CN115974591A - 一种碳化硅石墨复合坩埚及其制备方法与应用 - Google Patents
一种碳化硅石墨复合坩埚及其制备方法与应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115974591A CN115974591A CN202310280787.0A CN202310280787A CN115974591A CN 115974591 A CN115974591 A CN 115974591A CN 202310280787 A CN202310280787 A CN 202310280787A CN 115974591 A CN115974591 A CN 115974591A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- silicon
- crucible
- silicon carbide
- graphite composite
- composite crucible
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 150
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 149
- 239000010439 graphite Substances 0.000 title claims abstract description 149
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 148
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 148
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 79
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 100
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 66
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 65
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 55
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 54
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 41
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 41
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 38
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims abstract description 24
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 21
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 21
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 15
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 14
- 239000011863 silicon-based powder Substances 0.000 claims description 12
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 claims description 8
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 claims description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 2-methoxy-6-methylphenol Chemical compound [CH]OC1=CC=CC([CH])=C1O KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 6
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 5
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims 1
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 claims 1
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 claims 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 17
- 238000001723 curing Methods 0.000 description 9
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 8
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000006184 cosolvent Substances 0.000 description 2
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 2
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- 229910004356 Ti Raw Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 description 1
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N silicic acid Chemical compound O[Si](O)(O)O RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003746 solid phase reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
本发明涉及一种碳化硅石墨复合坩埚及其制备方法与应用，所述制备方法包括如下步骤：（1）含氧气氛下热处理石墨坩埚的内腔；（2）热处理完成后，内腔表面涂覆含硅浆料，烘干固化，得到含硅涂层；（3）真空环境下加热石墨坩埚，冷却后，得到所述碳化硅石墨复合坩埚。本发明制备得到的碳化硅石墨复合坩埚可以作为TSSG法生长SiC单晶的容器和Si源，能够稳定生长过程中Si元素的含量，适合长时间稳定生长SiC单晶。
Description
技术领域
本发明属于半导体技术领域，涉及一种石墨坩埚，尤其涉及一种碳化硅石墨复合坩埚及其制备方法与应用。
背景技术
碳化硅是代表性的第三代宽禁带半导体材料，在新能源汽车、储能等领域有着广泛的应用前景。顶部籽晶溶液法(TSSG)是生长SiC晶体的常见方法，TSSG一般使用石墨坩埚盛放Si原料和助溶剂，采用感应加热或电阻加热方法，使Si原料和助溶剂熔化形成溶液，石墨坩埚的碳元素逐渐溶解于溶液中，并接近饱和浓度。由于籽晶处的溶液温度低，处于溶质过饱和状态，使得SiC在籽晶上逐渐析出并生长。
在TSSG法中，籽晶附近处SiC的析出消耗了溶液中的Si和C。不同于C元素，Si元素并不能从石墨坩埚处得到补充。因此，石墨坩埚中的Si元素含量呈现逐渐下降的状态，这一方面会导致溶液从SiC饱和逐渐向其它碳化物饱和转变，导致SiC析出过程停止；另一方面，SiC籽晶附近的Si元素含量的减少也会导致生长不稳定，晶体内出现溶剂包裹等缺陷。因此，为了保持TSSG法中SiC单晶的稳定生长，需要在生长SiC过程中提供Si源。
为了稳定生长SiC，可在石墨坩埚表面制备富含Si的涂层。CN103787694A公开了一种原位反应法制备石墨坩埚表面的SiC涂层的方法，包括如下步骤：将打磨好的涂层用石墨坩埚埋覆于发热用石墨坩埚内的硅粉中，得预反应物料；预反应物料放置在超音频感应加热炉中，在1300℃、惰性气体保护下反应60-90min。即CN103787694A利用原位反应在石墨坩埚的表面通过固相反应生成了厚度均匀的SiC涂层。
CN105503265A公开了一种石墨加热炉内石墨热场表面制备SiC涂层的方法，包括将炉内气压抽至1~10-2Pa，然后将石墨加热炉内温度提升至100~150℃；维持炉内气压不变，将溶度为30-50%的硅溶胶溶液从炉内顶部吸入真空炉内，溶液吸入的流量为100-1000mL/min，时间为1-5min；在100-150℃保温1h后，将石墨加热炉内温度提升至200-400℃，升温速率为3-6℃每分钟，保温1-2h；将石墨加热炉内温度升高至1450-1600℃，升温速率为4-8℃每分钟，保温2-6h，停止保温，冷却后，加热炉内碳素材料表面具有碳化硅涂层。
上述现有技术在石墨坩埚内表面处的SiC的厚度较薄，难以为TSSG法生长SiC单晶体提供稳定的Si源。
为此，需要提供一种能够制备厚度较厚且无溶剂夹杂的SiC单晶的碳化硅石墨复合坩埚及其制备方法与应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种碳化硅石墨复合坩埚及其制备方法与应用，所述制备方法得到的碳化硅石墨复合坩埚可以作为TSSG法生长SiC单晶的容器和Si源，能够稳定生长过程中Si元素的含量，适合长时间稳定生长SiC单晶。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种碳化硅石墨复合坩埚的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
