CN115784778A - 一种含有碳化钽涂层的坩埚的制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种含有碳化钽涂层的坩埚的制备方法。先在坩埚基体的内表面制备由碳和碳化钽组成的中间层，再在中间层表面制备碳化钽涂层，得到含有碳化钽涂层的坩埚。本申请提供的制备方法具有操作简单、成本低廉、设备要求低的优点，通过本申请的制备方法制备的碳化钽涂层，厚度均匀、结构致密、不易脱落、无裂纹，可以有效防止高温和源粉体分解升华的气相组分对坩埚基体材料的腐蚀。采用本申请制得的坩埚生长晶体，一方面，坩埚的使用寿命长；另一方面，可以有效降低坩埚基体材料颗粒进入晶体造成包裹物缺陷的可能性，进而提高晶体的质量。

Description

一种含有碳化钽涂层的坩埚的制备方法

技术领域

本申请涉及坩埚技术领域，特别是涉及一种含有碳化钽涂层的坩埚的制备方法。

背景技术

物理气相传输法是生长晶体的常用方法，一般将源粉体放入坩埚的底部，将籽晶固定在坩埚顶部的籽晶托上。密闭坩埚，坩埚本体的底部通过加热器被加热，源粉体在高温条件下分解升华为气相组分，气相组分在轴向温度梯度驱动下传输至低温区的籽晶处，并在籽晶表面沉积生长晶体。

与传统硅相比，碳化硅、氮化铝等第三代半导体的晶体生长需要的温度更高、生长环境更恶劣。具体地，采用物理气相传输法生长晶体时，温度高达2100-2400℃。在密闭的生长空间中，源粉体(硅、铝)分解升华为气相组分，该气相组分具有较高的反应活性，会腐蚀传统的坩埚基体材料，例如石墨、碳化硅等材料。晶体生长过程中，坩埚基体材料表面被腐蚀产生颗粒混在气相组分中，进入晶体造成包裹物等晶体缺陷，进而对晶体的质量有很大的影响。

发明内容

本申请的目的在于提供一种含有碳化钽涂层的坩埚的制备方法，以提高坩埚在高温下的稳定性，减少晶体生长过程中对坩埚基体材料的腐蚀，降低坩埚基体材料颗粒进入晶体造成包裹物缺陷的可能性。具体技术方案如下：

本申请的第一方面提供了一种含有碳化钽涂层的坩埚的制备方法，其包括以下步骤：

(1)将碳化钽微粉、碳粉、第一烧结助剂和第一粘结剂加入第一溶剂中分散均匀，得到中间层浆料；所述碳化钽微粉、所述碳粉、所述第一烧结助剂和所述第一粘结剂的质量比为(15-16):(5-9):(1-3):(3-4)；将所述碳化钽微粉、第二烧结助剂和第二粘结剂加入第二溶剂中分散均匀，得到碳化钽悬浊液；所述碳化钽微粉、所述第二烧结助剂和所述第二粘结剂的质量比为(20-25):(1-3):(3-4)；所述碳化钽微粉的粒径D50为0.5μm-1.5μm；所述碳粉的粒径D50为0.02μm-0.1μm；所述第一溶剂和所述第二溶剂各自独立地选自水和乙醇中的至少一种，所述第一粘结剂和所述第二粘结剂各自独立地选自聚乙烯醇、乙烯基酯树脂、加聚型聚酰亚胺和石墨胶中的至少一种，所述第一烧结助剂和所述第二烧结助剂各自独立地选自五氧化二钽和碳化硅中的至少一种。

(2)将所述中间层浆料设置在坩埚基体的内表面，烘干处理形成中间层。

(3)然后，将所述碳化钽悬浊液设置在所述中间层的表面，烘干并预热处理后，在惰性气体保护下烧结得到所述含有碳化钽涂层的坩埚。

在本申请的一些实施方案中，所述碳化钽涂层的厚度为10μm-45μm。

在本申请的一些实施方案中，所述中间层的厚度为5μm-15μm。

在本申请的一些实施方案中，所述烧结的温度为1600℃-1900℃，时间为1h-4h，压力为10kPa-30kPa。

在本申请的一些实施方案中，所述步骤(2)中，将所述中间层浆料设置在所述坩埚基体的内表面后，先在20MPa-300MPa的压力作用下成型，然后烘干处理形成所述中间层。

