CN115058768A - 一种碳化硅单晶的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种碳化硅单晶的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：(1)SiC粉料一次加热升华，进行沉积生长；(2)步骤(1)沉积生长所得SiC多晶取下与剩余的SiC粉料混合，进行二次加热升华，得到所述碳化硅单晶，所述SiC多晶与剩余的SiC粉料混合过程中还需额外添加SiC粉料。本发明采用物理气相传输法进行制备碳化硅单晶，通过将碳化硅生长过程中生成的碳化硅多晶重复利用，加热升华产生的碳化硅多晶掺混在剩余的SiC原料中，节约了碳化硅粉料的用量，降低了SiC粉料中的杂质，且提升了碳化硅单晶的产率。
Description
技术领域
本发明属于半导体材料技术领域，涉及一种碳化硅单晶的制备方法。
背景技术
碳化硅单晶具有禁带宽度大、击穿电场高、热导率大和介电常数小及物理和化学性能稳定等独特的性能，与传统半导体材料Si和GaAs相比，碳化硅单晶具有高热导率、高击穿场强、高饱合电子漂移速率和高键合能等优异性能，被认为是制造高温、高压或高频大功率器件等理想的半导体材料。
目前常用的碳化硅单晶的生长方法主要包括物理气相传输法(PVT)和高温化学气相沉积法(HTCVD)，其中物理气相传输法是一种常用且最有效的方法，PVT法生长SiC单晶一般采用感应加热方式，以高纯SiC粉料为原料，在高温下发生分解升华，生成具有一定结构形态的气相组分SimCn，由于石墨坩埚反应腔轴向存在着温度梯度，气相组分SimCn从温度相对较高的生长原料区向温度相对较低的生长界面(晶体/气相界面)运动，并在SiC籽晶上沉积与结晶。如果这个过程持续一定时间，生长界面将稳定地向原料区推移，最终生成SiC晶体。
但是在实际工艺过程中，仅有60％～70％的SiC粉料生成SiC单晶，30％～40％的SiC粉料在会沉积生长为SiC多晶，SiC晶体生长结束以后，SiC多晶通常会被丢弃，从而造成SiC粉料的浪费，影响SiC晶体的产率。
CN 113584571A公开了一种低成本、高产率SiC单晶的生长方法，该方法采用双侧生长坩埚进行，所述的双侧生长坩埚包括坩埚体，坩埚体内设置有两个纵向间隔的多孔石墨片，多孔石墨片将坩埚体的内腔分割成左夹层、生长腔和右夹层，生长方法采用双侧生长坩埚进行，在坩埚的两个夹层放置SiC粉料，使SiC籽晶的两个面均存在定浓度的SiC生长气相组分，有效避免了晶体高温生长时籽晶分解的现象，提高了SiC单晶的制备效率，降低了SiC单晶成本，但是其公开的方法对于SiC粉料的利用率仍有限。
基于以上研究，需要提供一种碳化硅单晶的制备方法，能够大幅提高SiC粉料的利用率，提高SiC单晶的产率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种碳化硅单晶的制备方法，尤其提供一种低成本碳化硅单晶的制备方法，所述制备方法对于碳化硅单晶生长过程中得到的多晶SiC重复利用，节约SiC粉料，提高了SiC粉料的利用率，提高了SiC单晶的产率。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种碳化硅单晶的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)SiC粉料一次加热升华，进行沉积生长；
(2)步骤(1)沉积生长所得SiC多晶取下与剩余的SiC粉料混合，进行二次加热升华，得到所述碳化硅单晶，所述SiC多晶与剩余的SiC粉料混合过程中还需额外添加SiC粉料。
本发明采用物理气相传输法进行制备碳化硅单晶，通过将碳化硅生长过程中生成的碳化硅多晶重复利用，将加热升华产生的碳化硅多晶掺混在剩余的SiC原料中，提纯了SiC粉料，使生长得到的碳化硅单晶不仅产率高，还能节约碳化硅粉料的用量，提高碳化硅粉料的利用率，降低碳化硅粉料中的杂质含量，提升碳化硅粉料的纯度。
由于在碳化硅多晶在取下过程中会有损失，为了保证二次加热升华的总SiC含量与步骤(1)原始SiC粉料的含量保持一致，还需在额外添加SiC粉料，保证每次沉积生长采用的原料SiC含量相同，均为100％，因此，本发明相较于常规方法，不仅提纯了碳化硅粉料，还减少了原料的使用量。