（1）含氧气氛下热处理石墨坩埚的内腔；
（2）热处理完成后，内腔表面涂覆含硅浆料，烘干固化，得到含硅涂层；
（3）真空环境下加热石墨坩埚，冷却后，得到所述碳化硅石墨复合坩埚。
本发明提供的制备方法，首先在含氧气氛下热处理石墨坩埚，使坩埚内腔表面的石墨与氧气发生反应，生成的CO2气体随着气体离开坩埚内腔；随着热处理的持续，石墨坩埚的内腔表面形成多孔结构；而后，通过涂覆含硅浆料，在石墨坩埚的内腔表面形成含硅涂层；在真空环境下进行加热，使含硅涂层中的Si渗入石墨坩埚内表面的孔洞中与石墨反应，生成碳化硅。最后随炉冷却，得到所述碳化硅石墨复合坩埚；本发明制备方法所得碳化硅石墨复合坩埚具有较厚的SiC层厚度，可以作为TSSG法生长SiC单晶的容器和Si源，能够稳定生长过程中Si元素的含量，适合长时间稳定生长SiC单晶。
示例性的，本发明所述石墨坩埚的外径为150-300mm，内径为130-280mm，高度为100-300mm。
本发明所述石墨坩埚的外径为150-300mm，例如可以是150mm、180mm、200mm、250mm、280mm或300mm，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。
本发明所述石墨坩埚的内径为130-280mm，例如可以是130mm、150mm、180mm、185mm或190mm，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。
本发明所述石墨坩埚的高度为100-300mm，例如可以是100mm、150mm、200mm、250mm或300mm，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）所述热处理的温度为700-1000℃，例如可以是700℃、750℃、800℃、850℃、900℃、950℃或1000℃，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，优选为780-820℃。
优选地，步骤（1）所述热处理的时间为2-20h，例如可以是2h、5h、10h、15h、18h或20h，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，优选为10-15h。
石墨坩埚内腔形成多孔结构的质量与热处理的温度与时间相关，本发明通过控制热处理的温度与时间，使石墨坩埚内腔形成的多孔结构符合工艺要求，有利于含硅涂层中硅的后续渗入。
优选地，步骤（1）所述含氧气氛所用气体包括空气和/或氧气。
优选地，步骤（1）所述含氧气氛所用气体的流量为100-1000mL/min，例如可以是100mL/min、300mL/min、500mL/min、800mL/min或1000mL/min，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，优选为450-550mL/min。
优选地，步骤（2）所述含硅浆料由质量比(4-6):1:(2-4)的硅粉、树脂以及溶剂组成。
本发明步骤（2）所述含硅浆料中，硅粉与树脂的质量比为(4-6):1，例如可以是4:1、4.5:1、5:1、5.5:1或6:1，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。
本发明步骤（2）所述含硅浆料中，树脂与溶剂的质量比为1:(2-4)，例如可以是1:2、1:2.5、1:3、1:3.5或1:4，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。
示例性的，本发明所述硅粉的粒度D50为50-80目，例如可以是50目、60目、70目或80目，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。
本发明所述树脂包括但不限于酚醛树脂。
优选地，所述溶剂包括水。
优选地，步骤（2）所述含硅涂层的厚度为0.5-3.0mm，例如可以是0.5mm、0.8mm、1mm、1.5mm、2mm或3mm，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，优选为0.8-1.2mm。
本发明所述含硅涂层的厚度是指，烘干固化完成一次涂层的制备，重复进行涂覆与烘干固化，直至含硅涂层的厚度达到0.8-1.2mm。
优选地，步骤（3）所述真空环境的绝对压力为≤1000Pa，例如可以是10Pa、50Pa、100Pa、500Pa、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，优选为≤100Pa。
优选地，步骤（3）所述加热的温度为1600-1800℃，例如可以是1600℃、1650℃、1700℃、1750℃、1780℃或1800℃，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（3）所述加热的时间为5-15h，例如可以是5h、8h、10h、12h或15h，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。
