CN114836825B - 一种碳化硅的制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种碳化硅的制备方法及应用，所述制备方法至少包括以下步骤：将液态有机硅烷进行氯化处理；将氯化后的有机硅烷接枝光敏基团，得到改性溶液；用紫外光照射所述改性溶液至固化成型，得到片状有机硅烷；以及将所述片状有机硅烷进行升温加热，得到碳化硅。本发明提供一种碳化硅的制备方法，能有效提高碳化硅晶体的质量。
Description
技术领域
本发明涉及碳化硅单晶生长技术领域，具体为一种碳化硅的制备方法及应用。
背景技术
物理气相输运法所生长的晶体形貌和结晶质量受籽晶温度均匀性、气相组分硅碳比、输运气体的流动速度和原料杂质含量等因素影响，其中气相组分的流速、流量和硅碳比值由原料区域的温度梯度、温度大小和原料孔隙率等参数控制。
碳化硅原料的纯度、粒径和晶型在生长半导体碳化硅单晶时起重要的作用，直接影响生长单晶的结晶质量和电学性质。晶体生长过程中，原料中间区域温度低而靠近坩埚壁一侧原料温度高，造成原料的分解速度中心慢而侧面快。原料边缘消耗，外侧碳含量不断增加，内部又可能因为粉末烧结或碳化硅气相组分再结晶变得更致密，导致内部原料温度下降，原料外部到内部的传热阻力加大。中部的原料分解产生的气体，向外流动动力减小，而流阻又增大，会导致生长过程中断，提高晶体生长成本，且易造成晶体多型、基平面位错甚至开裂等缺陷。因此提高原料受热均匀性具有重要意义。
发明内容
本发明提出了一种碳化硅的制备方法及应用，可得到片状碳化硅，将片状碳化硅作为碳化硅晶体生长原料，能有效避免长晶过程中受热不均而影响体系中硅碳比的稳定性，从而避免晶体中点缺陷和线缺陷的产生。
为解决上述技术问题，本发明是通过如下的技术方案实现的：
本发明提出一种碳化硅的制备方法，至少包括以下步骤：
将液态有机硅烷进行氯化处理；
将氯化后的有机硅烷接枝光敏基团，得到改性溶液；
用紫外光照射所述改性溶液至固化成型，得到片状有机硅烷；以及
将所述片状有机硅烷进行升温加热，得到碳化硅。
在本发明一实施例中，得到改性溶液的步骤包括：
将氯化后的有机硅烷接枝光敏基团，得到混合溶液；
对所述混合溶液进行旋蒸分离，得到改性溶液。
在本发明一实施例中，对所述片状有机硅烷进行升温加热的步骤包括：
将有机硅烷按预设排布方式升温加热至第一预设温度；
继续将有机硅烷升温加热至第二预设温度，得到碳化硅。
在本发明一实施例中，所述第一预设温度为350-450℃，所述第二预设温度为550-650℃。
在本发明一实施例中，所述有机硅烷为聚碳硅烷、聚硅氧烷、聚硅烷中的一种或几种。
在本发明一实施例中，所述光敏基团为丙烯酸酯基、甲基丙烯酸酯基、烯丙基、乙烯基中的任意一种。
在本发明一实施例中，所述预设排布方式为铺层方式、垂直方式、复合堆放中的任意一种。
在本发明一实施例中，用紫外光照射所述改性溶液至固化成型的步骤包括，将改性溶液置于模具中，对所述模具进行紫外光照射。
本发明还提出一种碳化硅晶体的生长方法，所述生长方法包括用以上任一所述方法合成得到的所述碳化硅为原料，利用物理气相输运法进行碳化硅长晶。
本发明提出了一种碳化硅的制备方法及应用，通过对有机硅烷进行改性，再经过紫外光固化、高温烧结等处理，得到片状碳化硅。将片状碳化硅作为碳化硅晶体生长原料，能有效避免长晶过程中受热不均而影响体系中硅碳比的稳定性，从而避免晶体中点缺陷和线缺陷的产生。
附图说明
图1为本发明中碳化硅制备方法的流程图。
图2为本发明中碳化硅制备方法的部分流程图。
图3为本发明中碳化硅晶体生长的流程图。
图4为本发明一实施例中碳化硅晶体生长的设备图。
图5为本发明以片状碳化硅为原料的碳化硅晶体生长图。
图6为本发明以碳化硅颗粒为原料的碳化硅晶体生长图。
附图标记说明：
100保温材料；200籽晶；300保温桶；400石墨坩埚；500感应线圈；600片状碳化硅；700碳化硅颗粒；800碳化碳化硅；900块状碳化硅。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
下面结合若干实施例及附图对本发明的技术方案做进一步详细说明，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