优选地，所述制备方法在封闭式的石墨坩埚中进行。
优选地，进行步骤(2)的次数为1-10次，例如可以是1次、2次、3次、4次、5次、6次、7次、8次、9次或10次，优选为1-4次。
优选地，进行步骤(2)的次数为1次时，进行步骤(2)前将一次加热升华得到的碳化硅单晶取出，进行下一炉生长；进行步骤(2)的次数为2次以上时，进行步骤(2)前无需将一次加热升华得到的碳化硅单晶取出。
本发明所述制备方法包括两种并列的技术方案，当步骤(2)仅进行一次时，一次加热升华反应结束后，产生的单晶和多晶取出，多晶和未使用完全的碳化硅粉料作为下一炉碳化硅单晶的原料；当步骤(2)进行两次以上时，生长得到的碳化硅单晶无需取出，作为同一炉生长碳化硅单晶，将每次加热升华产生的碳化硅多晶掺混在剩余的SiC原料中，使SiC粉料作为制备原料呈阶梯式减少，每次阶梯掺入上步生成的碳化硅多晶，能够进一步提高碳化硅多晶和碳化硅粉料的利用率，但是相较于一次步骤(2)仅进行一次时的情况，虽然能够提升碳化硅粉料和碳化硅多晶的利用率，但是每次取多晶会对碳化硅单晶的生长造成影响。
优选地，步骤(2)所述SiC多晶与剩余的SiC粉料混合时，所述SiC多晶位于SiC粉料的上端、中部或下端中的任意一处。
本发明额外添加的SiC粉料加入剩余的SiC粉料中，再与SiC多晶混合。
优选地，步骤(2)所述SiC多晶直接取下以晶态的形式使用，或粉碎成粉末后使用。
优选地，步骤(1)所述SiC粉料置于封闭的石墨坩埚底部进行一次加热升华。
本发明所述制备方法在封闭式的石墨坩埚中进行，底部作为原料区，顶部设置籽晶，产物碳化硅单晶在顶部籽晶上进行沉积生长，同时在籽晶外围、石墨坩埚顶部或侧壁会生成碳化硅多晶。
优选地，步骤(1)所述一次加热升华在惰性气氛中进行。
优选地，所述惰性气氛包括氦气、氖气、氩气或氪气中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制的组合包括氦气和氖气的组合，或氩气和氪气的组合。
优选地，步骤(1)所述一次加热升华的压力为10-1000Pa，例如可以是10Pa、50Pa、100Pa、200Pa、400Pa、600Pa、800Pa或1000Pa，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(1)所述一次加热升华的温度为2100-2450℃，例如可以是2100℃、2125℃、2200℃、2250℃、2300℃、2350℃、2400℃或2450℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(1)所述一次加热升华的时间为16-180h，例如可以是16h、50h、80h、100h、120h、140h、160h或180h，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(1)所述一次加热升华的加热方法包括感应加热法。
优选地，步骤(1)所述一次加热升华结束后，剩余的SiC粉料占一次加热升华前SiC粉料的25-92wt％，例如可以是25wt％、35wt％、45wt％、55wt％、65wt％、75wt％、85wt％、65wt％、75wt％、85wt％或92wt％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，每进行一次所述步骤(2)后，减少的SiC粉料量占步骤(1)所述SiC粉料的8-75wt％，例如可以是8wt％、15wt％、25wt％、35wt％、45wt％、55wt％、65wt％或75wt％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(2)所述SiC多晶取下前，石墨坩埚内的温度降至20-35℃，例如可以是20℃、22℃、24℃、26℃、28℃、30℃、32℃、34℃或35℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(1)所述一次加热升华之前还进行了除杂处理。
优选地，所述除杂处理包括：封闭的石墨坩埚抽真空，通入惰性气体，再次抽真空，重复上述抽真空-通入惰性气体-抽真空步骤2-5次，例如可以是2次、3次、4次或5次。