在本申请的一些实施方案中，所述步骤(3)中，将所述碳化钽悬浊液设置在所述中间层的表面后，先静置15min-30min，再进行烘干并预热处理。

在本申请的一些实施方案中，所述碳化钽涂层的X射线衍射谱图在2θ为34.85±0.02°、40.46±0.02°、58.56±0.02°、70.00±0.02°和73.61±0.02°处有特征峰。

在本申请的一些实施方案中，所述预热处理的温度为300℃-500℃，时间为1h-2h。

在本申请的一些实施方案中，所述坩埚基体的材料选自石墨、碳化硅或碳化硅-碳复合材料。

本申请第二方面提供了一种采用本申请第一方面提供的制备方法制得的含有碳化钽涂层的坩埚用于生长晶体的用途。

在本申请的一些实施方案中，所述晶体包括碳化硅晶体、氮化铝晶体、氧化锌晶体、硫化锌晶体、硒化锌晶体或碲化锌晶体中的任一种。

本申请的有益效果：

本申请提供了一种含有碳化钽涂层的坩埚的制备方法。先在坩埚基体的内表面制备由碳和碳化钽组成的中间层，再在中间层表面制备碳化钽涂层，得到含有碳化钽涂层的坩埚。本申请提供的制备方法具有操作简单、成本低廉、设备要求低的优点，通过本申请的制备方法制备的碳化钽涂层，厚度均匀、结构致密、不易脱落、无裂纹，可以有效防止高温和源粉体分解升华的气相组分对坩埚基体材料的腐蚀。采用本申请制得的坩埚生长晶体，一方面，坩埚的使用寿命长；另一方面，可以有效降低坩埚基体材料颗粒进入晶体造成包裹物缺陷的可能性，进而提高晶体的质量。

当然，实施本申请的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的实施例。

图1为本申请的一种实施方案制得的含有碳化钽涂层的坩埚的示意图；

图2为本申请实施例1制得的含有碳化钽涂层的坩埚中的碳化钽涂层的XRD谱图；

图3为本申请实施例1中制备的含有碳化钽涂层的坩埚的断面扫描电镜照片；

图4为本申请对比例1中制备的含有碳化钽涂层的坩埚的断面扫描电镜照片。

附图标记：含有碳化钽涂层的坩埚10、坩埚基体11、中间层12、碳化钽涂层13、侧壁的碳化钽涂层131和底壁的碳化钽涂层132。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员基于本申请所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

碳化钽是一种具有高熔点、高强度的陶瓷材料，其在氧化或还原气氛下均有较强的抗腐蚀能力，高温环境下具有优异的抗化学腐蚀性和抗氧化的特点，其可作为耐高温保护涂层应用于基体材料表面，可以赋予基体材料优异的抗腐蚀能力，起到保护基体的作用。

然而，现有技术中，通过化学气相沉积(CVD)法、喷/刷涂-烧结法等方法直接在基体表面制备的涂层存在与基体结合不紧密、易脱离、多孔疏松等问题。而坩埚基体上的碳化钽涂层一旦在使用过程中出现裂纹或者从基体上脱落，会使坩埚基体部分暴露产生点腐蚀，不仅会使坩埚基体材料颗粒进入晶体造成包裹物缺陷，还会缩短坩埚的使用寿命。

有鉴于此，本申请的第一方面提供了一种含有碳化钽涂层的坩埚的制备方法，其包括以下步骤：

(1)将碳化钽(TaC)微粉、碳粉、第一烧结助剂和第一粘结剂加入第一溶剂中分散均匀，得到中间层浆料；碳化钽微粉、碳粉、第一烧结助剂和第一粘结剂的质量比(M1)为(15-16):(5-9):(1-3):(3-4)；将碳化钽微粉、第二烧结助剂和第二粘结剂加入第二溶剂中分散均匀，得到碳化钽悬浊液；碳化钽微粉、第二烧结助剂和第二粘结剂的质量比(M2)为(20-25):(1-3):(3-4)；碳化钽微粉的粒径D50为0.5μm-1.5μm；碳粉的粒径D50为0.02μm-0.1μm；第一溶剂和第二溶剂各自独立地选自水和乙醇中的至少一种，第一粘结剂和第二粘结剂各自独立地选自聚乙烯醇、乙烯基酯树脂、加聚型聚酰亚胺和石墨胶中的至少一种，第一烧结助剂和第二烧结助剂各自独立地选自五氧化二钽(Ta₂O₅)和碳化硅(SiC)中的至少一种。