作为本发明第一方面所述制备方法的优选技术方案，所述制备方法包括如下步骤：
（1）含氧气氛下热处理石墨坩埚的内腔；所述热处理的温度为700-1000℃，时间为2-20h；所述含氧气氛所用气体包括空气和/或氧气，所用气体的流量为100-1000mL/min；
（2）热处理完成后，内腔表面涂覆含硅浆料，烘干固化，得到厚度为0.5-3mm的含硅涂层；所述含硅浆料由质量比(4-6):1:(2-4)的硅粉、酚醛树脂以及水组成；
（3）绝对压力为≤1000Pa的真空环境下加热石墨坩埚至1600-1800℃，保温5-15h，随炉冷却后，得到所述碳化硅石墨复合坩埚。
第二方面，本发明提供了一种碳化硅石墨复合坩埚，所述碳化硅石墨复合坩埚由第一方面所述制备方法得到。
第三方面，本发明提供了一种如第二方面所述碳化硅石墨复合坩埚的应用，所述碳化硅石墨复合坩埚用于SiC单晶的生长，所述应用包括如下步骤：
（a）碳化硅石墨复合坩埚中形成含硅的合金溶液，然后籽晶以及碳化硅石墨复合坩埚反方向旋转；
（b）籽晶浸入含硅的合金溶液后，提拉籽晶，完成SiC单晶的生长。
优选地，步骤（a）所述籽晶的旋转速度为1-200rpm，例如可以是1rpm、20rpm、50rpm、100rpm、150rpm或200rpm，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，优选为18-22rpm。
优选地，步骤（a）所述碳化硅石墨复合坩埚的旋转速度为1-50rpm，例如可以是1rpm、5rpm、10rpm、20rpm、30rpm、40rpm或50rpm，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，优选为4-6rpm。
优选地，步骤（b）所述提拉的速度为50-1000μm/h，例如可以是50μm/h、100μm/h、200μm/h、280μm/h、300μm/h、500μm/h、600μm/h、800μm/h或1000μm/h，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，优选为280-320μm/h。
优选地，步骤（b）所述提拉的时间为20-100h，例如可以是20h、40h、45h、50h、60h、80h或100h，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，优选为45-50h。
本发明所述含硅的合金溶液除含Si外，还能够包含Ti、Cr、Sc、Ni、Al、Co、Mn、Mg、Ge、As、P、N、O、B、Dy、Y、Nb、Nd、Fe中的任意一种或至少两种的组合。
作为本发明第三方面所述应用的优选技术方案，所述应用包括如下步骤：
（a）碳化硅石墨复合坩埚中形成温度1650-2150℃的含硅的合金溶液，然后籽晶以及碳化硅石墨复合坩埚反方向旋转；籽晶的旋转速度为1-200rpm；碳化硅石墨复合坩埚的旋转速度为1-50rpm；
（b）籽晶浸入含硅的合金溶液后，以50-1000μm/h的速度提拉籽晶20-100h，完成SiC单晶的生长。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的制备方法，首先在含氧气氛下热处理石墨坩埚，使坩埚内腔表面的石墨与氧气发生反应，生成的CO2气体随着气体离开坩埚内腔；随着热处理的持续，石墨坩埚的内腔表面形成多孔结构；而后，通过涂覆含硅浆料，在石墨坩埚的内腔表面形成含硅涂层；在真空环境下进行加热，使含硅涂层中的Si渗入石墨坩埚内表面的孔洞中与石墨反应，生成碳化硅；最后随炉冷却，得到所述碳化硅石墨复合坩埚；本发明制备方法所得碳化硅石墨复合坩埚具有较厚的SiC层厚度，可以作为TSSG法生长SiC单晶的容器和Si源，能够稳定生长过程中Si元素的含量，适合长时间稳定生长SiC单晶。
附图说明
图1为石墨坩埚的内腔形成多孔结构的示意图。
具体实施方式
为了清楚说明本发明的技术方案，本发明具体实施方式中的石墨坩埚的外径为200mm，内径为180mm，高度为150mm。
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石墨复合坩埚的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
（1）空气气氛下热处理石墨坩埚的内腔，在石墨坩埚的内腔表面形成如图1所示的多孔结构；所述热处理的温度为800℃，时间为12h；所述空气气氛所用空气的流量为500mL/min；
（2）热处理完成后，内腔表面涂覆含硅浆料，烘干固化，得到厚度为1.5mm的含硅涂层；所述含硅浆料由质量比5:1:3的50目硅粉、酚醛树脂以及水组成；
（3）绝对压力为100Pa的真空环境下加热石墨坩埚至1700℃，形成的Si溶液渗入坩埚内表面的孔洞中并于石墨反应，保温10h，随炉冷却后，得到所述碳化硅石墨复合坩埚。
本实施例制备方法所得碳化硅石墨复合坩埚具有较厚的SiC层厚度，可以作为TSSG法生长SiC单晶的容器和Si源，能够稳定生长过程中Si元素的含量，适合长时间稳定生长SiC单晶。