优选地，所述抽真空至石墨坩埚内的压力在1×10-5Pa以下，例如可以是1×10- 5Pa、5×10-6Pa、1×10-7Pa、5×10-7Pa、1×10-8Pa或5×10-8Pa，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述通入惰性气体至石墨坩埚内的压力在1×105Pa以下，例如可以是1×105Pa、5×104Pa、1×104Pa、5×103Pa或1×103Pa，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(2)所述SiC多晶取下与剩余的SiC粉料混合后，置于封闭的石墨坩埚底部进行二次加热升华。
优选地，步骤(2)所述二次加热升华在惰性气氛中进行。
优选地，所述惰性气氛包括氦气、氖气、氩气或氪气中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制的组合包括氦气和氖气的组合，或氩气和氪气的组合。
优选地，步骤(2)所述二次加热升华的压力为10-1000Pa，例如可以是10Pa、50Pa、100Pa、200Pa、400Pa、600Pa、800Pa或1000Pa，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(2)所述二次加热升华的温度为2100-2450℃，例如可以是2100℃、2125℃、2200℃、2250℃、2300℃、2350℃、2400℃或2450℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(2)所述二次加热升华的时间为5-180h，例如可以是5h、25h、50h、80h、100h、120h、140h、160h或180h，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(2)所述二次加热升华的加热方法包括感应加热法。
优选地，步骤(2)所述SiC多晶位于石墨坩埚的顶部和侧壁。
优选地，所述石墨坩埚的顶部还设置了SiC籽晶。
本发明SiC粉料加热升华生成气体组分SimCn在SiC籽晶上沉积与结晶，生成SiC单晶。
作为本发明优选的技术方案，所述制备方法包括如下步骤：
(1)封闭的石墨坩埚抽真空至压力在1×10-5Pa以下，通入惰性气体至石墨坩埚内的压力在1×105Pa以下，再次抽真空至压力在1×10-5Pa以下，重复上述抽真空-通入惰性气体-抽真空步骤2-5次；
(2)SiC粉料置于封闭的石墨坩埚底部，通入惰性气体至压力为10-1000Pa，采用感应加热法进行一次加热升华，所述一次加热升华的温度为2100-2450℃，时间为16-180h；
所述一次加热升华结束后，剩余的SiC粉料占一次加热升华前SiC粉料的25-92wt％；
(3)步骤(2)所述一次加热升华结束后，将石墨坩埚内的温度降至20-35℃，将石墨坩埚的顶部和侧壁沉积生长得到的SiC多晶取下，与剩余的SiC粉料，以及额外添加的SiC粉料混合置于封闭的石墨坩埚底部，在10-1000Pa的压力下，惰性气氛中，采用感应加热法进行二次加热升华，二次加热升华的温度为2100-2450℃，时间为5-180h；
进行所述步骤(2)的次数为1-4次，每进行一次所述步骤(3)后，减少的SiC粉料量占步骤(1)所述SiC粉料的8-75wt％。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明通过采用物理气相传输法通过加热升华，使加热升华产生的多晶重复利用到原料中，使碳化硅粉料和碳化硅多晶共同作为生长原料，减少了原料的使用，提高了碳化硅单晶的产率和原料纯度；同时，本发明能够将每次加热升华产生的碳化硅多晶掺混在剩余的SiC原料中，使SiC粉料作为制备原料呈阶梯式减少，从而能够进一步提高碳化硅多晶和碳化硅粉料的利用率。
附图说明
图1是本发明实施例1-9和对比例1所述制备方法采用的反应装置的结构示意图；
其中，1-保温层，2-石墨坩埚，3-SiC籽晶区，4-SiC单晶生长区，5-感应线圈，6-原料区，7-SiC多晶生长区。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供了一种碳化硅单晶的制备方法，所述制备方法采用的反应装置的结构示意图如图1所示，包括封闭式的石墨坩埚2，石墨坩埚2外围的保温层1，以及保温层1外部的感应线圈5，石墨坩埚2内部包括底部的原料区6，顶部中央的SiC籽晶区3，SiC籽晶区3下端的SiC单晶生长区4，以及顶部和侧壁的SiC多晶生长区7；