碳化硅作为重要的第三代半导体材料，具有宽带隙、高临界电场、高热导率、高载流子饱和漂移速度等特点，在各个现代技术领域发挥其重要的革新作用，应用前景巨大。在应用范围上，碳化硅在半导体照明、新一代移动通信、智能电网、高速轨道交通、新能源汽车、消费类电子领域拥有广阔的应用前景，是支撑信息、能源、交通、国防等产业发展的重点新材料。
请参阅图1所示，本发明提出一种碳化硅的制备方法，包括但不限于以下步骤S100-S400。
S100、将液态有机硅烷进行氯化处理。
S200、将氯化后的有机硅烷接枝光敏基团，得到改性溶液。
S300、用紫外光照射所述改性溶液至固化成型，得到所述片状碳化硅。
S400、将片状有机硅烷进行升温加热，得到碳化硅。
请参阅图1所示，在本发明一实施例中，在步骤S100中，将液态有机硅烷进行氯化处理之前，需先对液态有机硅烷进行溶解。具体地，将液态有机硅烷加入一容器中，并向容器内加入有机溶剂进行溶解。本发明对有机溶剂的种类不加以限制，例如可以为戊烷、己烷、乙醇、乙醚、醋酸乙酯、丙酮、四氯化碳等。在本发明一实施例中，有机溶剂为除水有机溶剂，防止体系中引入水，导致有机硅烷中Si-H键与水中的-OH反应，发生水解。在本发明一实施例中，容器例如可以实用三口烧瓶，进一步的，三口烧瓶的规格例如为500ml。
请参阅图1所示，在本发明一实施例中，在步骤S100中，将液态有机硅烷进行氯化处理之前，还需进行氯气的制备。本发明对氯气的制备方法不加以限制，在本发明一实施例中，例如可以通过二氧化锰和浓盐酸定量反应来制备氯气，在本发明另一实施例中，例如也可以通过电解食盐水来制备氯气。
请参阅图1所示，在本发明一实施例中，在步骤S200中，光敏基团例如可以为丙烯酸酯基、甲基丙烯酸酯基、烯丙基、乙烯基中的任意一种。在本发明一实施例中，向容器中加入含光敏基团的物质进行接枝反应时，还需加入含胺基团物质，含胺基团物质可与含光敏基团物质发生酰胺反应。本发明对含胺基团物质的种类不加以限制，在本实施例中，含胺基团物质例如可以选用三乙胺。
请参阅图1所示，在本发明一实施例中，在步骤S200中，接枝反应时间例如可以设置为8-12min，接枝反应温度例如可以设置为16-35℃。进一步，可选的，接枝反应时间例如设置为10min，接枝反应温度例如设置为25℃。在本发明一实施例中，接枝反应结束后，得到混合溶液，将容器中的混合溶液进行搅拌并静置，并采用分离操作去除杂质，得到接枝有光敏基团的改性有机硅烷溶液。本发明对分离操作的种类不加以限制，在本发明一实施例中，例如采用旋蒸分离操作，在其他实施例中，例如还可以采用萃取分离、离心分离等操作。
请参阅图1所示，在本发明一实施例中，在步骤S300中，将改性溶液放置于一模具中，利用紫外线照射改性溶液直至固化成型。在本发明一实施例中，还可以将改性溶液和碳粉按照一定的摩尔比混合均匀，再紫外固化成型。在本发明一实施例中，改性溶液和碳粉的摩尔比例如可以设置为1：0.2-1:1，且使用的碳粉浓度达到例如99.9999％。此过程中，碳粉作为还原剂存在，反应过程中与有机硅烷中的氧反应，最终得到碳化硅。
请参阅图1所示，在本发明一实施例中，模具的边框高度例如可以设置为0.2-4mm。本发明对模具的形状不加以限制，模具的形状例如可以设置为长方形、圆形、正方形、菱形等。改性有机硅烷分子中活性Si-H基团相互之间脱氢发生耦合反应，释放氢气，有助于减少气氛中氮元素含量，残留的硅自由基结合形成Si-Si键，随着紫外光辐照时间的延长，溶液间发生交联反应，分子量较小的短链分子连接成为分子量较大的长链分子，流动性降低，粘度增大，最终逐渐形成三维网络结构，形成片状有机硅烷。
请参阅图1-图2所示，在本发明一实施例中，在步骤S400中，将片状有机硅烷进行升温加热之前，需先进行抽真空洗气。在本发明一实施例中，对片状有机硅烷采用分阶段升温加热的方式，以得到片状碳化硅。在步骤S400中，对片状有机硅烷进行分阶段升温加热例如包括步骤S401-S402。
S401、将片状有机硅烷按特定排布方式升温加热至第一预设温度。
