的品质，提高石墨部件的使用寿命，降低单晶的生产和制造成本，并且可进一步提升石墨制品的应用环境。
附图说明
图1是本发明所用装置的结构示意图。
图中，1-石墨件，2-石墨坩埚，3-加热器，4-加热线圈，5-助溶液，6-提拉杆，7-石墨毡。
图2是本发明实施例3在石墨件表面生长的氮化硅涂层。
具体实施方式
下面通过一些相对具体的实施例对本发明要求保护的技术方案做进一步清楚、完整的说明。除非另作特殊说明，本发明中所用材料、试剂均可从本领域商业化产品中获得。
如图1所示，实施本发明所采用的装置包括石墨坩埚2和提拉杆6，石墨坩埚2置于加热器3内部，加热器3与石墨毡7相接触，石墨毡7外层设置有加热线圈4。提拉杆6与石墨件1通过螺纹连接。
实施例1：石墨件表面沉积碳化硅涂层的方法
步骤一，将石墨件进行超声清洗和氧等离子体表面处理。
步骤二，在坩埚内装入Si和Cr，其中，以质量比计，Cr为30%，Si为70%，将石墨部件与提拉杆固定，并按照如图1所示的结构放置于真空腔室内，将炉腔密封后，开启真空泵，将炉内压强抽至 1×10-4Pa以下，去除背景气体。
步骤三：炉腔内充入高纯氩气至50000 Pa，开启加热系统，对坩埚进行加热，升温速率为350℃/h。当达到预定温度，此时碳化硅体系的温度为1500℃，恒温保持43小时，助溶液融化。
步骤四：将石墨件下降至助溶液液面下，石墨件按照15r/s的转速与40μm/h的提拉速度进行运动，坩埚按相反方向转动。在此过程中利用坩埚上下的温度梯度来实现沉积。
步骤五：当沉积结束后，将石墨拉离液面，缓慢降温后即生长过程结束。
步骤六：取出石墨件，将石墨件经过酸洗去除多余的金属助溶液，并在真空环境下烘干处理。
实施例2：石墨件表面沉积碳化硅涂层的方法
步骤一，将石墨件进行超声清洗和氧等离子体表面处理。
步骤二，在坩埚内装入Si和Cr，其中，以质量比计，Cr为70%，Si为30%，将石墨部件与提拉杆固定，并按照如图1所示的结构放置于真空腔室内，将炉腔密封后，开启真空泵，将炉内压强抽至 1×10-4Pa以下，去除背景气体。
步骤三：炉腔内充入高纯氩气至150000 Pa，开启加热系统，对坩埚进行加热，升温速率为500℃/h。当达到预定温度，此时碳化硅体系的温度为1700℃，恒温保持1小时，助溶液融化。
步骤四：将石墨件下降至助溶液液面下，石墨件按照30r/s的转速与120μm/h的提拉速度进行运动，坩埚按相反方向转动。在提拉过程中以4℃/min的降温速率来实现石墨部件的涂层沉积。
步骤五：当沉积结束后，将石墨拉离液面，缓慢降温后即生长过程结束。
步骤六：取出石墨件，将石墨件经过酸洗去除多余的金属助溶液，并在真空环境下烘干处理。
实施例3：石墨件表面沉积碳化硅涂层的方法
步骤一，将石墨件进行超声清洗和氧等离子体表面处理。
步骤二，在坩埚内装入Si和Cr，其中，以质量比计，Cr为50%，Si为50%，将石墨部件与提拉杆固定，并按照如图1所示的结构放置于真空腔室内，将炉腔密封后，开启真空泵，将炉内压强抽至 1×10-4Pa以下，去除背景气体。
步骤三：炉腔内充入高纯氩气至100000 Pa，开启加热系统，对坩埚进行加热，升温速率为450℃/h。当达到预定温度，此时碳化硅体系的温度为1600℃，恒温保持24小时，助溶液融化。
步骤四：将石墨件下降至助溶液液面下，石墨件按照25r/s的转速与80μm/h的提拉速度进行运动，坩埚按相反方向转动。在提拉过程中以10℃/min的降温速率来实现石墨部件的涂层沉积。
步骤五：当沉积结束后，将石墨拉离液面，缓慢降温后即生长过程结束。
步骤六：取出石墨件，将石墨件经过酸洗去除多余的金属助溶液，并在真空环境下烘干处理。
需要说明的是，上述实施例是用于解释本发明的实施方案，并不超出本发明主题的范围，本发明保护范围不受所述实施例的限定。凡在本发明的构思与原则之内所作的任何修改、改进和等同替换都应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.利用溶液法在石墨件表面沉积碳化硅涂层的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：将石墨件进行超声清洗和氧等离子体表面处理；
步骤二：在坩埚内装入Si和Cr，Cr作为金属助溶液，将石墨件与提拉杆固定，并放置于真空腔室内，将真空腔炉腔密封后，开启真空泵，将压强抽至 1×10-4Pa以下，去除背景气体；
步骤三：炉腔内充入高纯氩气气体至50000 Pa-150000 Pa，开启加热系统，进行加热，升温速率为350-500℃/h；达到预定温度使金属助溶液融化；
步骤四：将石墨件下降至液面以下，石墨件按照15-30r/s的转速与40-120μm/h的提拉速度进行运动，坩埚按相反方向转动；在此过程中实现石墨件的涂层沉积；
步骤五：沉积结束后，将石墨件拉离液面，缓慢降温后即生长过程结束；