所述制备方法包括如下步骤：
(1)封闭的石墨坩埚2抽真空至压力为1×10-6Pa，通入氩气至石墨坩埚2内的压力为1×105Pa，再次抽真空至压力为1×10-6Pa，重复上述抽真空-通入惰性气体-抽真空步骤3次；
(2)SiC粉料置于封闭的石墨坩埚2底部的原料区6处，通入氩气至压力为500Pa，通过感应线圈5感应加热进行一次加热升华，所述一次加热升华的温度为2250℃，时间为150h；
所述一次加热升华结束后，剩余的SiC粉料占一次加热升华前SiC粉料的25wt％；
(3)步骤(2)所述一次加热升华结束后，将石墨坩埚2内的温度降至25℃，将沉积生长得到的碳化硅单晶和SiC多晶取下，取下的碳化硅多晶与剩余的SiC粉料混合置于封闭的石墨坩埚2底部的原料区6处，其中，还需在剩余的SiC粉料中添加额外的SiC粉料保持原料中SiC含量与一次加热升华前保持一致；SiC多晶置于剩余的SiC粉料的中部，在500Pa的压力下，氦气气氛中，通过感应线圈5感应加热进行二次加热升华，二次加热升华的温度为2300℃，时间为150h，得到所述碳化硅单晶。
实施例2
本实施例提供了一种碳化硅单晶的制备方法，所述制备方法采用的反应装置的结构示意图如图1所示，包括封闭式的石墨坩埚2，石墨坩埚2外围的保温层1，以及保温层1外部的感应线圈5，石墨坩埚2内部包括底部的原料区6，顶部中央的SiC籽晶区3，SiC籽晶区3下端的SiC单晶生长区4，以及顶部和侧壁的SiC多晶生长区7；
所述制备方法包括如下步骤：
(1)封闭的石墨坩埚2抽真空至压力为1×10-6Pa，通入氩气至石墨坩埚2内的压力为5×104Pa，再次抽真空至压力为1×10-6Pa，重复上述抽真空-通入惰性气体-抽真空步骤3次；
(2)SiC粉料置于封闭的石墨坩埚2底部的原料区6处，通入氩气至压力为500Pa，通过感应线圈5感应加热进行一次加热升华，所述一次加热升华的温度为2250℃，时间为100h；
所述一次加热升华结束后，剩余的SiC粉料占一次加热升华前SiC粉料的50wt％；
(3)步骤(2)所述一次加热升华结束后，将石墨坩埚2内的温度降至25℃，仅将沉积生长得到的SiC多晶取下，以多晶形态与剩余的SiC粉料混合置于封闭的石墨坩埚2底部的原料区6处，其中，还需在剩余的SiC粉料中添加额外的SiC粉料保持原料中SiC含量与一次加热升华前保持一致；SiC多晶置于剩余的SiC粉料的中部，在500Pa的压力下，氦气气氛中，通过感应线圈5感应加热进行二次加热升华，二次加热升华的温度为2300℃，时间为100h；
(4)重复进行步骤(3)2次，在SiC单晶生长区4处得到所述碳化硅单晶；
每进行一次所述步骤(3)后，减少的SiC粉料量占步骤(1)所述SiC粉料的25wt％。
实施例3
本实施例提供了一种碳化硅单晶的制备方法，所述制备方法采用的反应装置的结构示意图如图1所示，包括封闭式的石墨坩埚2，石墨坩埚2外围的保温层1，以及保温层1外部的感应线圈5，石墨坩埚2内部包括底部的原料区6，顶部中央的SiC籽晶区3，SiC籽晶区3下端的SiC单晶生长区4，以及顶部和侧壁的SiC多晶生长区7；
所述制备方法包括如下步骤：
(1)封闭的石墨坩埚2抽真空至压力为1×10-5Pa，通入氦气至石墨坩埚2内的压力为3×103Pa，再次抽真空至压力为1×10-5Pa，重复上述抽真空-通入惰性气体-抽真空步骤2次；
(2)SiC粉料置于封闭的石墨坩埚2底部的原料区6处，通入氩气至压力为1000Pa，通过感应线圈5感应加热进行一次加热升华，所述一次加热升华的温度为2150℃，时间为16h；
所述一次加热升华结束后，剩余的SiC粉料占一次加热升华前SiC粉料的95wt％；
(3)步骤(2)所述一次加热升华结束后，将石墨坩埚2内的温度降至20℃，仅将沉积生长得到的SiC多晶取下，以多晶形态与剩余的SiC粉料混合置于封闭的石墨坩埚2底部的原料区6处，其中，还需在剩余的SiC粉料中添加额外的SiC粉料保持原料中SiC含量与一次加热升华前保持一致；SiC多晶置于剩余的SiC粉料的中部，在10Pa的压力下，氩气气氛中，通过感应线圈5感应加热进行二次加热升华，二次加热升华的温度为2450℃，时间为10h；