(2)将中间层浆料设置在坩埚基体的内表面，烘干处理形成中间层。

(3)然后，将碳化钽悬浊液设置在中间层的表面，烘干并预热处理后，在惰性气体保护下烧结得到含有碳化钽涂层的坩埚。如图1所示，含有碳化钽涂层的坩埚10包括坩埚基体11、中间层12、碳化钽涂层13，碳化钽涂层13包括侧壁的碳化钽涂层131和底壁的碳化钽涂层132。

本申请通过在坩埚基体的内表面先制备中间层，再制备碳化钽涂层，得到含有碳化钽涂层的坩埚。本申请提供的制备方法具有操作简单、成本低廉、设备要求低的优点。由于坩埚基体和碳化钽涂层的收缩系数差异大，直接在坩埚基体表面制备的碳化钽涂层烧结过程中易脱落，本申请制备的中间层由碳和碳化钽组成，其收缩系数介于坩埚基体和碳化钽涂层之间，具有缓冲作用，有利于得到粘连性好、不易脱落的碳化钽涂层。通过本申请的制备方法制备的碳化钽涂层，厚度均匀、结构致密、不易脱落、无裂纹，可以有效防止高温和源粉体分解升华的气相组分对坩埚基体材料的腐蚀。

本申请中，上述聚乙烯醇、乙烯基酯树脂、加聚型聚酰亚胺和石墨胶均为市售可得的常规物质，示例性地，聚乙烯醇的重均分子量可以为16000-40000，其牌号可以包括但不限于

PVA-203。乙烯基酯树脂可以包括但不限于Novolac型乙烯基树脂。加聚型聚酰亚胺的重均分子量可以为50000-100000，其牌号可以包括但不限于聚双马来酰亚胺。石墨胶可以包括但不限于奥斯邦A528。

本申请中，上述碳化钽微粉和碳粉均为市售可得的常规物质，本申请对其来源没有特别限制，只要能实现本申请的目的即可。本申请不同粒径的碳化钽微粉和碳粉通过购买获得。本申请中，“粒径D50”是指在材料的体积基准的粒度分布中，从小粒径测起，到达体积累积50％的粒径为D50。

本申请中，对中间层浆料的固含量没有特别限制，只要能实现本申请的目的即可。示例性地，中间层浆料的固含量为50wt％-80wt％。

本申请中，对碳化钽悬浊液的固含量没有特别限制，只要能实现本申请的目的即可。示例性地，碳化钽悬浊液的固含量为50wt％-80wt％。

本申请中，对制备中间层浆料或碳化钽悬浊液所采用的分散方法没有特别限制，包括但不限于搅拌、超声等方法，本领域技术人员可以根据常用的固-液分散方法进行选择，只要能实现本申请的目的即可。

本申请对将中间层浆料设置在坩埚基体的内表面和将碳化钽悬浊液设置在中间层的表面所采用的方法没有特别限制，包括但不限于喷涂、刷涂或离心旋转处理等，本领域技术人员可以根据常用的制备涂层的方法进行选择，只要能够实现本申请的目的即可。

在本申请的一些实施方案中，碳化钽涂层的厚度为10μm-45μm。例如，碳化钽涂层的厚度可以为10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm或为其中任意两个数值组成的范围。通过本申请的制备方法制备的碳化钽涂层的厚度在上述范围内，可以避免材料的浪费并有效防止高温和源粉体分解升华的气相组分对坩埚基体材料的腐蚀，从而可以降低晶体生长过程中坩埚基体材料颗粒进入晶体造成包裹物缺陷的可能性，进而提高晶体的质量。