实施例2
本实施例提供了一种碳化硅石墨复合坩埚的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
（1）空气气氛下热处理石墨坩埚的内腔，在石墨坩埚的内腔表面形成如图1所示的多孔结构；所述热处理的温度为780℃，时间为15h；所述空气气氛所用空气的流量为550mL/min；
（2）热处理完成后，内腔表面涂覆含硅浆料，烘干固化，得到厚度为1mm的含硅涂层；所述含硅浆料由质量比4:1:2的50目硅粉、酚醛树脂以及水组成；
（3）绝对压力为100Pa的真空环境下加热石墨坩埚至1650℃，形成的Si溶液渗入坩埚内表面的孔洞中并于石墨反应，保温12h，随炉冷却后，得到所述碳化硅石墨复合坩埚。
本实施例制备方法所得碳化硅石墨复合坩埚具有较厚的SiC层厚度，可以作为TSSG法生长SiC单晶的容器和Si源，能够稳定生长过程中Si元素的含量，适合长时间稳定生长SiC单晶。
实施例3
本实施例提供了一种碳化硅石墨复合坩埚的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
（1）空气气氛下热处理石墨坩埚的内腔，在石墨坩埚的内腔表面形成如图1所示的多孔结构；所述热处理的温度为820℃，时间为10h；所述空气气氛所用空气的流量为450mL/min；
（2）热处理完成后，内腔表面涂覆含硅浆料，烘干固化，得到厚度为2mm的含硅涂层；所述含硅浆料由质量比6:1:4的50目硅粉、酚醛树脂以及水组成；
（3）绝对压力为100Pa的真空环境下加热石墨坩埚至1750℃，形成的Si溶液渗入坩埚内表面的孔洞中并于石墨反应，保温8h，随炉冷却后，得到所述碳化硅石墨复合坩埚。
本实施例制备方法所得碳化硅石墨复合坩埚具有较厚的SiC层厚度，可以作为TSSG法生长SiC单晶的容器和Si源，能够稳定生长过程中Si元素的含量，适合长时间稳定生长SiC单晶。
实施例4
本实施例提供了一种碳化硅石墨复合坩埚的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
（1）空气气氛下热处理石墨坩埚的内腔，在石墨坩埚的内腔表面形成如图1所示的多孔结构；所述热处理的温度为700℃，时间为20h；所述空气气氛所用空气的流量为1000mL/min；
（2）热处理完成后，内腔表面涂覆含硅浆料，烘干固化，得到厚度为0.5mm的含硅涂层；所述含硅浆料由质量比5:1:3的50目硅粉、酚醛树脂以及水组成；
（3）绝对压力为100Pa的真空环境下加热石墨坩埚至1600℃，形成的Si溶液渗入坩埚内表面的孔洞中并于石墨反应，保温15h，随炉冷却后，得到所述碳化硅石墨复合坩埚。
本实施例制备方法所得碳化硅石墨复合坩埚具有较厚的SiC层厚度，可以作为TSSG法生长SiC单晶的容器和Si源，能够稳定生长过程中Si元素的含量，适合长时间稳定生长SiC单晶。
实施例5
本实施例提供了一种碳化硅石墨复合坩埚的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
（1）空气气氛下热处理石墨坩埚的内腔，在石墨坩埚的内腔表面形成如图1所示的多孔结构；所述热处理的温度为1000℃，时间为2h；所述空气气氛所用空气的流量为100mL/min；
（2）热处理完成后，内腔表面涂覆含硅浆料，烘干固化，得到厚度为3mm的含硅涂层；所述含硅浆料由质量比5:1:3的50目硅粉、酚醛树脂以及水组成；
（3）绝对压力为100Pa的真空环境下加热石墨坩埚至1800℃，形成的Si溶液渗入坩埚内表面的孔洞中并于石墨反应，保温5h，随炉冷却后，得到所述碳化硅石墨复合坩埚。
本实施例制备方法所得碳化硅石墨复合坩埚具有较厚的SiC层厚度，可以作为TSSG法生长SiC单晶的容器和Si源，能够稳定生长过程中Si元素的含量，适合长时间稳定生长SiC单晶。
应用例1
本应用例提供了一种应用实施例1提供的碳化硅石墨复合坩埚进行SiC单晶生长的应用，所述应用包括如下步骤：
（a）碳化硅石墨复合坩埚添加120mm高的Si原料与Cr原料，感应加热至2000℃使原料熔化，形成Si-40at%Cr溶液；然后籽晶以及碳化硅石墨复合坩埚反方向旋转；籽晶的旋转速度为20rpm；碳化硅石墨复合坩埚的旋转速度为5rpm；
（b）籽晶浸入合金溶液后提升籽晶杆，使籽晶面高于溶液1.5mm，然后以50μm/h的速度提拉籽晶100h，生长了5mm厚的SiC单晶体。
应用例2
本应用例提供了一种应用实施例1提供的碳化硅石墨复合坩埚进行SiC单晶生长的应用，所述应用包括如下步骤：
（a）碳化硅石墨复合坩埚添加120mm高的Si原料与Cr原料，感应加热至2150℃使原料熔化，形成Si-40at%Cr溶液；然后籽晶以及碳化硅石墨复合坩埚反方向旋转；籽晶的旋转速度为150rpm；碳化硅石墨复合坩埚的旋转速度为20rpm；
（b）籽晶浸入合金溶液后提升籽晶杆，使籽晶面高于溶液1.5mm，然后以1000μm/h的速度提拉籽晶20h，生长了20.0mm厚的SiC单晶体。
应用例3