(4)重复进行步骤(3)8次，在SiC单晶生长区4处得到所述碳化硅单晶；
每进行一次所述步骤(3)后，减少的SiC粉料量占步骤(1)所述SiC粉料的11wt％。
实施例4
本实施例提供了一种碳化硅单晶的制备方法，所述制备方法采用的反应装置的结构示意图如图1所示，包括封闭式的石墨坩埚2，石墨坩埚2外围的保温层1，以及保温层1外部的感应线圈5，石墨坩埚2内部包括底部的原料区6，顶部中央的SiC籽晶区3，SiC籽晶区3下端的SiC单晶生长区4，以及顶部和侧壁的SiC多晶生长区7；
所述制备方法包括如下步骤：
(1)封闭的石墨坩埚2抽真空至压力为1×10-7Pa，通入氩气至石墨坩埚2内的压力为2×104Pa，再次抽真空至压力为1×10-7Pa，重复上述抽真空-通入惰性气体-抽真空步骤5次；
(2)SiC粉料置于封闭的石墨坩埚2底部的原料区6处，通入氩气至压力为10Pa，通过感应线圈5感应加热进行一次加热升华，所述一次加热升华的温度为2450℃，时间为25h；
所述一次加热升华结束后，剩余的SiC粉料占一次加热升华前SiC粉料的85wt％；
(3)步骤(2)所述一次加热升华结束后，将石墨坩埚2内的温度降至35℃，仅将沉积生长得到的SiC多晶取下，以多晶形态与剩余的SiC粉料混合置于封闭的石墨坩埚2底部的原料区6处，其中，还需在剩余的SiC粉料中添加额外的SiC粉料保持原料中SiC含量与一次加热升华前保持一致；SiC多晶置于剩余的SiC粉料的中部，在1000Pa的压力下，氩气气氛中，通过感应线圈5感应加热进行二次加热升华，二次加热升华的温度为2100℃，时间为10h；
(4)重复进行步骤(3)4次，在SiC单晶生长区4处得到所述碳化硅单晶；
每进行一次所述步骤(3)后，减少的SiC粉料量占步骤(1)所述SiC粉料的21wt％。
实施例5
本实施例提供了一种碳化硅单晶的制备方法，所述制备方法采用的反应装置的结构示意图如图1所示，包括封闭式的石墨坩埚2，石墨坩埚2外围的保温层1，以及保温层1外部的感应线圈5，石墨坩埚2内部包括底部的原料区6，顶部中央的SiC籽晶区3，SiC籽晶区3下端的SiC单晶生长区4，以及顶部和侧壁的SiC多晶生长区7；
所述制备方法除了步骤(3)所述SiC多晶置于剩余的SiC粉料的上端外，其余均与实施例1相同。
实施例6
本实施例提供了一种碳化硅单晶的制备方法，所述制备方法采用的反应装置的结构示意图如图1所示，包括封闭式的石墨坩埚2，石墨坩埚2外围的保温层1，以及保温层1外部的感应线圈5，石墨坩埚2内部包括底部的原料区6，顶部中央的SiC籽晶区3，SiC籽晶区3下端的SiC单晶生长区4，以及顶部和侧壁的SiC多晶生长区7；
所述制备方法除了步骤(3)所述SiC多晶置于剩余的SiC粉料的下端外，其余均与实施例1相同。
实施例7
本实施例提供了一种碳化硅单晶的制备方法，所述制备方法采用的反应装置的结构示意图如图1所示，包括封闭式的石墨坩埚2，石墨坩埚2外围的保温层1，以及保温层1外部的感应线圈5，石墨坩埚2内部包括底部的原料区6，顶部中央的SiC籽晶区3，SiC籽晶区3下端的SiC单晶生长区4，以及顶部和侧壁的SiC多晶生长区7；
所述制备方法除了步骤(3)所述SiC多晶取下研磨成粉末后再进行使用外，其余均与实施例1相同。
实施例8
本实施例提供了一种碳化硅单晶的制备方法，所述制备方法采用的反应装置的结构示意图如图1所示，包括封闭式的石墨坩埚2，石墨坩埚2外围的保温层1，以及保温层1外部的感应线圈5，石墨坩埚2内部包括底部的原料区6，顶部中央的SiC籽晶区3，SiC籽晶区3下端的SiC单晶生长区4，以及顶部和侧壁的SiC多晶生长区7；
所述制备方法除重复步骤(3)的次数为10次，控制反应时间，使每进行一次所述步骤(3)后，减少的SiC粉料量占步骤(1)所述SiC粉料总量的10wt％外，其余均与实施例2相同。
实施例9
本实施例提供了一种碳化硅单晶的制备方法，所述制备方法采用的反应装置的结构示意图如图1所示，包括封闭式的石墨坩埚2，石墨坩埚2外围的保温层1，以及保温层1外部的感应线圈5，石墨坩埚2内部包括底部的原料区6，顶部中央的SiC籽晶区3，SiC籽晶区3下端的SiC单晶生长区4，以及顶部和侧壁的SiC多晶生长区7；
所述制备方法除未进行步骤(1)外，其余均与实施例1相同。