在本申请的一些实施方案中，中间层的厚度为5μm-15μm。例如，中间层的厚度可以为5μm、7μm、10μm、12μm、15μm或为其中任意两个数值组成的范围。通过调控中间层的厚度在上述范围内，有利于制得不易脱落的碳化钽涂层，可以有效防止高温和源粉体分解升华的气相组分对坩埚基体材料的腐蚀，从而延长坩埚的使用寿命。

在本申请的一些实施方案中，烧结的温度为1600℃-1900℃，时间为1h-4h，压力为10kPa-30kPa。在本申请范围内调控烧结的温度、时间和压力，有利于得到结构致密、不易脱落、无裂纹的碳化钽涂层。

本申请中，对烧结的装置没有特别限制，本领域技术人员可以根据需要选择常用的烧结炉进行烧结，只要能实现本申请的目的即可。示例性地，采用高温加热炉进行烧结。

本申请中，烧结的气氛为惰性气体，本申请对惰性气体没有特别限制，惰性气体可以选择本领域常用的惰性气体中的至少一种，例如，惰性气体包括但不限于氦气、氖气和氩气中的至少一种。在惰性气体保护下进行烧结，有利于形成结构致密无裂纹的碳化钽涂层。

在本申请的一些实施方案中，步骤(2)中，将中间层浆料设置在坩埚基体的内表面后，先在20MPa-300MPa的压力作用下成型，然后烘干处理形成中间层。例如，压力可以为20MPa、50MPa、80MPa、100MPa、150MPa、200MPa、300MPa或为其中任意两个数值组成的范围。通过上述步骤制备的中间层，厚度更均匀、结构更致密、与坩埚基体结合的更紧密，在其表面制备的碳化钽涂层，性能更好，从而有利于延长坩埚的使用寿命。

在本申请的一些实施方案中，步骤(3)中，将碳化钽悬浊液设置在中间层的表面后，先静置15min-30min，再进行烘干并预热处理。例如，静置的时间可以为15min、20min、25min、30min或为其中任意两个数值组成的范围。静置时间越长，坩埚底壁的涂层厚度越厚，在上述范围内调控静置的时间，有利于形成厚度均匀的碳化钽涂层。特别是通过离心旋转处理制备碳化钽涂层时，在上述范围内调控静置的时间，能够使得位于坩埚基体的侧壁的碳化钽涂层131和底壁的碳化钽涂层132(参考图1)的厚度差异较小，从而得到厚度均匀的碳化钽涂层。

在本申请的一些实施方案中，如图2所示，碳化钽涂层的X射线衍射谱图在2θ为34.85±0.02°、40.46±0.02°、58.56±0.02°、70.00±0.02°和73.61±0.02°处有尖锐的特征峰。发明人发现，当碳化钽涂层具有上述X射线衍射谱图中的尖锐的特征峰时，碳化钽涂层具较高的结晶度。具有上述特征峰的碳化钽涂层的稳定性高，可以减少晶体生长过程中对坩埚基体材料的腐蚀，降低坩埚基体材料颗粒进入晶体造成包裹物缺陷的可能性，将含有上述特征的碳化钽涂层的坩埚用于生长晶体，进而提高晶体的质量。

在本申请的一些实施方案中，预热处理的温度为300℃-500℃，时间为1h-2h。例如预热处理的温度可以为300℃、350℃、400℃、450℃、500℃或为其中任意两个数值组成的范围，时间可以为1h、1.5h、2h或为其中任意两个数值组成的范围。不限于任何理论，通过上述条件预热处理得到的碳化钽涂层，厚度更加均匀，与坩埚基体结合的更加紧密。

在本申请的一些实施方案中，坩埚基体的材料选自石墨、碳化硅或碳化硅-碳复合材料。采用本申请的方法在上述材料的坩埚基体上制备碳化钽涂层，可以有效防止晶体生长过程中高温和源粉体分解升华的气相组分对坩埚基体材料的腐蚀，可以有效降低坩埚基体材料颗粒进入晶体造成包裹物缺陷的可能性。示例性地，坩埚基体的材料选自石墨。