步骤六：取出石墨件，将石墨件经过酸洗去除多余的助溶液，并在真空环境下烘干处理。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤二中，以质量比计，Cr30%-70%，Si70%-30%。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：步骤三中，当达到预定温度时，此时碳化硅体系的温度为1500-1700℃。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤三中，恒温保持一段时间以保证助溶液融化，其中，碳化硅体系恒温1-43小时。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：步骤四中，在提拉过程中以4-10℃/min的降温速率实现石墨件的涂层沉积。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116695089A (zh) * 2023-08-09 2023-09-05 通威微电子有限公司 中继环碳化钽镀膜装置和方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103387416A (zh) * 2013-07-31 2013-11-13 青岛隆盛晶硅科技有限公司 一种提高介质熔炼中石墨坩埚使用寿命的方法
CN103787694A (zh) * 2013-12-23 2014-05-14 大连理工大学 原位反应法制备石墨坩埚表面的SiC涂层的方法
CN104695007A (zh) * 2013-12-06 2015-06-10 信越化学工业株式会社 碳化硅的晶体生长方法
CN106521629A (zh) * 2016-09-19 2017-03-22 山东天岳晶体材料有限公司 一种获得液体硅的方法及实现该方法的坩埚
CN107849733A (zh) * 2015-08-06 2018-03-27 信越化学工业株式会社 SiC坩埚和SiC烧结体以及SiC单晶的制造方法
US20180312996A1 (en) * 2017-04-26 2018-11-01 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Sic single crystal production method and production apparatus
CN113322510A (zh) * 2021-05-27 2021-08-31 天津理工大学 SiC单晶生长装置及液相外延SiC单晶生长方法
CN113718337A (zh) * 2021-09-03 2021-11-30 北京晶格领域半导体有限公司 一种液相法生长碳化硅晶体的装置及方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103387416A (zh) * 2013-07-31 2013-11-13 青岛隆盛晶硅科技有限公司 一种提高介质熔炼中石墨坩埚使用寿命的方法
CN104695007A (zh) * 2013-12-06 2015-06-10 信越化学工业株式会社 碳化硅的晶体生长方法
CN103787694A (zh) * 2013-12-23 2014-05-14 大连理工大学 原位反应法制备石墨坩埚表面的SiC涂层的方法
CN107849733A (zh) * 2015-08-06 2018-03-27 信越化学工业株式会社 SiC坩埚和SiC烧结体以及SiC单晶的制造方法
CN106521629A (zh) * 2016-09-19 2017-03-22 山东天岳晶体材料有限公司 一种获得液体硅的方法及实现该方法的坩埚
US20180312996A1 (en) * 2017-04-26 2018-11-01 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Sic single crystal production method and production apparatus
CN113322510A (zh) * 2021-05-27 2021-08-31 天津理工大学 SiC单晶生长装置及液相外延SiC单晶生长方法
CN113718337A (zh) * 2021-09-03 2021-11-30 北京晶格领域半导体有限公司 一种液相法生长碳化硅晶体的装置及方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
杨光义等: "金属硅化物熔体中不同形貌SiC晶体的生长", 《浙江大学学报（工学版）》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116695089A (zh) * 2023-08-09 2023-09-05 通威微电子有限公司 中继环碳化钽镀膜装置和方法
CN116695089B (zh) * 2023-08-09 2023-10-24 通威微电子有限公司 中继环碳化钽镀膜装置和方法

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