对比例1
本对比例提供了一种碳化硅单晶的制备方法，所述制备方法采用的反应装置的结构示意图如图1所示，包括封闭式的石墨坩埚2，石墨坩埚2外围的保温层1，以及保温层1外部的感应线圈5，石墨坩埚2内部包括底部的原料区6，顶部中央的SiC籽晶区3，SiC籽晶区3下端的SiC单晶生长区4，以及顶部和侧壁的SiC多晶生长区7；
所述制备方法包括如下步骤：
(1)封闭的石墨坩埚2抽真空至压力为1×10-6Pa，通入氩气至石墨坩埚2内的压力为1×105Pa，再次抽真空至压力为1×10-6Pa，重复上述抽真空-通入惰性气体-抽真空步骤3次；
(2)SiC粉料置于封闭的石墨坩埚2底部的原料区6处，通入氩气至压力为500Pa，通过感应线圈5感应加热进行一次加热升华，所述一次加热升华的温度为2250℃，时间为150h。
以上实施例和对比例得到的碳化硅单晶通过计算得到其产率，以及原料的纯度，对应的结果如表1所示：
表1
从表1可以看出以下几点：
(1)由实施例1-9可知，本发明通过重复利用生成的SiC多晶，能够明显提升碳化硅单晶的产率，减少原料的用料；由实施例1与实施例5-6可知，碳化硅多晶与碳化硅粉料混合时，碳化硅多晶能够位于粉料的上端、中部和下端；由实施例1与实施例7可知，实施例7碳化硅多晶能以粉末形式再次使用；实施例8进行了10次步骤(3)，但是碳化硅单晶的产率并未提升，且会影响碳化硅单晶的纯度，因此，在保证能耗低的前提下，重复步骤(3)的次数不易过多；由实施例1与实施例9可知，由于除杂能够降低石墨坩埚内其它杂质对于碳化硅单晶生长的影响，因此实施例9的产率相较于实施例1下降。
(2)由实施例1与对比例1可知，对比例1所述制备方法除未进行步骤(3)，仅进行了一次加热升华，其余均与实施例1相同，即对比例1一次加热升华后生成的碳化硅多晶未重复利用，造成了原料的浪费，同时产率也相较于实施例1大幅下降。
综上所述，本发明提供了一种碳化硅单晶的制备方法，所述制备方法对于碳化硅单晶生长过程中得到的多晶SiC重复利用，节约了SiC粉料，提高了SiC粉料的利用率，提高了SiC单晶的产率。
以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种碳化硅单晶的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)SiC粉料一次加热升华，进行沉积生长；
(2)步骤(1)沉积生长所得SiC多晶取下与剩余的SiC粉料混合，进行二次加热升华，得到所述碳化硅多晶，所述SiC多晶与剩余的SiC粉料混合过程中还需额外添加SiC粉料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法在封闭式的石墨坩埚中进行；
优选地，进行所述步骤(2)的次数为1-10次，优选为1-4次；
优选地，步骤(2)所述SiC多晶与剩余的SiC粉料混合时，所述SiC多晶位于SiC粉料的上端、中部或下端中的任意一处；
优选地，步骤(2)所述SiC多晶直接取下以晶态的形式使用，或粉碎成粉末后使用。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述SiC粉料置于封闭的石墨坩埚底部进行一次加热升华；
优选地，步骤(1)所述一次加热升华在惰性气氛中进行；
优选地，步骤(1)所述一次加热升华的压力为10-1000Pa。
4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述一次加热升华的温度为2100-2450℃；
优选地，步骤(1)所述一次加热升华的时间为16-180h；
优选地，步骤(1)所述一次加热升华的加热方法包括感应加热法；
优选地，步骤(1)所述一次加热升华结束后，剩余的SiC粉料占一次加热升华前SiC粉料的25-92wt％。
5.根据权利要求2-4任一项所述的制备方法，其特征在于，每进行一次所述步骤(2)后，减少的SiC粉料量占步骤(1)所述SiC粉料的8-75wt％；
优选地，步骤(2)所述SiC多晶取下前，石墨坩埚内的温度降至20-35℃。
6.根据权利要求2-5任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述一次加热升华之前还进行了除杂处理；
优选地，所述除杂处理包括：封闭的石墨坩埚抽真空，通入惰性气体，再次抽真空，重复上述抽真空-通入惰性气体-抽真空步骤2-5次。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述抽真空至石墨坩埚内的压力在1×10-5Pa以下；
优选地，所述通入惰性气体至石墨坩埚内的压力在1×105Pa以下。
8.根据权利要求1-7任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述二次加热升华在惰性气氛中进行；
优选地，步骤(2)所述二次加热升华的压力为10-1000Pa；
优选地，步骤(2)所述二次加热升华的温度为2100-2450℃；
优选地，步骤(2)所述二次加热升华的时间为5-180h；
优选地，步骤(2)所述二次加热升华的加热方法包括感应加热法。
9.根据权利要求2-8任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述SiC多晶生长在石墨坩埚的顶部和侧壁；
优选地，所述石墨坩埚的顶部还设置了SiC籽晶。
10.根据权利要求1-9任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)封闭的石墨坩埚抽真空至压力在1×10-5Pa以下，通入惰性气体至石墨坩埚内的压力在1×105Pa以下，再次抽真空至压力在1×10-5Pa以下，重复上述抽真空-通入惰性气体-抽真空步骤2-5次；
(2)SiC粉料置于封闭的石墨坩埚底部，通入惰性气体至压力为10-1000Pa，采用感应加热法进行一次加热升华，所述一次加热升华的温度为2100-2450℃，时间为16-180h；
所述一次加热升华结束后，剩余的SiC粉料占一次加热升华前SiC粉料的25-92wt％；
(3)步骤(2)所述一次加热升华结束后，将石墨坩埚内的温度降至20-35℃，将石墨坩埚的顶部和侧壁沉积生长得到的SiC多晶取下，与剩余的SiC粉料，以及额外添加的SiC粉料混合置于封闭的石墨坩埚底部，在10-1000Pa的压力下，惰性气氛中，采用感应加热法进行二次加热升华，二次加热升华的温度为2100-2450℃，时间为5-180h；
进行所述步骤(2)的次数为1-4次，每进行一次所述步骤(3)后，减少的SiC粉料量占步骤(1)所述SiC粉料的8-75wt％。
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|---|---|---|---|---|
| US20040050320A1 (en) * | 2000-12-28 | 2004-03-18 | Takayuki Maruyama | Silicon carbide single crystal and method and apparatus for producing the same |
| CN111074341A (zh) * | 2019-11-22 | 2020-04-28 | 浙江大晶磊半导体科技有限公司 | 一种制备高纯原料的方法 |
| CN114182357A (zh) * | 2021-12-10 | 2022-03-15 | 中国电子科技集团公司第四十六研究所 | 一种碳化硅晶体的破碎晶粒用于再生长碳化硅单晶的方法 |
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2022
- 2022-07-14 CN CN202210833990.1A patent/CN115058768A/zh active Pending
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| CN111074341A (zh) * | 2019-11-22 | 2020-04-28 | 浙江大晶磊半导体科技有限公司 | 一种制备高纯原料的方法 |
| CN114182357A (zh) * | 2021-12-10 | 2022-03-15 | 中国电子科技集团公司第四十六研究所 | 一种碳化硅晶体的破碎晶粒用于再生长碳化硅单晶的方法 |
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