本应用例提供了一种应用实施例1提供的碳化硅石墨复合坩埚进行SiC单晶生长的应用，所述应用包括如下步骤：
（a）碳化硅石墨复合坩埚添加120mm高的Si原料与Cr原料，感应加热至1650℃使原料熔化，形成Si-40at%Cr溶液；然后籽晶以及碳化硅石墨复合坩埚反方向旋转；籽晶的旋转速度为100rpm；碳化硅石墨复合坩埚的旋转速度为40rpm；
（b）籽晶浸入合金溶液后提升籽晶杆，使籽晶面高于溶液1.5mm，然后以100μm/h的速度提拉籽晶50h，生长了5.0mm厚的SiC单晶体。
应用例4
本应用例提供了一种应用实施例1提供的碳化硅石墨复合坩埚进行SiC单晶生长的应用，所述应用包括如下步骤：
（a）碳化硅石墨复合坩埚添加120mm高的Si原料与Cr原料，感应加热至2000℃使原料熔化，形成Si-40at%Cr溶液；然后籽晶以及碳化硅石墨复合坩埚反方向旋转；籽晶的旋转速度为20rpm；碳化硅石墨复合坩埚的旋转速度为5rpm；
（b）籽晶浸入合金溶液后提升籽晶杆，使籽晶面高于溶液1.5mm，然后以300μm/h的速度提拉籽晶70h，生长了21.0mm厚的SiC单晶体。
应用例5
本应用例提供了一种应用实施例1提供的碳化硅石墨复合坩埚进行SiC单晶生长的应用，所述应用包括如下步骤：
（a）碳化硅石墨复合坩埚添加120mm高的Si原料与Cr原料，感应加热至2000℃使原料熔化，形成Si-40at%Cr溶液；然后籽晶以及碳化硅石墨复合坩埚反方向旋转；籽晶的旋转速度为20rpm；碳化硅石墨复合坩埚的旋转速度为5rpm；
（b）籽晶浸入合金溶液后提升籽晶杆，使籽晶面高于溶液1.5mm，然后以500μm/h的速度提拉籽晶40h，生长了20.0mm厚的SiC单晶体。
应用例6
本应用例提供了一种应用实施例1提供的碳化硅石墨复合坩埚进行SiC单晶生长的应用，所述应用包括如下步骤：
（a）碳化硅石墨复合坩埚添加120mm高的Si原料与Ti原料，感应加热至1800℃使原料熔化，形成Si-20at%Ti溶液；然后籽晶以及碳化硅石墨复合坩埚反方向旋转；籽晶的旋转速度为20rpm；碳化硅石墨复合坩埚的旋转速度为5rpm；
（b）籽晶浸入合金溶液后提升籽晶杆，使籽晶面高于溶液1.5mm，然后以300μm/h的速度提拉籽晶40h，生长了12.0mm厚的SiC单晶体。
应用例7
本应用例提供了一种应用实施例2提供的碳化硅石墨复合坩埚进行SiC单晶生长的应用，所述应用步骤与应用例1相同。
本应用例与应用例1相同，能够稳定生长5mm厚的SiC单晶体。
应用例8
本应用例提供了一种应用实施例3提供的碳化硅石墨复合坩埚进行SiC单晶生长的应用，所述应用步骤与应用例1相同。
本应用例与应用例1相同，能够稳定生长5mm厚的SiC单晶体。
应用例9
本应用例提供了一种应用实施例4提供的碳化硅石墨复合坩埚进行SiC单晶生长的应用，所述应用步骤与应用例1相同。
本应用例与应用例1相同，能够稳定生长5mm厚的SiC单晶体。
应用例10
本应用例提供了一种应用实施例5提供的碳化硅石墨复合坩埚进行SiC单晶生长的应用，所述应用步骤与应用例1相同。
本应用例与应用例1相同，能够稳定生长5mm厚的SiC单晶体。
综上所述，本发明提供的制备方法，首先在含氧气氛下热处理石墨坩埚，使坩埚内腔表面的石墨与氧气发生反应，生成的CO2气体随着气体离开坩埚内腔；随着热处理的持续，石墨坩埚的内腔表面形成多孔结构；而后，通过涂覆含硅浆料，在石墨坩埚的内腔表面形成含硅涂层；在真空环境下进行加热，使含硅涂层中的Si渗入石墨坩埚内表面的孔洞中与石墨反应，生成碳化硅；最后随炉冷却，得到所述碳化硅石墨复合坩埚；本发明制备方法所得碳化硅石墨复合坩埚具有较厚的SiC层厚度，可以作为TSSG法生长SiC单晶的容器和Si源，能够稳定生长过程中Si元素的含量，适合长时间稳定生长SiC单晶。
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)
1.一种碳化硅石墨复合坩埚的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
（1）含氧气氛下热处理石墨坩埚的内腔；
（2）热处理完成后，内腔表面涂覆含硅浆料，烘干固化，得到含硅涂层；
（3）真空环境下加热石墨坩埚，冷却后，得到所述碳化硅石墨复合坩埚。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述热处理的温度为700-1000℃；
步骤（1）所述热处理的时间为2-20h。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述含氧气氛所用气体包括空气和/或氧气；
步骤（1）所述含氧气氛所用气体的流量为100-1000mL/min。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述含硅浆料由质量比(4-6):1:(2-4)的硅粉、树脂以及溶剂组成。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述加热的温度为1600-1800℃，时间为5-15h。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