请参阅图1-图2所示，在本发明一实施例中，在步骤S401中，片状有机硅烷以一定的排布方式置于石墨坩埚中，再置于真空烧结炉中进行加热。本发明对片状碳化硅的排布方式不加以限制，例如可以为铺层方式、垂直方式和复合堆放中的任意一种。在本发明一实施例中，第一预设温度例如可以设置为350-450℃，保温时间例如为2-4h，进一步，可选的，第一预设温度例如设置为400℃，保温时间例如为3h。在本发明一实施例中，将片状碳化硅从室温加热至第一预设温度，此阶段主要发生聚合物中未发生交联的小分子的挥发，此阶段升温速率例如可以为1-2℃/min，进一步，可选的，升温速率例如为1℃/min。
S402、将片状有机硅烷继续升温加热至第二预设温度，得到片状碳化硅。
请参阅图1-图2所示，在本发明一实施例中，在步骤S402中，第二预设温度例如可以设置为550-650℃，保温时间例如为4-6h，进一步，可选的，第二预设温度例如设置为600℃，保温时间例如为4h。在本发明一实施例中，将片状有机硅烷从第一预设温度加热至第二预设温度，此阶段主要发生光敏基团断裂和少量有机硅中硅氢间脱氢释放H2，发生重排反应，得到片状碳化硅，且释放的H2会与吸附于原料中的N2反应，从而降低片状碳化硅中氮含量，有利于后续碳化硅晶体电阻均匀性的调节。在本发明一实施例中，此阶段升温速率例如可以为0.5-1℃/min，进一步，可选的，升温速率例如为0.5℃/min。
请参阅图3所示，本发明还提出一种碳化硅晶体的生长方法，以上述制备方法获得的片状碳化硅为原料，进行碳化硅晶体生长。利用片状碳化硅作为碳化硅晶体生长的原料，能有效避免颗粒料长晶过程中受热不均，而影响晶体生长前期和后期气相中的硅碳比，从而避免所生长晶体中点缺陷和线缺陷的产生。在本发明一实施例中，例如可以采用物理气相输运法进行碳化硅晶体的生长。在本发明一实施例中，碳化硅晶体生长步骤包括但不限于以下步骤：
S1、将片状碳化硅置于真空烧结炉中，升温至第三预设温度，以实现非晶向碳化硅向β-SiC的转变；
S2、继续将β-SiC升温至第四预设温度，以实现β-SiC向α-SiC的转变。
请参阅图3所示，在本发明一实施例中，在步骤S1中，第三预设温度例如可以设置为1100-1300℃，保温时间例如为5-10h，进一步，可选的，第三预设温度例如设置为1200℃，保温时间例如为6h。在本发明一实施例中，将非晶碳化硅从第二预设温度加热至第三预设温度，此阶段是陶瓷化反应阶段，即有机硅烷中的无机化和有机硅烷无机化后与碳的固相反应，实现非晶碳化硅向β-SiC的转变，此阶段升温速率例如可以为2-4℃/min，进一步，可选的，升温速率例如为2℃/min。
请参阅图3所示，在本发明一实施例中，在步骤S1中，第四预设温度例如可以设置为1900-2100℃，保温时间例如为10-15h，进一步，可选的，第四预设温度例如设置为2000℃，保温时间例如为10h。在本发明一实施例中，将β-SiC从第三预设温度加热至第四预设温度，此阶段主要发生β-SiC向α-SiC的转变，此阶段升温速率例如可以为2-4℃/min，进一步，可选的，升温速率例如为2℃/min。
请参阅图4所示，本发明应用如图所示的设备进行碳化硅晶体的生长，坩埚400外侧设置有保温桶300，保温桶300四周包裹有保温材料100，保温材料100周围设有均匀排列的感应线圈500，以对坩埚400进行升温加热。在本发明一实施例中，片状碳化硅600以平铺方式排列在坩埚400底部，生长的籽晶200附着在坩埚400顶部。使用片状碳化硅作为碳化硅晶体生长的原料，片状碳化硅具有大的径厚比，有利于改善热导率，稳定生长气氛中的碳/硅摩尔比，提高生长得到的碳化硅晶体的质量，另一方面，提高原料径向温度均匀性，避免局部碳化，减少晶体中包裹物缺陷的产生。
请参阅图5所示，在本发明另一实施例中，片状碳化硅600水平堆放于坩埚内，在中心处还可对称放置多个垂直的片状碳化硅600，并与水平的片状碳化硅600正交。片状碳化硅的复配使用有利于改善热导率，稳定生长气氛中的碳/硅摩尔比，提高碳化硅晶体的质量。另一方面，也可提高原料径向温度均匀性，避免局部碳化，减少碳化硅晶体中包裹物缺陷的产生。
请参阅图6所示，在本发明一实施例中，使用碳化硅颗粒700作为碳化硅晶体生长的原料时，原料内部受热不均，原料内部温差与原料表面和长晶界面之间的温差的匹配不适，造成碳化硅气相组分在原料表面堆积并结晶，原料顶部温度偏低造成该区域原料消耗速率慢气流量小，原料中心区域结块，形成块状碳化硅900，原料边缘区域被碳化，形成碳化碳化硅800，导致内部气相产物分压增大，从而使得原料分解反应达到平衡其消耗被终止，导致反应中断。