本申请对坩埚基体的外轮廓没有特别限制，只要能实现本申请的目的即可。例如，坩埚基体的外轮廓可以包括但不限于圆柱形。

本申请上述的烘干和烘干处理的过程采用本领域常规过程，本申请对烘干或烘干处理的温度和时间没有特别限制，只要能实现本申请的目的即可。例如，可以包括但不限于在80℃-120℃温度下处理2h-10h来进行烘干或烘干处理。

本申请第二方面提供了一种采用本申请第一方面提供的制备方法制得的含有碳化钽涂层的坩埚用于生长晶体的用途。采用本申请制得的坩埚生长晶体，一方面，坩埚的使用寿命长；另一方面，可以有效降低坩埚基体材料颗粒进入晶体造成包裹物缺陷的可能性，进而提高晶体的质量。

在本申请的一些实施方案中，晶体包括碳化硅晶体、氮化铝晶体、氧化锌晶体、硫化锌晶体、硒化锌晶体或碲化锌晶体中的任一种。采用本申请制得的坩埚生长得到的晶体，包裹物缺陷低至6个/cm²-12个/cm²，晶体品质高。

实施例

以下，举出实施例及对比例来对本申请的实施方式进行更具体地说明。各种的试验及评价按照下述的方法进行。

测试方法和设备：

通过涡流测厚仪分别测量四个位点的中间层和碳化钽涂层的厚度值后求平均值，记为中间层的厚度和碳化钽涂层的厚度，四个位点分别为：距离坩埚底壁1/4处、距离坩埚底壁1/2处，距离坩埚底壁3/4处，坩埚底壁中心处，厚度单位为μm。

通过X-射线衍射(XRD)仪表征碳化钽涂层的XRD特征峰。

通过扫描电镜(SEM)观察实施例制备的含有碳化钽涂层的坩埚的断面形貌，并拍摄SEM照片。

晶体中碳包裹物的平均密度测量

将实施例中制备所得碳化硅单晶切割、加工成晶片。采用光学显微镜，在放大50倍下，统计视野区域内晶片中碳包裹物的数量，然后除以视野区域面积，得到该晶片中的碳包裹物的密度。取同一碳化硅单晶的3个晶片，进行平行实验，最后取3次平行实验数据的平均值，作为该晶体中碳包裹物的平均密度，单位为个/cm²。

实施例1

(1)将碳化钽微粉(粒径为1μm，纯度99.9％)、碳粉(粒径为0.02μm，纯度99.99％)、烧结助剂Ta₂O₅(纯度99.9％)和粘结剂聚乙烯醇按照第一质量比(记为M1)15:5:1:4进行混合，然后加入乙醇作为溶剂，并搅拌均匀，调配成固含量为60wt％的中间层浆料。将碳化钽微粉(D50为1μm)、烧结助剂Ta₂O₅和聚乙烯醇按照第二质量比(记为M2)20:1:4进行混合，然后加入乙醇作为溶剂，并搅拌均匀，调配成固含量为60wt％的碳化钽悬浊液，以上所用聚乙烯醇的牌号为

PVA-203，重均分子量为31000，碳粉的牌号为cy-C-99，购自清河县创盈金属材料有限公司。

(2)将中间层浆料均匀地刷涂在石墨坩埚基体的内表面(包括侧壁和底壁)，在100℃烘干得到中间层。

(3)然后，将碳化钽悬浊液均匀地刷涂在中间层的表面，在100℃烘干并在500℃预热处理2h，然后将石墨坩埚基体放入高温加热炉中，在1800℃、30kPa、氩气气氛保护下烧结2h，得到含有碳化钽涂层的坩埚。其中，中间层的厚度为10μm，碳化钽涂层的厚度为30μm。

(4)采用含有碳化钽涂层的石墨坩埚通过物理气相传输法生长碳化硅单晶。将碳化硅原料放入含有碳化钽涂层的石墨坩埚底部，将Φ160mm的碳化硅籽晶固定在石墨籽晶托上。密闭坩埚，通过侧加热器加热使碳化硅物料在1850℃下分解升华为气相组分。气相组分在轴向温度梯度驱动下传输至低温区的籽晶处，并在籽晶表面沉积生长，在压力2000Pa、温度2300℃条件下生长96个小时后，随炉退火直至整个晶锭冷却到室温，得到碳化硅单晶。

实施例2至实施例9

除了按照表1调整参数以外，其余与实施例1相同。

实施例10

除了步骤(2)按照以下步骤操作以外，其余与实施例1相同：

(2)将中间层浆料均匀地刷涂在石墨坩埚基体的内表面(包括内壁和底壁)，通过等静压力机加压150MPa加压成型，然后在100℃烘干得到中间层。

实施例11

除了步骤(3)按照以下步骤操作以外，其余与实施例1相同：

(3)将碳化钽悬浊液置于含有中间层的石墨坩埚基体的内部，然后将石墨坩埚基体放入离心机中，在2000rpm下进行离心旋转处理10min后取出，先静置20min，再在100℃烘干并在500℃预热处理2h，然后将石墨坩埚基体放入高温加热炉中，在1800℃、30kPa、氩气气氛保护下烧结2h，得到含有碳化钽涂层的坩埚。其中，中间层的厚度为10μm，碳化钽涂层的厚度为30μm。

对比例1

除了用如下步骤替换步骤(1)、(2)、(3)以外，其余与实施例1相同。

将碳化钽微粉(D50为1μm)、Ta₂O₅和聚乙烯醇按照第二质量比20:1:4进行混合，然后加入乙醇作为溶剂，并搅拌均匀，调配成固含量为40wt％的碳化钽悬浊液。

将碳化钽悬浊液均匀地刷涂在坩埚基体的内壁和底壁，在100℃烘干并在500℃预热处理2h，然后将坩埚基体放入高温加热炉中，在1800℃、30kPa、氩气气氛保护下烧结2h，得到含有碳化钽涂层的坩埚。其中，碳化钽涂层的厚度为30μm。

各实施例和对比例1的相关参数如表1所示。

表1

注：表1中“/”表示不存在对应参数或物质。

从表1可以看出，与对比例1相比，本申请实施例1-11中制备的含有碳化钽涂层的坩埚，其碳化钽涂层的性能更好、无裂纹；本申请实施例1-11中制得的坩埚用于生长碳化硅单晶，得到的碳化硅单晶中的碳包裹物的平均密度更低，从而说明采用本申请提供的制备方法制得的含有碳化钽涂层的坩埚用于生长碳化硅单晶，有利于提高晶体的质量。

从实施例1和实施例10可以看出，通过在压力作用下成型制备中间层，有利于进一步改善碳化钽涂层的性能。本申请实施例10中制得的坩埚用于碳化硅单晶生长，得到的碳化硅单晶中的碳包裹物的平均密度进一步降低，从而说明采用本申请提供的制备方法制得的含有碳化钽涂层的坩埚用于生长碳化硅单晶，有利于进一步提高晶体的质量。

从实施例11可以看出，采用本申请提供的制备方法通过离心旋转处理制备碳化钽涂层并调控静置的时间在本申请范围内，得到的碳化钽涂层的性能好。将本申请实施例11中制得的坩埚用于碳化硅单晶生长，得到的碳化硅单晶中的碳包裹物的平均密度进一步降低，从而说明采用本申请提供的制备方法制得的含有碳化钽涂层的坩埚用于生长碳化硅单晶，有利于提高晶体的质量。

图2为本申请实施例1制得的含有碳化钽涂层的坩埚中的碳化钽涂层的XRD谱图。可以看出，碳化钽涂层在2θ为34.85°、40.46°、58.56°、70.00°和73.61°处有尖锐的特征峰，分别对应(111)、(200)、(220)、(311)和(222)晶面，与碳化钽标准卡片(JCPDS file No.35-0801)一致，表明在坩埚基体的内表面成功制得结晶度较高的碳化钽涂层。具有上述特征峰的碳化钽涂层的稳定性高，可以减少晶体生长过程中对坩埚基体材料的腐蚀，能够降低坩埚基体材料颗粒进入晶体造成包裹物缺陷的可能性。

图3和图4分别是实施例1和对比例1制备的含有碳化钽涂层的坩埚的断面扫描电镜照片。从图3可以看出，实施例1制备的含有碳化钽涂层的坩埚中，碳化钽涂层、中间层和坩埚基体各层结合紧密、厚度均匀，其优良的界面结合可以减少碳化硅单晶生长中的缺陷源，使碳化硅单晶中的碳包裹物的平均密度更低。从图4可以看出，对比例1制备的含有碳化钽涂层的坩埚中碳化钽涂层直接和坩埚基体结合，失去中间层的过渡桥梁作用，界面结合效果劣于实施例1，界面结合不够紧密，碳化钽涂层和坩埚基体之间甚至有裂缝产生，使得碳化钽涂层易脱落，会增加碳化硅单晶生长中的缺陷源，导致碳化硅单晶中的碳包裹物的平均密度更高。

综上，本申请提供的制备方法具有操作简单、成本低廉、设备要求低的优点，通过本申请的制备方法制备的碳化钽涂层，厚度均匀、结构致密、不易脱落、无裂纹，可以有效防止高温和源粉体分解升华的气相组分对坩埚基体材料的腐蚀。采用本申请制得的坩埚生长晶体，一方面，坩埚的使用寿命长；另一方面，可以有效降低坩埚基体材料颗粒进入晶体造成包裹物缺陷的可能性，进而提高晶体的质量。

可以理解的是，以上实施例1-11采用石墨坩埚基体制备含有碳化钽涂层的坩埚仅为示例，还可以采用材料为碳化硅或碳化硅-碳复合材料等本领域已知的坩埚基体，只要能够实现本申请的目的即可。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法或者物品不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法或者物品所固有的要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

以上所述仅为本申请的较佳实施例，并非用于限定本申请的保护范围。凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本申请的保护范围内。

Claims (11)

1.一种含有碳化钽涂层的坩埚的制备方法，其包括以下步骤：

(1)将碳化钽微粉、碳粉、第一烧结助剂和第一粘结剂加入第一溶剂中分散均匀，得到中间层浆料；所述碳化钽微粉、所述碳粉、所述第一烧结助剂和所述第一粘结剂的质量比为(15-16):(5-9):(1-3):(3-4)；

将所述碳化钽微粉、第二烧结助剂和第二粘结剂加入第二溶剂中分散均匀，得到碳化钽悬浊液；所述碳化钽微粉、所述第二粘结剂和所述第二烧结助剂的质量比为(20-25):(1-3):(3-4)；

所述碳化钽微粉的粒径D50为0.5μm-1.5μm；所述碳粉的粒径D50为0.02μm-0.1μm；所述第一溶剂和所述第二溶剂各自独立地选自水和乙醇中的至少一种，所述第一粘结剂和所述第二粘结剂各自独立地选自聚乙烯醇、乙烯基酯树脂、加聚型聚酰亚胺和石墨胶中的至少一种，所述第一烧结助剂和所述第二烧结助剂各自独立地选自五氧化二钽和碳化硅中的至少一种；

(2)将所述中间层浆料设置在坩埚基体的内表面，烘干处理形成中间层；

(3)然后，将所述碳化钽悬浊液设置在所述中间层的表面，烘干并预热处理后，在惰性气体保护下烧结得到所述含有碳化钽涂层的坩埚。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述碳化钽涂层的厚度为10μm-45μm。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述中间层的厚度为5μm-15μm。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述烧结的温度为1600℃-1900℃，时间为1h-4h，压力为10kPa-30kPa。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述步骤(2)中，将所述中间层浆料设置在所述坩埚基体的内表面后，先在20MPa-300MPa的压力作用下成型，然后烘干处理形成所述中间层。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述步骤(3)中，将所述碳化钽悬浊液设置在所述中间层的表面后，先静置15min-30min，再进行烘干并预热处理。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述碳化钽涂层的X射线衍射谱图在2θ为34.85±0.02°、40.46±0.02°、58.56±0.02°、70.00±0.02°和73.61±0.02°处有特征峰°。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述预热处理的温度为300℃-500℃，时间为1h-2h。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述坩埚基体的材料选自石墨、碳化硅或碳化硅-碳复合材料。

10.一种根据权利要求1-9中任一项所述的制备方法制得的含有碳化钽涂层的坩埚用于生长晶体的用途。

11.根据权利要求10所述的用途，其中，所述晶体包括碳化硅晶体、氮化铝晶体、氧化锌晶体、硫化锌晶体、硒化锌晶体或碲化锌晶体中的任一种。

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