（1）含氧气氛下热处理石墨坩埚的内腔；所述热处理的温度为700-1000℃，时间为2-20h；所述含氧气氛所用气体包括空气和/或氧气，所用气体的流量为100-1000mL/min；
（2）热处理完成后，内腔表面涂覆含硅浆料，烘干固化，得到厚度为0.5-3mm的含硅涂层；所述含硅浆料由质量比(4-6):1:(2-4)的硅粉、酚醛树脂以及水组成；
（3）绝对压力为≤1000Pa的真空环境下加热石墨坩埚至1600-1800℃，保温5-15h，随炉冷却后，得到所述碳化硅石墨复合坩埚。
7.一种碳化硅石墨复合坩埚，其特征在于，所述碳化硅石墨复合坩埚由权利要求1-6任一项所述制备方法得到。
8.一种如权利要求7所述碳化硅石墨复合坩埚的应用，其特征在于，所述碳化硅石墨复合坩埚用于SiC单晶的生长，所述应用包括如下步骤：
（a）碳化硅石墨复合坩埚中形成含硅的合金溶液，然后籽晶以及碳化硅石墨复合坩埚反方向旋转；
（b）籽晶浸入含硅的合金溶液后，提拉籽晶，完成SiC单晶的生长。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，步骤（a）所述籽晶的旋转速度为1-200rpm；
步骤（a）所述碳化硅石墨复合坩埚的旋转速度为1-50rpm；
步骤（b）所述提拉的速度为50-1000μm/h；
步骤（b）所述提拉的时间为20-100h。
10.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述应用包括如下步骤：
（a）碳化硅石墨复合坩埚中形成温度1650-2150℃的含硅的合金溶液，然后籽晶以及碳化硅石墨复合坩埚反方向旋转；籽晶的旋转速度为1-200rpm；碳化硅石墨复合坩埚的旋转速度为1-50rpm；
（b）籽晶浸入含硅的合金溶液后，以50-1000μm/h的速度提拉籽晶20-100h，完成SiC单晶的生长。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310280787.0A CN115974591B (zh) | 2023-03-22 | 2023-03-22 | 一种碳化硅石墨复合坩埚及其制备方法与应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310280787.0A CN115974591B (zh) | 2023-03-22 | 2023-03-22 | 一种碳化硅石墨复合坩埚及其制备方法与应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115974591A true CN115974591A (zh) | 2023-04-18 |
| CN115974591B CN115974591B (zh) | 2023-06-30 |
Family
ID=85958305
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310280787.0A Active CN115974591B (zh) | 2023-03-22 | 2023-03-22 | 一种碳化硅石墨复合坩埚及其制备方法与应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115974591B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116730744A (zh) * | 2023-05-31 | 2023-09-12 | 昊石新材料科技南通有限公司 | 一种碳化硅外延生长用石墨部件及其复合涂层制备工艺 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006131451A (ja) * | 2004-11-05 | 2006-05-25 | Tokai Carbon Co Ltd | 単結晶引き上げ用ルツボとその製造方法 |
| US20070209573A1 (en) * | 2004-09-03 | 2007-09-13 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Method for preparing silicon carbide single crystal |
| CN108070909A (zh) * | 2016-11-17 | 2018-05-25 | 上海新昇半导体科技有限公司 | 坩埚、坩埚的制备方法及4H-SiC晶体的生长方法 |
| EP3330240A1 (fr) * | 2016-12-01 | 2018-06-06 | Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives | Procede pour la siliciuration surfacique de graphite |
-
2023