请参阅图4-图6所示，本发明以片状碳化硅600水平放置作为碳化硅晶体生长原料，片状碳化硅具有大的径厚比，提高原料导热性，提高原料径向温度均匀性，减少局部烧结现象的发生，而碳化硅颗粒700通过接触导热，坩埚中心的原料与靠近坩埚壁的原料间温度差较大，导致局部原料烧结成块，降低原料使用率，降低晶体生长效率，提高晶体生长成本。另一方面，片状碳化硅比颗粒状碳化硅拥有更大的颗粒度，能够对晶体生长气相中的碳/硅比产生影响，使生长过程中气相中碳/硅比更加稳定，具有提高晶体生长质量，避免颗粒料中碳粉随气氛输运到晶体产生的包裹物缺陷，降低晶格畸变率，稳定晶体晶型的作用，对于晶体生长成本的降低具有显著影响。
综上所述，本发明提出一种碳化硅的制备方法及应用，此方法以液态有机硅烷为原料，向分子结构中引入光敏基团，再经过紫外光固化、高温烧结等处理，得到片状碳化硅。利用片状碳化硅作为碳化硅晶体生长原料，有效避免长晶过程中受热不均，而影响晶体生长前期和后期气相中的硅碳比，从而避免所生长晶体中点缺陷和线缺陷的产生。作为对碳化硅合成方法的补充，具有良好的实用性和经济性。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明，本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案，例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
除说明书所述的技术特征外，其余技术特征为本领域技术人员的已知技术，为突出本发明的创新特点，其余技术特征在此不再赘述。
Claims (4)
1.一种碳化硅晶体的生长方法，其特征在于，包括以下步骤：
将液态有机硅烷进行氯化处理；
将氯化后的有机硅烷接枝光敏基团，得到改性溶液；
用紫外光照射所述改性溶液至固化成型，得到片状有机硅烷；以及
将所述片状有机硅烷进行升温加热，得到碳化硅；
以所述碳化硅为原料，利用物理气相输运法进行碳化硅长晶，获得碳化硅晶体；
其中，所述有机硅烷为聚碳硅烷、聚硅氧烷、聚硅烷中的一种或几种；
对所述片状有机硅烷进行升温加热的步骤包括：
将有机硅烷按预设排布方式升温加热至第一预设温度；
继续将有机硅烷升温加热至第二预设温度，得到所述碳化硅；
所述预设排布方式为铺层方式、垂直方式、复合堆放中的任意一种；
用紫外光照射所述改性溶液至固化成型的步骤包括，将改性溶液置于模具中，对所述模具进行紫外光照射；
所述光敏基团为丙烯酸酯基、甲基丙烯酸酯基、烯丙基、乙烯基中的任意一种。
2.根据权利要求1所述的一种碳化硅晶体的生长方法，其特征在于，得到改性溶液的步骤包括：
将氯化后的有机硅烷接枝光敏基团，得到混合溶液；
对所述混合溶液进行旋蒸分离，得到改性溶液。
3.根据权利要求1所述的一种碳化硅晶体的生长方法，其特征在于，所述第一预设温度为350-450℃。
4.根据权利要求1所述的一种碳化硅晶体的生长方法，其特征在于，所述第二预设温度为550-650℃。
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Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW201915231A (zh) * | 2017-10-06 | 2019-04-16 | 環球晶圓股份有限公司 | 碳化矽晶體及其製造方法 |
| CN110734552A (zh) * | 2019-10-31 | 2020-01-31 | 哈尔滨工业大学 | 一种高纯碳化硅多晶粉源前驱体的制备方法 |
| KR20200078394A (ko) * | 2018-12-21 | 2020-07-01 | 한국세라믹기술원 | 광경화성 폴리카보실란의 제조방법 |
| CN113481603A (zh) * | 2021-08-02 | 2021-10-08 | 哈尔滨科友半导体产业装备与技术研究院有限公司 | 一种pvt法碳化硅晶体生长原料的制备方法 |
| CN113501525A (zh) * | 2021-08-20 | 2021-10-15 | 中电化合物半导体有限公司 | 一种碳化硅粉体的合成方法 |
| WO2021210394A1 (ja) * | 2020-04-14 | 2021-10-21 | 学校法人関西学院 | 炭化ケイ素基板の製造方法、炭化ケイ素基板、及び、レーザー加工により炭化ケイ素基板に導入された歪層を除去する方法 |
| CN114014318A (zh) * | 2021-12-20 | 2022-02-08 | 中电化合物半导体有限公司 | 一种碳化硅粉料的合成方法 |
| CN114075699A (zh) * | 2021-11-21 | 2022-02-22 | 无锡华鑫检测技术有限公司 | 一种双层复合碳化硅衬底及其制备方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11891341B2 (en) * | 2016-11-30 | 2024-02-06 | Hrl Laboratories, Llc | Preceramic 3D-printing monomer and polymer formulations |
-
2022
- 2022-06-07 CN CN202210635497.9A patent/CN114836825B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW201915231A (zh) * | 2017-10-06 | 2019-04-16 | 環球晶圓股份有限公司 | 碳化矽晶體及其製造方法 |
| KR20200078394A (ko) * | 2018-12-21 | 2020-07-01 | 한국세라믹기술원 | 광경화성 폴리카보실란의 제조방법 |
| CN110734552A (zh) * | 2019-10-31 | 2020-01-31 | 哈尔滨工业大学 | 一种高纯碳化硅多晶粉源前驱体的制备方法 |
| WO2021210394A1 (ja) * | 2020-04-14 | 2021-10-21 | 学校法人関西学院 | 炭化ケイ素基板の製造方法、炭化ケイ素基板、及び、レーザー加工により炭化ケイ素基板に導入された歪層を除去する方法 |
| CN113481603A (zh) * | 2021-08-02 | 2021-10-08 | 哈尔滨科友半导体产业装备与技术研究院有限公司 | 一种pvt法碳化硅晶体生长原料的制备方法 |
| CN113501525A (zh) * | 2021-08-20 | 2021-10-15 | 中电化合物半导体有限公司 | 一种碳化硅粉体的合成方法 |
| CN114075699A (zh) * | 2021-11-21 | 2022-02-22 | 无锡华鑫检测技术有限公司 | 一种双层复合碳化硅衬底及其制备方法 |
| CN114014318A (zh) * | 2021-12-20 | 2022-02-08 | 中电化合物半导体有限公司 | 一种碳化硅粉料的合成方法 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| Jiangshan Chen et al..Preparation and stereolithography of SiC ceramic precursor with high photosensitivity and ceramic yield.《Ceramics International》.2020,第46卷第13066-13072页. * |
| Preparation and stereolithography of SiC ceramic precursor with high photosensitivity and ceramic yield;Jiangshan Chen et al.;《Ceramics International》;第46卷;第13066-13072页 * |
| PVT法碳化硅晶体生长热应力分析;孟大磊;李璐杰;张政;;材料研究与应用(03);全文 * |
| 物理气相传输(PVT)法生长碳化硅的晶体形态热应力分析;史永贵;戴培;杨建锋;刘光亮;;西安交通大学学报(01);全文 * |
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