- 2023-03-22 CN CN202310280787.0A patent/CN115974591B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070209573A1 (en) * | 2004-09-03 | 2007-09-13 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Method for preparing silicon carbide single crystal |
| JP2006131451A (ja) * | 2004-11-05 | 2006-05-25 | Tokai Carbon Co Ltd | 単結晶引き上げ用ルツボとその製造方法 |
| CN108070909A (zh) * | 2016-11-17 | 2018-05-25 | 上海新昇半导体科技有限公司 | 坩埚、坩埚的制备方法及4H-SiC晶体的生长方法 |
| EP3330240A1 (fr) * | 2016-12-01 | 2018-06-06 | Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives | Procede pour la siliciuration surfacique de graphite |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| YUN-SOO LIM等: "Change of properties after oxidation of IG-11 graphite by air and CO2 gas", JOURNAL OF NUCLEAR MATERIALS * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116730744A (zh) * | 2023-05-31 | 2023-09-12 | 昊石新材料科技南通有限公司 | 一种碳化硅外延生长用石墨部件及其复合涂层制备工艺 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115974591B (zh) | 2023-06-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN115974591B (zh) | 一种碳化硅石墨复合坩埚及其制备方法与应用 | |
| CN115058885B (zh) | 一种碳纤维布表面定向SiC纳米线阵列及制备方法 | |
| CN113089087A (zh) | 一种提高碳化硅晶体质量的方法 | |
| CN115094514B (zh) | 一种复合材料坩埚及其制备方法 | |
| CN115974587B (zh) | 一种改良石墨坩埚及其制备方法与应用 | |
| CN115974590B (zh) | 一种含碳化硅涂层的石墨复合坩埚及其制备方法与应用 | |
| CN114481307B (zh) | 一种SiC单晶衬底及其制备方法与应用 | |
| CN113816382B (zh) | 一种高效低成本制备超长SiC纳米线的方法 | |
| KR102089460B1 (ko) | 실리콘카바이드 단결정의 제조 방법 | |
| CN117305986B (zh) | 单晶碳化硅长晶原料、单晶碳化硅长晶方法及单晶碳化硅 | |
| CN116815321B (zh) | 用于液相法生长碳化硅的坩埚及其制备方法和应用 | |
| CN109652857B (zh) | 一种SiC晶须的制备方法 | |
| CN117362078A (zh) | 一种碳化硅表面处理方法 | |
| CN117305985B (zh) | 石墨坩埚、其制备方法及碳化硅单晶长晶方法 | |
| CN113683964B (zh) | 一种碳化硅籽晶粘贴剂的制备方法 | |
| CN117305987B (zh) | 液相法碳化硅长晶过程消除气泡包裹的方法 | |
| CN117534507B (zh) | 一种含钽化合物涂层的制备方法 | |
| KR102601625B1 (ko) | 실리콘카바이드 단결정의 제조 방법 | |
| CN118637941A (zh) | 一种晶体生长用碳基材料及其制备方法 | |
| CN117418309B (zh) | 一种3C-SiC单晶体的制备方法 | |
| CN114182350B (zh) | 一种悬浮熔炼法制备FePbSeTe单晶超导材料的方法 | |
| CN115787077A (zh) | 用于坩埚的过滤材料、坩埚及过滤材料制备方法 | |
| CN112921392A (zh) | 一种碳化硅晶体的制备方法 | |
| CN118812275A (zh) | 一种可磨削SiC涂层的C/C复合材料坩埚及制备方法 | |
| CN118271101A (zh) | 一种碳陶坩埚及制备工艺 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |