JP2020515504A - ＳｉＣ体積形状物およびブール（ＢＯＵＬＥ）の形成方法 - Google Patents

ＳｉＣ体積形状物およびブール（ＢＯＵＬＥ）の形成方法 Download PDF

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Abstract

ブール成長のためのＳｉＣ出発材料の体積形状物。 ＳｉＣブールの蒸着成長を制御し、指向性フラックスを提供する方法。単一のブール成長サイクルから、ウエハーの数、電子部品の数、および動作可能なデバイスの数を増やす方法。

Description

関連出願
本出願：（Ｉ）３５ Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（Ｅ）に基づき（１）２０１７年３月２９日に提出された米国仮出願番号６２／４７８，３８３の利益を主張し、（ＩＩ）３５ Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（Ｅ）に基づき（１）２０１７年８月１４日に提出された米国仮出願番号６２／５４５，３６７の利益を主張し、これらのそれぞれの開示全体を参照により本明細書に組み込まれるものとする。
本発明は、炭化ケイ素（ＳiＣ）およびＳiＣ配合物、構造、構成要素、材料、およびこれらを製造するための装置ならびに炭化ケイ素（ＳiＣ）およびＳiＯＣ配合物、構造、コンポーネント、材料、およびこれらを製造するための製造方法に関し、特に、ＳiＣ体積形状物（volumetric shape）、これらの体積形状物を使用して蒸着プロセスでブール（boule）を形成すること、およびそれに関連する方法に関する。
ポリシロカルブ材料およびそれらの材料を作製する方法は、米国特許第９，８１５，９５２号および第９，８１５，９４３号ならびに米国特許公開第２０１５／０１７５７５０号に開示および教示されており、それぞれの開示全体を参照により本明細書に組み込むものとする。
本明細書で使用する場合、特に明記しない限り、「蒸着」（ＶＤ）、「蒸着技術」、蒸着プロセスおよび同様の用語は、その最も広い意味で用いられ、例えば、固体または液体の出発材料は気体または蒸気状態に変換され、その後、気体または蒸気が堆積されて、固体材料を形成（たとえば成長）するプロセスを含む。本明細書で使用されるように、蒸着技術はエピタキシーによる成長を含み、層（ｌａｙｅｒ）は蒸気相またはガス相から提供される。その他のタイプの蒸着技術には化学蒸着（ＣＶＤ）、物理蒸着（ＰＶＤ）、プラズマ強化ＣＶＤ、物理蒸気輸送（ＰＶＴ）などが含まれる。蒸着装置の例には、ホットウォール反応器、マルチウエハー反応器、煙突反応器、ＲＦ炉、およびブール成長炉が含まれる。
本明細書で使用する場合、特に明記しない限り、用語「気化温度」は、その最も広い可能な意味を与えられるべきであり、材料が液体から気体状態に移行する温度、固体から気体状態に移行する温度、またはその両方（例えば、固体から液体そして気体への転移）が起こる非常に小さな温度範囲、例えば、約２０°Ｃ未満、約１０℃未満、および約５℃未満の範囲を含む。特に明記しない限り、気化温度は、特定の圧力、たとえば、そのような遷移が発生する１気圧、０．５気圧に対応する。特定の用途、方法、またはＰＶＴデバイスなどの特定のデバイスで使用される材料の気化温度を議論する場合、気化温度は、特に明記しない限り、その用途、方法、またはデバイスで使用される、または通常使用される圧力においてのものとする。
炭化ケイ素は一般に液相を有さず、代わりに、真空下で約１,７００℃を超える温度で昇華する。図１７には、ＳiＣの分圧曲線のチャートが示されている。通常、産業および商業用途では、昇華が約２，５００℃以上の温度で起こるように条件が確立されている。炭化ケイ素が昇華すると、通常、さまざまな種類のケイ素と炭素、例えば、Ｓi、Ｃ、ＳiＣ、Ｓi２Ｃ、ＳiＣ２からなる蒸気が形成される。一般に、温度が炭化ケイ素蒸気中のこれらの異なる成分の比率を決定すると考えられていた。しかし、本発明は、とりわけ、温度によらず、または温度とともに、これらの成分の比率を事前選択および制御する機能を提供する。
本明細書で使用する場合、特に指定しない限り、見掛け密度（apparent density）とも呼ばれる比重という用語には、可能な限り最も広い意味で、一般に、例えば材料の体積形状物などの構造の単位体積当たりの重量を意味すべきである。これには、粒子の内部気孔率が体積の一部として含まれる。他の手法の中でも特に、粒子表面を濡らす低粘度の流体で測定できる。
本明細書で使用する場合、特に明記しない限り、真密度（true density）とも呼ぶことができる実密度（actual density）という用語には、最も広い意味でつかわれ、材料に空隙が存在しない場合の材料の単位体積あたりの一般的な平均重量を意味する。この測定および性質は、材料から内部の多孔性を本質的に排除する、たとえば、空隙は含まれないものとする。
したがって、多孔質フォームボール（ＮＥＲＦ(登録商標)ボールなど）のコレクションを使用して、３つの密度特性間の関係を示すことができる。容器を満たすボールの重量は、ボールのかさ密度（bulk density）になる。
かさ密度＝（ボールの重量）／（容器の体積）
ボールの球体積あたりの単一のボールの重量は、見かけの密度（apparent density）になる。
見掛け密度＝（１つのボールの重量）／（そのボールの体積）
ボールの骨格すなわちすべての空隙体積が除去されたボールを構成する材料の体積当たりの重量は、実際の密度（actual density）になる。
実際の密度＝（材料の重量）／（空隙のない材料の体積）
本明細書で使用する場合、特に明記しない限り、室温は２５℃とする。また、標準の周囲温度と圧力は２５℃、１気圧とする。特に明記されていない限り、すべてのテスト、テスト結果、物理的特性、および温度依存の値、圧力依存の値、またはその両方の値、は標準の周囲温度と圧力（粘度が含まれえる）でのものとされる。
概要として、本明細書で使用される用語「約」および記号「〜」は、特に明記しない限り、±１０％の変動または範囲、規定値の取得に関連する実験または機器の誤差、および好ましくはこれらの大きい方を包含することを意味する。
本明細書で使用する場合、特に指定しない限り、％、重量％、および質量％は互換的に使用され、第１成分の重量は、例えば配合物（formulation）、混合物（mixture）、プリフォーム、材料、構造、または生成物などのパーセントと称される。Ｘ／ＹまたはＸＹは、特に明記しない限り、配合物中のＸの重量％およびＹの重量％を示す。Ｘ／Ｙ／ＺまたはＸＹＺは、特に明記しない限り、配合物中のＸの重量％、Ｙの重量％およびＺの重量％を示す。
本明細書で使用する場合、特に明記しない限り、「体積％」および「％体積」ならびに同様のそのような用語は、第１の成分の体積を、例えば配合物、混合物、プリフォーム、材料、構造または生成物などの体積の割合をさす。
本明細書で使用する場合、特に明記しない限り、用語「ソース材料」および「出発材料」は同義であり、ブール成長、蒸着装置、エピタキシー、および結晶成長および堆積プロセスの文脈で使用されるように可能な限り最も広い定義を与える必要があり、成長チャンバー、または結晶成長、ブール成長、エピタキシー、またはＳiＣ堆積のための装置に配置され、フラックスを作る材料、体積形状物、およびその両方を参照する必要がある。
本明細書で使用する場合、特に明記しない限り、用語「既存の材料」、「前の材料」、「現在の材料」、「現在入手可能な材料」、「既存の蒸着装置」、「現在の蒸着装置」、および同様の用語は、本発明以前に存在していた、または存在していたソース資料および装置を指す。この用語の使用は、先行技術を認めるものではない。現在の技術水準をベースラインまたは基準点として説明するだけであり、それにより、本発明の実施形態の重要かつ画期的な改善を評価、対比、および測定することができる。
発明の背景のセクションは、本発明の実施形態に関連し得る技術の様々な態様を紹介することを意図している。したがって、このセクションの上述の議論は、本発明をよりよく理解するための枠組みを提供するものであり、先行技術の承認として見なされるべきではない。
デバイス、装置、および機器用のＳiＣ電子部品の製造に使用するための高品質の単結晶ＳiＣブールを提供するために、費用効果の高い方法でＳiＣブールを製造する方法が長年望まれてきた。本発明は、とりわけ、本明細書で教示、開示および請求される配合物（depositions）、材料、製造品、デバイスおよびプロセスを提供することによりこのニーズを解決する。
本発明によれば、バインダーを使用して、ポリマー由来ＳiＣを含むＳiＣの体積形状物（volumetric shape）を作製する方法が提供される。この場合、ポリマー由来ＳiＣ粒子（Polymer derivedＳiＣ）は、バインダー材料と混合され、バインダーおよびＳiＣ粒子は、好ましくはあらかじめ決められた形状とサイズ（したがって体積）を有する体積造に成形され硬化される。次いで、体積形状物およびバインダーを、例えば、蒸着プロセスで使用して、ブールなどの材料、層および構造を形成することができる。本発明を使用できる装置およびプロセスの例は、米国特許出願公開２０１７／０２０４５３２に開示および教示されている。
このように、ＳiＣの体積形状物が提供され、この体積形状物は、約０．１um〜約１００umの粒径を有する約１００g〜約１２，０００gのＳiＣ顆粒を有する。ＳiＣ顆粒は構造的一体性を有する体積形状を有し、ＳiＣ顆粒を結合するバインダーは、ブールの成長サイクル中に体積形状物が蒸着装置に配置されたときにその構造的一体性を維持することができる。この場合の体積形状物は空隙（void）を有し、多孔性であり、は３．０ｇ／ｃｃ未満の見掛け密度を有する。
更に、本発明は、以下の特徴の１つ以上を有するこれらの方法、体積形状物、ウエハーおよびブールを提供する。すなわち、ＳiＣ顆粒の重量が約１０００ｇから約９０００ｇ；ＳiＣ顆粒の重量が約２５００ｇから約８０００ｇ；ＳiＣ顆粒の重量が約５０００ｇから約１１０００ｇ；ＳiＣ顆粒が約０．１umから約２０．０umの一次粒子Ｄ５０サイズ；ＳＩＣ顆粒が約０．５umから約１０．０umの一次粒子Ｄ５０サイズ；ＳiＣ顆粒が約０．５umから約２．０umの一次粒子Ｄ５０サイズ；ＳＩＣ顆粒が約１umから約５umの一次粒子Ｄ５０サイズ；ＳiＣ顆粒が約０．５umから約３umの一次粒子Ｄ５０サイズ；空隙が体積形状物の上部にチャネルを画定；空隙が体積形状物の上部に角度の付いた環状チャネルを画定；空隙が体積形状物の上部に位置；空隙が体積形状物の底部に位置；空隙が体積形状物の上部および底部に位置する空隙；空隙が体積形状物を通って延びる円筒形チャネルを画定；体積形状物がパック（puck）で、平坦な上部、平坦な底部、および先細の側面を有する；見掛け密度が２．５g／cc未満；見掛が密度は２．５g／cc未満；見掛け密度が２．５g／cc未満；見掛け密度が２．５g／cc未満；見掛け密度は約１．５g／cc〜２．８g／cc；約１．５g／cc〜２．８g／cc；ＳiＣ顆粒はポリマー由来のＳiＣで、少なくとも９９．９９９％の純度を有する；ＳiＣ顆粒はポリマー由来のＳiＣであり、少なくとも９９．９９９９％の純度を有する；Ｓi:Ｃのモル比が０．５：２；Ｓi:Ｃのモル比が２：０．５；Ｓi:Ｃのモル比が約１：１から約０．５：２の範囲；Ｓi:Ｃのモル比が約１：１から約２：０．５の範囲；Ｓi:Ｃのモル比が約０．５：２から約２：０．５の範囲。
さらに本発明は、約０．１um〜約１００umの粒径を有するＳiＣ顆粒を約１００g〜約１２，０００gで；このＳiＣ顆粒は構造的一体性を有し、ブールの成長サイクル中に蒸着装置に配置されたときに構造的一体性を維持することができる体積形状物を提供する。この体積形状物は１つの空隙を有し多孔性で、３．０ｇ／ｃｃ未満の見掛け密度を有する。
さらに本発明は、約０．１um〜約１００umの粒径を有するＳiＣ顆粒を約１００ｇ〜約１２，０００ｇとバインダーとを含む構造的一体性を有する体積形状物を提供する。バインダーはＳiＣ顆粒を結合し、それにより、体積形状物は、ブールの成長サイクル中に蒸着装置に配置されたときに構造的一体性を維持する。この場合の体積形状物は１つの空隙を有する。
さらに本発明は、ＳiＣ顆粒からなる体積形状物であって、約０．１um〜約１００umの粒径を有し当該体積形状物の構造的一体性を作るＳiＣ顆粒とＳiＣ顆粒を結合するバインダーを有し、それにより、体積形状物は、ブールの成長サイクル中に蒸着装置に配置されたときに構造的一体性を維持することができる。該体積形状物は１つの空隙を有し、多孔性をなし３．１g／cc未満の見掛け密度を有する。この体積形状物は、ブールの成長サイクル中に所定のフラックス（ＦＬＵＸ）を提供する。
さらに本発明は、以下の特徴の１つ以上を有する方法、体積形状物、ウエハー、およびブールを提供する。すなわち、所定のフラックスは均一で一貫したフラックスであること；成長サイクルの最後の２０％の間にブールの成長面の外側領域付近で増加したフラックス密度を有するものであること；成長サイクルの最後の３０％の間にブールの成長面の外側領域付近で増加したフラックス密度を有するものであること；成長サイクルの最後の４０％の間にブールの成長面の外側領域付近で増加したフラックス密度を有するものである。
さらに本発明は、約０．１um〜約１００umの粒子サイズを有し、当該体積形状物の構造的一体性を形成するＳiＣ顆粒からなる体積形状物を提供する。この体積形状物は１つの空隙を有し、多孔性をなし、体積形状物は３．１g／cc未満の見掛け密度を有する。この体積形状物は、成長サイクル中に所定のフラックスを提供することができる。
さらに本発明は、約０．１umから約１００umの粒径を有し、当該体積形状物の構造的一体性を形成するＳiＣ顆粒とＳiＣ顆粒を結合するバインダーとを有し、ブールの成長サイクル中に蒸着装置に配置されたときに構造的一体性を維持することができるようにした体積形状物を提供する。この体積形状物は１つの空隙を有し、また所定のフラックスを提供することができる。
さらに本発明は、約０．１um〜約１００umの粒径を有し、当該体積形状物を形成する約１００g〜約１２，０００gのＳiＣ顆粒を有する体積形状物を提供する。体積形状物は多孔性で、体積形状物は２．９g／cc未満の見掛け密度を有する。この体積形状物は、ブールの成長サイクル中に蒸着装置内に配置されたときに、成長サイクル中に一貫した速度のフラックス形成を提供することができる。
さらに本発明は、約０．１um〜約１００umの粒径を有し、約１００g〜約１２，０００gのＳiＣ顆粒から成形された体積形状物を提供する。この体積形状物は１つの空隙を有する。この体積形状物は、ブールの成長サイクル中に蒸着装置内に配置されたときに、成長サイクル中に一貫した速度のフラックス形成を提供することができる。
さらに本発明は、約０．１um〜約１００umの粒径を有するＳiＣ顆粒を約１００g〜約１２，０００gと、ＳiＣ顆粒を結合するバインダーとを有する体積形状物を提供する。この体積形状物は、ブールの成長サイクル中に蒸着装置に配置されたときに、成長サイクル中に所定の流量のフラックス形成を提供することができる。
さらに本発明は、約０．１umから約１００umの粒径を有し、ＳiＣ顆粒を約１００gから約１２，０００gと、ＳiＣ顆粒を結合するバインダーとを有する体積形状物を提供する。この体積形状物は多孔性を有し、２．９g／cc未満の見掛け密度を有し、ブールの成長サイクル中に蒸着装置内に配置されると、成長サイクル中に均一なフラックス形成を提供することができる。
さらに、約０．１um〜約１００umの粒径を有するＳＩＣ顆粒を約１００g〜約１２，０００gの有する体積形状物を提供する。この体積形状物は、１つの空隙を有し、ブールの成長サイクル中に蒸着装置内に配置されると、成長サイクル中に均一なフラックス形成を提供することができる。
さらに、約０．１um〜約１００umの粒径のＳiＣ顆粒を約１００g〜約５，０００gとＳiＣ顆粒を結合するバインダーとを有する体積形状物を提供する。この体積形状物は、ブールの成長サイクル中に蒸着装置に配置されたときに、成長サイクル中に均一なフラックス形成を提供することができる。
さらに本発明はＳiＣブールを成長させる方法を提供する。この方法は、ＳiＣを有する出発材料を蒸着装置内に配置し、ＳiＣが昇華してブールの成長面に直接隣接する領域を流れるＳiおよびＣのフラックスを形成する温度まで出発材料を加熱する。ここで、領域の面積はブールの成長面と同じであり、一致している。フラックスは、領域全体にわたって事前に決定されており、ブールの成長面にフラックスを堆積させて、ブールの長さを成長させる。
さらに本発明は、以下の特徴の１つ以上を有するこれらの方法、体積形状物、ウエハー、およびブールを提供する。すなわち、フラックスがブール成長中の領域全体にわたって均一；フラックスがブールの成長中においてブールの長さの少なくとも半分が成長したときに、ブール面の外側領域付近でより大きい；ブールの成長面は種結晶；ブールの成長面はブールの面；成長したブールは単結晶；成長したブールは単一のポリタイプ；それにより、成長したブールは、直径約３インチから約６インチ、長さ約２インチから約８インチ、ブールの成長面の曲率半径が少なくとも長さの２倍；成長したブールは、約３インチから約６インチの直径、約２インチから約８インチの長さ、およびブールの成長面の曲率半径が少なくとも長さの５倍；成長したブールは、約３インチから約６インチの直径、約２インチから約８インチの長さ、ブールの成長面の曲率半径が少なくとも長さの１０倍；成長したブールは、直径約３インチから約６インチ、長さ約２インチから約８インチ、成長面の曲率半径が無限；成長したブールは、直径約３インチから約６インチ、長さ約２インチから約８インチ、成長面の曲率半径が少なくとも約５０インチ；成長したブールは、約６インチから約８インチの直径、約２インチから約８インチの長さ、ブールの成長面の曲率半径が少なくとも長さの２倍；成長したブールは、約６インチから約８インチの直径、約２インチから約８インチの長さ、およびブールの成長面の曲率半径が少なくとも長さの５倍；成長したブールは、約６インチから約８インチの直径、約２インチから約８インチの長さ、ブールの成長面の曲率半径が少なくとも長さの１０倍；成長したブールは、約６インチから約８インチの直径、約２インチから約８インチの長さ、および無限の成長面の曲率半径；成長したブールは、直径約６インチから約８インチ、長さ約２インチから約８インチ、成長面の曲率半径が少なくとも約５０インチ；成長したブールは約２インチから約８インチの長さを特徴とし、ブールの成長面の曲率半径は少なくとも長さの２倍；成長したブールは約２インチから約８インチの長さ、ブールの成長面の曲率半径は少なくとも長さの５倍；成長したブールは約２インチから約８インチの長さで、ブールの成長面の曲率半径は長さの少なくとも１０倍；成長したブールは、約２インチから約８インチの長さと、無限の成長面の曲率半径；成長したブールは、約２インチから約８インチの長さ、および成長面の曲率半径が少なくとも約５０インチ；フラックスは一定の速度に維持；という特徴を有する。
本発明は更に、ＳiＣブールを成長させる方法であって、ＳiＣを有する出発材料を蒸着装置に配置し、出発材料を加熱してフラックスを生成し、成長サイクルを開始し、成長サイクル中、ブールの成長面に直接隣接する領域にフラックスを流し、フラックス流を成長サイクル中に所定の速度に維持し、ブールの成長面にフラックスを堆積させてブールの長さを成長させる方法を提供する。
さらに、本発明はＳiＣブールを成長させる方法であって、ＳiＣを有する出発材料の体積形状物を蒸着装置内に配置し、体積形状物を加熱して、ブールの成長サイクル中に指向性フラックスを生じ、ブールの成長面に指向性フラックスを堆積させて、ブールの長さを成長させる方法を提供する。
さらに、本発明は以下の特徴の１つ以上を有する方法、体積形状物、ウエハーおよびブールを提供する。すなわち、指向性フラックスにおいて、成長面の外側領域に増大したフラックス密度を提供し、それによりブールは平面を有するようになり；ブールには欠陥がない。
さらに、本発明は以下の特徴の１つ以上を有するこれらの方法、体積形状物、ウエハーおよびブールを提供する。ブールは、本明細書に開示される方法によって成長する;電子部品の製造方法は、本明細書に開示された方法により製造されたウエハーを得ることを含む；本明細書に開示された方法により作成されたウエハー上にプリント回路を提供する；本明細書の方法により得られた電子部品を有するシステムを作成する；本明細書に開示された方法によって作られたウエハーに基づいた、またはウエハーを含む電子部品をシステムに組み立てる。
更にブールの単一成長サイクルから多数のデバイスを提供する方法がさらに提供される。この方法は、以下を含む。蒸着装置内にＳｉＣを有する出発材料の体積形状物を配置し、該体積形状物を加熱して、ブールの成長サイクル中に指向性フラックスを提供し、ブールの成長面に指向性フラックスを堆積させて、ブールの長さを成長させる。このブールは、非常に多数のウエハー、電子回路、およびシステムを提供することができる。
さらに、以下の特徴の１つ以上を有する方法、体積形状物、ウエハーおよびブールが提供される。すなわち、ブールの長さの約８０％をそれを切断して欠陥のないウエハーを提供することができるようなものとする；ブールの長さの約９０％をを切断して欠陥のないウエハーを提供できるようなものとする；ブールの長さの約９５％を切断して欠陥のないウエハーを提供できるようなものとする；ブールの長さの約９９％をそれを切断して欠陥のないウエハーを提供できるようなものとするものであり、当該ウエハーがＭＰＤ（≦０．１ｃｍ-2）、ＴＳＤ（≦３００ｃｍ-２）、およびＢＰＤ（≦５００ｃｍ-２）；２０℃で約１０，０００ΩＭ−ｃｍを超える抵抗率；２０℃で約１０，０００Ω−ｃｍ以上の抵抗率を有する。
さらに、炭化ケイ素ブールの蒸着成長に使用するための超純粋炭化ケイ素粒子とバインダーの複合材料の体積形状物が提供する。この体積形状物は少なくとも９９．９９９％純度の炭化ケイ素粒子；炭化ケイ素粒子を結合し、それによって体積形状物を規定するバインダーであって炭素およびケイ素からなる架橋ポリマー材料を有するバインダー；を有する。このバインダーは約３００℃から７００℃の間の揮発温度を有し、ＳｉＣブールの成長を妨げず、ＳｉＣブールの品質に悪影響を与えることがないようにすることができる。
さらに、以下の特徴のうちの１つ以上を有する方法、体積形状物、ウエハーおよびブールが提供される。約１ｇ／ｃｃから約３ｇ／ｃｃの密度；バインダーが体積形状物の重量の５％未満；バインダーが体積形状物の重量の１０％未満；バインダーが体積形状物の重量の２０％未満；バインダーが体積形状物の重量の３５％未満；バインダーが体積形状物の重量の５％未満；バインダーが体積形状物の重量の１０％未満；バインダーが体積形状物の重量の２０％未満；バインダーが体積形状物の重量の３５％未満；密度が約３．１ｇ／ｃｃ未満；密度が約３ｇ ／ｃｃ未満；密度が約２．５ｇ／ｃｃ未満；密度が約２ｇ／ｃｃ未満。
加えて、炭化ケイ素ブールの蒸着成長に使用するための超純炭化ケイ素粒子とバインダーの複合材料の体積形状物が提供される。この体積形状物は、非酸化物形成表面を有する少なくとも９９．９９９９％の純度のポリマー由来の炭化ケイ素粒子；炭化ケイ素粒子を一緒に結合し、それによって体積形状物を規定するバインダーであって、ポリマー由来の炭化ケイ素粒子の揮発温度より低い揮発温度を有し、ＳｉＣブールの成長を妨げず、ＳｉＣブールの品質に悪影響を与えることはできないバインダー；を有する。
さらに、以下の特徴のうちの１つ以上を有する方法、体積形状物、ウエハーおよびブールが提供される。約１０％から約３０％の空隙量（void volume）の多孔性；約５％から約４０％の空隙量の多孔性；約１０％から約３０％の空隙量の多孔性；約５％から約４０％の空隙率の多孔性；約１g／cc〜約３g／ccの密度を有する。バインダーは、体積形状物の重量の５％未満である。バインダーは、体積形状物の重量の１０％未満。バインダーが、体積形状物の重量の２０％未満；体積形状物の重量の３５％未満。
さらに、以下の特徴の１つ以上を有する方法、体積形状物、ウエハー、およびブールが提供される。バインダーの揮発温度が、炭化ケイ素粒子の揮発温度より少なくとも５００℃低い；炭化ケイ素粒子の揮発温度より少なくとも５５０℃低い；炭化ケイ素粒子の揮発温度より少なくとも６００℃低い；バインダーの揮発温度が、炭化ケイ素粒子の揮発温度より少なくとも６５０℃低い；バインダーの揮発温度が、炭化ケイ素粒子の揮発温度より少なくとも７００℃低い；炭化ケイ素粒子の揮発温度より少なくとも８００℃低い；バインダーの揮発温度が、炭化ケイ素粒子の揮発温度より少なくとも９００℃低い；炭化ケイ素粒子の揮発温度より少なくとも１，０００℃低い。
さらに、炭化ケイ素ブールの蒸着成長に使用するための超純粋な炭化ケイ素粒子とバインダーの複合材料の体積形状物が提供される。この体積形状物は、炭化ケイ素粒子であって少なくとも粒子が約０．１ｍｍ〜約２０．０ｍｍのＤ５０粒径、９９．９９９％の純度を有する炭化ケイ素粒子；炭化ケイ素粒子を結合し、それによって体積形状物を規定するバインダーであって、炭素およびケイ素を有する架橋ポリマー材料を有し、約３００℃から９００℃の間の揮発温度を有し、ブールの成長を妨げることができず、ブールの品質に悪影響を与えることができないバインダー；を有する。
さらに、以下の特徴のうちの１つ以上を有する方法、体積形状物、ウエハーおよびブールが提供される。約１０ＧＰａから約３００ＧＰａの弾性モジュール；約３００Ｋｇ／ｍｍ２から約２，０００Ｋｇ／ｍｍ２の硬度；約５０ＭＰａから約３，０００ＭＰａの圧縮強度；約３００Ｋｇ／ｍｍ２〜約２，０００Ｋｇ／ｍｍ２の硬度；約５０ＭＰａ〜約３，０００ＭＰａの圧縮強度；粒子が約０．５ｍｍから約１０ｍｍのＤ５０粒径；粒子が約１ｍｍから約１５ｍｍのＤ５０粒径粒子が約１ｍｍのＤ５０粒径；粒子は約３ｍｍのＤ５０粒子サイズ。
さらに、炭化ケイ素ブールの蒸着成長に使用するための超純炭化ケイ素粒子とバインダーの複合材料の体積形状物が提供される。この体積形状物は、少なくとも９９．９９９の純度で平均粒径が５ｍｍ以下であり、粒子の１０％以下が１０ｍｍよりも大きい炭化ケイ素粒子；炭化ケイ素粒子を結合し、それによって体積形状物を規定するバインダーであって、炭素およびケイ素を有する架橋ポリマー材料を有し、約３００℃から９００℃の間の揮発温度を有しておりブールの成長を妨げることができず、ブールの品質に悪影響を与えることができないようにしたバインダー；を有する。
さらに、蒸着装置内でブールを成長させる方法が提供される。この方法は、本発明の体積形状物を蒸着装置内に配置し、最初にバインダーを蒸発させ、次に炭化ケイ素粒子を蒸発させ、そして、気化した炭化ケイ素粒子から、気化してバインダーのないブールを形成する。
さらに、蒸着装置内でブールを成長させる方法が提供される。この方法は、極めて純度の高い炭化ケイ素粒子とバインダーとの複合材料の体積形状物であって、炭化ケイ素は非酸化物形成表面を有するポリマー由来の炭化ケイ素粒子で少なくとも９９．９９９９％の純度を有し、バインダーは炭化ケイ素粒子を結合し、それによって体積形状物を規定するものであり、シリコン、炭素、およびブールに機能性を提供するための添加剤を含み、ポリマー由来の炭化ケイ素粒子の揮発温度以下の揮発温度を有し、添加剤は、ポリマー由来のセラミック粒子のほぼ揮発温度の揮発温度を有する体積形状物を蒸着装置内に配置し、該体積形状物を蒸発させて蒸気を形成し、基板上に蒸気を堆積させてブールを形成する。バインダーはブールに所定の機能性を提供することができず、添加剤が一部機能性を提供することができる。
さらに、炭化ケイ素ブールの蒸着成長に使用するための超純粋炭化ケイ素粒子とバインダーの複合材料の体積形状物が提供される。この体積形状物は少なくとも９９．９９９％の純度の炭化ケイ素粒子；炭化ケイ素粒子を結合し、それによって体積形状物を規定するバインダー；を有する。バインダーは、酸素を含まず、炭素およびケイ素を有する架橋ポリマー材料を有し、約３００℃から８００℃の間の揮発温度を有し、これにより、バインダーはＳｉＣブールの成長を妨げず、ＳｉＣブールの品質に悪影響を与えることはできないようになっている。
さらに、炭化ケイ素ブールの蒸着成長に使用するための超純炭化ケイ素粒子とバインダーの複合材料の体積形状物が提供される。この体積形状物は少なくとも ９９．９９９％純度の炭化ケイ素；炭化ケイ素粒子を結合して当該体積形状物を規定するバインダー；を有する。バインダーは、酸素もシリコンも含まず、炭素を含む架橋ポリマー材料を有する。そして、バインダーは、約３００℃から８００℃の間の揮発温度を有し、これにより、バインダーはＳｉＣブールの成長を妨げず、ＳｉＣブールの品質に悪影響を与えることはできない。
本発明の体積形状物の一実施形態の斜視図である（直径６インチ、平坦な上部および底部）。
図１Ａの実施形態の上面斜視図である。
図１Ａの実施形態の側面図である。
図１Ａの実施形態の上面図である。
本発明による体積形状物の実施形態の上面斜視図である（直径４1/2インチ、部分的な中央の円筒状開口上部）。
図２Ａの実施形態の側面斜視図である。
図２Ａの実施形態の上面図である。
図２Ａから２Ｃに示される一般的なタイプの実施形態の概略断面図である。
本発明による体積形状物の実施形態の斜視図である。
図３Ａの実施形態の側面斜視図である。
図３Ａの実施形態の上面図である。
図６は、図３Ａの実施形態の断面の斜視図である。
図６は、図３Ａの断面の側面図である。
図３Ａおよび３Ｅに示される一般的なタイプの実施形態の概略断面図である。
本発明による体積形状物の実施形態の斜視図である（上部に角度の付いた環状チャネルを備えたテーパー付きシリンダー）。
図４Ａの実施形態の側面斜視図である。
図４Ａの実施形態の側面斜視図である。
図４Ａの実施形態の上面図である。
図４Ａの実施形態の断面の側面斜視図である。
図４Ａ〜４Ｅに示される一般的なタイプの実施形態の概略断面図である。
本発明による体積形状物の実施形態の上面図である（上部および底部が切り取られたテーパ付きシリンダー）。
図５Ａの実施形態の底面図である。
図５Ａの実施形態の断面の斜視図である。
図５Ａの実施形態の断面の側面図である。
図５Ａの実施形態の断面の側面図である。
図５Ａ〜５Ｃに示される一般的なタイプの実施形態の概略断面図である。
本発明による体積形状物の一実施形態の底面斜視図である（テーパーシリンダー底部切欠き）。
図６Ａの実施形態の底面図である。
図６Ａの実施形態の側面斜視図である。
図５６〜６Ｃに示される一般的なタイプの実施形態の概略断面図である。
本発明による体積形状物の一実施形態の概略断面図である。
本発明による体積形状物の一実施形態の概略断面図である。
本発明による体積形状物の一実施形態の概略断面図である。
本発明による体積形状物の一実施形態の概略断面図である。
本発明による体積形状物の一実施形態の概略断面図である。
本発明による体積形状物の一実施形態の概略断面図である。
本発明による体積形状物の一実施形態の概略断面図である。
本発明による体積形状物の一実施形態の概略断面図である。
本発明による体積形状物の一実施形態の概略断面図である。
本発明によるシステムおよび方法の実施形態のプロセスフロー図である。
ＳｉＣ、Ｓｉ２Ｃ、およびＳｉＣ２の分圧曲線である。
本発明による蒸着装置およびプロセスの概略断面図である。
本発明によるブール成長速度の実施形態を示すチャートである。
本発明による体積形状物の上面斜視図である（テーパーシリンダー、切り欠きなし、平坦な底部および上部）。
図２０Ａの体積形状物の上面斜視図である。
図２０Ａの体積形状物の側面斜視図である
ブール面の曲率半径の決定を示すブールの実施形態の概略図である。
定規が図に示される範囲で、その図の実施形態およびその実施形態の特徴の尺度を提供する。定規は、説明の目的で使用されており、実施形態を他のサイズ、形状、および比率にするのを制限するものではない。
概括的には、本発明は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）粒子の体積形状物及びこれらの体積形状物から構造を成長させることに関する。実施形態において、粒子、ならびに体積形状物は、良好な純度、高純度、および超高純度を有する。本発明はさらに、蒸着技術においてこれらのＳＩＣ粒子の体積形状物を使用してＳＩＣブールを形成するための装置および方法に関し、このブールは、例えば、電子機器用途のウエハーおよびデバイスを作製するために使用される。
本明細書はＳｉＣ蒸着技術に焦点を合わせているが、本発明はそのように限定されず、他のＳｉＣ結晶成長プロセス、接合プロセス、および他の用途に適用性を見出すことができることを理解されたい。
実施形態は、概ね、ポリマー由来セラミック（「ＰＤＣ」）、ＰＤＣを使用し、ＰＤＣに基づき、またはＰＤＣを構成する生成物および用途を含むことができる。
本発明の実施形態は、好ましくは、「ポリシロカルブ」材料、例えば、シリコン（Ｓｉ）、酸素（Ｏ）および炭素（Ｃ）を含む材料であるＰＤＣや、それら材料が硬化されたもの、熱分解されたもの、およびＳｉＣに変換されたものを使用し、またはそれらに基づき、またはそれらを構成する。ポリシロカルブ材料は、高純度、極めて高い純度のものであるでありえる。ポリシロカルブ材料は、他の元素を含むことができる。ポリシロカルブ材料は、１つ以上のポリシロカルブ前駆体配合物または前駆体配合物から作られる。ポリシロカルブ前駆体配合物は、１つ以上の官能化シリコンポリマー、またはモノマー、非シリコンベースの架橋剤、および潜在的に他の成分、例えば、阻害剤、触媒、フィラー、ドーパント、改質剤、開始剤、強化剤、繊維、粒子、着色剤、顔料、ダイ、同じまたは他のＰＤＣ、セラミック、金属、金属錯体、およびこれらおよび他の材料と添加物の組み合わせとバリエーションを含む。シリコンオキシカーバイド材料、ＳｉＯＣ配合物、および同様の用語は、特に明記しない限り、ポリシロカルブ材料を指し、液体材料、固体未硬化材料、硬化材料、セラミック材料、およびこれらの組み合わせとバリエーションを含む。
本明細書の教示を使用して改善され、適用され、使用され得るＰＤＣ、ＰＤＣ配合物、潜在的な前駆体、出発材料、およびこれらの材料を製造するための装置および方法の例は、例えば、米国特許公開２０１４／０２７４６５８、２０１４／０３２３３６４、２０１５／０１７５７５０、２０１６／０２０７７８２、２０１６／ ０２８０６０７、２０１７／００５０３３７、２００８／００９５９４２、２００８／００９３１８５、２００７／０２９２６９０、２００６／００６９１７６、２００６／０００４１６９、および２００５／０２７６９６１、ならびに米国特許第９，４９９，６７７、９，４８１，７８１、８，７４２，００８、８，１１９，０５７、７，７１４，０９２、７，０８７，６５６、５，１５３，２９５、および４，６５７，９９１に見られる、それぞれの開示全体は参照により本明細書に組み込まれる。
様々なポリシロカルブの配合物、プロセス、製造方法、および配合物は、米国特許第９，４９９，６７７、第９，４８１，７８１および米国特許公開第２０１４／０２７４６５８、２０１４／０３２３３６４、２０１５／０１７５７５０、２０１６／０２０７７８２、２０１６／０２８０６０７、２０１７／００５０３３７、およびそれぞれの開示全体は参照により本明細書に組み込まれる。
典型的は、そして好ましくは、ポリシロカルブ前駆体配合物は最初は液体である。液体前駆体は、固体または半固体のＳｉＯＣに硬化する。次に、固体または半固体のＳｉＯＣは熱分解されてセラミックＳｉＯＣになり、それがＳｉＣに変換される。
炭化ケイ素は一般に液相を有さず、代わりに、真空下、約１，７００〜１，８００℃の温度で昇華する。図１７には、ＳｉＣの分圧曲線のチャートが示されている。通常、産業および商業用途では、昇華が約２，５００℃以上の温度で起こるように条件が確立されている。炭化ケイ素が昇華すると、通常、シリコンと炭素のいくつかの異なる種からなる蒸気が形成される。一般に、温度がシリコン炭素蒸気中のこれらの異なる成分の比率を決定すると考えられていた。
しかし、本発明は、とりわけ、シリコン炭素蒸気に存在する異なる種、例えば、ＳＩＣ、ＳＩＣ、ＳＩ２Ｃ、およびＳＩＣ２の比を事前選択および制御する能力を提供する。したがって、温度に加えて、本発明は、出発物質（例えば、ＳｉＣのパック（puck））、および（シリコン炭素蒸気が堆積され例えばブールに成長する例えば結晶などの固体となる）表面内およびその間の蒸気中のシリコン炭素種の制御を可能にする。蒸着プロセスにおけるこのシリコン炭素蒸気は、「フラックス」と呼ぶことができる。
ブールの好ましい実施形態は単結晶であり、単一のポリタイプのみを有する。本明細書では、複数のポリタイプ、複数の結晶、およびその両方を有するブールの実施形態も想定される。
例えば、ポリシロカルブ誘導ＳｉＣ、または出発材料として使用される体積形状物に存在するシリコンの量に対して存在する炭素の量を制御することにより、フラックスに存在するＳｉおよびＣの量を事前に決定して制御できる。さらに、例えば、ポリシロカルブ由来のＳｉＣの空隙率、体積形状物およびその両方の空隙率を制御された方法で変化させることにより、フラックス量、フラックス形成速度、およびフラックス中に存在するシリコンと炭素の種を事前に決められ、管理することができる。
例えば、出発材料または出発パックにおい、存在する炭素の量を過剰（化学量論的量すなわち、シリコン対炭素を１対１とするよりも多い）、欠乏（化学量論的量よりも少ない炭素）とすることができる。このようにして出発材料または例えばパックとしての体積形状物の炭素の量を設定または確立できる。この量は、たとえば、（Ｉ）異なるバインダーを使用して体積形状物を形成することによって、（ＩＩ）ＳｉＣ材料の中に異なる量の炭素が存在する層を持つことにより；（ＩＩＩ）ＳｉＣの体積形状物の中に所定の量の異なる炭素が存在するゾーンを持つことにより；（ＩＶ）これらの組み合わせとバリエーション、および出発材料に存在する炭素の量を所定の方法で制御することにより設定できる。さらに、出発材料中のシリコンに対する炭素の比率を制御および事前に決定することにより、フラックス内においてこれらの比率を制御および事前に決定することができる。
本発明は、ブールの成長のための方法およびプロセスの実施形態、例えばＳｉＣの蒸着によりＳｉＣの単結晶ブールを形成し、ブールの面が非常に平坦な、例えば限られた量の曲率または弧を有するようにする方法およびプロセスの実施形態を提供する。ブールの非常に平坦なプロファイルは、主に蒸着装置内に配置されるＳｉＣパックの事前に選択された形状を使用することによって実現される。事前に選択された形状は、蒸着プロセス中、フラックスの領域とその領域内の流れがブール成長プロセス全体にわたって一定のままになるように構成するようにされる。このようにして、ブールが成長する際にブールの表面に堆積するＳｉＣの速度と量は、ブールの成長プロセスの間一貫して均一とされる。したがって、たとえば、直径６インチのブールを成長させる場合、フラックスの流れの面積は２８．２７インチ平方で、その面積を流れるＳｉＣの流速と量は、３インチや４インチの長さのブールの成長中にその面積全体で均一とされる。昇華に使用できるＳｉＣの量と位置がパック内で変化する場合でも、パックの形状がプロセス中にフラックス（たとえば「指向性フラックス」）を、ブールの面に直接隣接する領域全体にわたってフラックスの流れが均一に保たれるようにする。指向性フラックスを提供する形状の例は図４Ａ−４Ｆおよび５Ａ−５Ｆに示されている。
１つの実施形態では、フラックスは成長プロセス全体にわたって一定に維持されない。したがって、この実施形態では、ブールまたは成長面の領域の所定の成長を提供するために、成長面にわたるフラックスの速度、分布が管理、例えば、所定の方法で制御される。例えば、成長の後半の段階では、ブールの成長で発生した不均一性を補償するために、フラックスを所定の方法で方向付ける。この例では、成長の初期段階でフラックスが大きかった領域では、成長の後期段階でフラックスが小さくなるようにする。同様に、成長の初期段階でフラックスが少なかった地域では、成長の後期でフラックスが大きくなるようにする。このようにして、最終的なブール成長面は、ブール面の曲率を最小化、または曲率半径を最大化する。
１つの実施形態では、制御されたフラックス、より好ましくは方向フラックスの使用により、曲率半径が、少なくとも約６インチ、少なくとも約６インチ、８インチ、少なくとも約２０インチ、少なくとも約６０インチ、無限に近い（つまり平面）、およびこれらの値の範囲内のすべての値の曲率半径（すなわち、曲率の逆数）を有する４インチのブールを提供することができる。１つの実施形態では、曲率半径が６インチのブールの曲率半径（すなわち、曲率の逆数）、約１０インチ、少なくとも約１５インチ、少なくとも約２５インチ、少なくとも約６０インチ、無限（平面）、およびこれらの値の範囲内のすべての値の曲率半径を有する６インチのブールを提供することができる。１つの実施形態では、ブール面の曲率半径は、ブールの長さの少なくとも２倍、ブールの長さの少なくとも５倍、ブールの長さの少なくとも１０倍、およびブールの長さの少なくとも２５倍、又は無限（平面）、およびこれらの値の範囲内のすべての値の曲率半径を有する。図２１にはブール２１００が示されている。このブール２１００は矢印２１０２で示される長さと、矢印２１０３で示される幅または直径とを有する。ブール２１００は、ブール２１００の曲率半径となる曲面２１０１Ａを有する面（例えば成長面）２１０１を有する。その曲面２１０１Ａの曲率半径は、破線２１０４によって示される。
１つの実施形態では、温度だけでなく圧力によってフラックスを操作することができる。特定の成長温度では、チャンバーの圧力を上げることで成長を遅くすることができる。最も速い速度は、通常、（たとえば、真空ポンプがオンで、チャンバーの圧力を可能な限り低く維持した）「完全な」真空下におけるものである。例として、ブールを４００μｍ／ｈｒで成長させるには、成長を完全真空のＰ１で温度Ｔ１にするか、数ｍＢａｒから数１０ ｍＢａｒまでのアルゴンの分圧（Ｐ２＞Ｐ１）で温度Ｔ２＞Ｔ１にすることできる。このようにして、フラックスと成長率を「調整」できる。
１つの実施形態では、ポリマー由来のＳｉＣは、経時的なより一貫したフラックス組成により、ブール内により良好なポリタイプ安定性を付与する。この実施形態、つまり制御されたポリタイプの安定性はブール製造業者にとって価値があり重要である。ポリタイプシフト中期成長はブールの一部のみが通常はチップのデバイス性能に影響を及ぼす電子特性に悪影響を及ぼす元のポリタイプであることを意味する。
本発明は、フラックスを「調整」する能力を、ポリマー由来のＳｉＣおよび所定のパック形状の使用を通じて提供し、効率の低い蒸着装置が実質的に改善された品質、数量、生産率、これらの組み合わせとバリエーションでブールを生成できるようにする。このようにして、低品質の蒸着装置の性能を大幅に改善することができ、より高品質の蒸着装置に匹敵するそれを超える点まで改善することができる。このようにして、例えば、現在の形状とフラックスを調整する能力は、機械的な修正なしで既存の蒸着装置に、欠陥が１０％減少、欠陥が２０％減少、欠陥が５０％減少、欠陥が１００％減少で、生産速度が２倍、３倍、４倍以上で、より平坦な面、すなわち、少なくとも２倍、少なくとも３倍、少なくとも４倍の平坦、ならびにこれらの値の範囲内のすべてを有するブールを生成する能力、これらの改善の組み合わせとバリエーション、つまり、欠陥の減少、率の向上、平坦性の向上を与える。フラックスを調整することにより、機械的修正なしに、蒸着装置に、本明細書に記載の１つ以上の改善された品質特徴を備え、ブール生成能力を且つ１．５倍、２倍、３倍以上にする。
図１８には、ＳｉＣ結晶、結晶構造およびブールを成長させるための装置の概略断面図が示されている。蒸着装置１８００は、側壁１８０８、底部または底部壁１８０９、および頂部または頂部壁１８１０を有する容器である。壁１８０８、１８０９、１８１０は、デバイス１８００の内外へのガスの流れを制御または許可する開口部、ノズルであり得るポート１８０６、１８０７、１８０５を有する。デバイス１８００には、加熱要素１８０４が関連付けられている。加熱要素は、装置１８００の内部に単一の温度ゾーンまたは複数の温度を提供するように構成し操作できる。装置１８００の内部には、体積形状物に形成されたＳｉＣ粒子でできているパック１８０１がある。
パック１８０１は、所定の多孔性および密度を有することができる。ＳｉＣ粒子は、所定の多孔性および密度を有することができる。ＳｉＣ粒子は、好ましくはバインダーによって一緒に保持される。パック１８０１は、炭素が豊富、炭素が不足、または化学量論的であり得る。パック１８０１は、炭素リッチ、炭素欠乏、または正規組成のゾーンまたは層を有することができる。好ましくは、ＳｉＣ粒子は、ＳｉＯＣポリマー由来のＳｉＣである。非ポリマー由来のＳｉＯも、パックの一部またはすべてとして使用できる。パック１８０１は、矢印１８２６によって示される高さおよび１８２０によって示される直径または断面を有する。パック１８０１は、頂面又は上面１８２３および底面１８２４を有する。この実施形態では、パック１８０１は、平坦な上部および下部のシリンダーとして示されているが、いずれの形状の体積形状物をデバイス１８００で使用できることを理解されたい。
デバイス１８００の上部１８１０には、表面１８０２ａを有する種結晶１８０２がある。種結晶１８０２は、断面または直径１８２２および高さ１８２３を有する。いくつかの実施形態では、種結晶は、可動プラットフォーム１８０３に取り付けられて、表面１８０２ａと表面１８２３との間の距離を調整することができる。
パック１８０１の直径１８２０は、種結晶１８０２の直径１８２２より大きくても、小さくても、または同じでもよい。
操作中は、加熱素子１８０４は、パック１８０１の温度をＳｉＣが昇華する点まで上昇させる。この昇華により、シリコンと炭素のさまざまな種を含むガスが形成される。このガス、すなわちフラックスは、表面１８０２ａと１８２３の間の領域１８５０に存在する。多孔性または他の要因に応じて、フラックスはパック１８０１内にも存在し得る。フラックスは領域１８５０を通って装置１８００内で上昇し、表面１８０２ａにＳｉＣが堆積する。表面１８０２ａは、ＳｉＣ結晶を形成するガス状シリコン炭素種を表面に堆積させるのに十分な低い温度に維持する必要がある。このようにして、種結晶１８０２は、その表面にポリタイプが一致した配向で成長したＳｉＣを連続的に加えることによりブールに成長する。したがって、（完全に引き込まれた位置で示される）デバイス１８０３によって調整されない限り、ブールの成長中、表面１８０３は底部１８０９に向かって成長し、したがって、表面１８０２ａと底部１８０９との間の距離を減少させる。フラックスの形を使用して、蒸着プロセス中にパック内に所定の温度差を作り出すことができる。この所定の温度差は、プロセス中にパックに種が蓄積してＳｉＣ蒸気の形成を低減または阻止する不動態化の有害な影響に対処し、低減し、排除することがでる。
昇華および堆積のプロセスが、原材料自体の体積形状物の内側で行われ、自然に生じる原材料の熱勾配に従うか、またはどの熱勾配がパックの形状によって決定され得るかが理論化される。一実施形態では、バインダーは、好ましくは存在したままであり、昇華温度中にパックの形状および一体性を維持し、したがって、ＳｉＣの昇華温度以下で昇華しない。この温度勾配は通常、外部から内部に向かって上向きとなる。材料は連続的に昇華し、隣接する粒子に再堆積し、このようにしてＳｉＣ種の還流（reflexing）または固体の「分別蒸留（fractional distrilation）」または「分別昇華（fractional sublimation）」を受けると理論付けられている。
理論的には、一実施形態において、体積形状物およびその所定の勾配により、パック内で成長チャンバーの底部の背部にいくらかのより重い不純物を閉じ込めることができ、一方、より軽い要素はＳｉ―Ｃ蒸気とともに昇華されて種子に運ばれるようにすることができる。これにより、理論的には、プロセスの所定の時間にドーパントまたはその他の添加剤を放出させることができ、不純物の潜在的な悪影響を軽減する。好ましくは、パックで超純粋な材料が使用されることが理解されるべきである。
実施形態では、パックは、所与の温度に対してより一貫したフラックス形成速度を提供する。形状は、形状全体でより均一な温度を提供するように調整することができるとともに、形状のより高い体積分率が一度に昇華することを可能にし、粉末の標準的堆積物すなわち円筒形としたものよりも特定の温度でシード／蒸気界面でのより高い流量を駆動するようにすることを可能とすることができる。したがって、より低い温度の成長プロセスを必要とするポリタイプの成長は、結果としてより遅い成長速度に限定されない。
昇華速度は、グラム／時間で測定される。フラックスは、グラム／ｃｍ２−ｈｒ（つまり、エリアを通過する材料の割合）で与えられる。したがって、重要な領域は、ブール成長表面の瞬間的な表面積、たとえばＳｉＣが堆積されているブールの面に対応するフラックス領域である。通常、フラックス面積とブール面の面積はほぼ同じであり、これらの面積は通常、蒸着装置の成長チャンバーの断面積よりわずかに小さい。
計算およびこの分析のために成長チャンバーの断面積は、フラックスの面積およびブール面の面積と同じであるとして計算を容易にする。このように、ブールの成長速度（ｍｍ／ｈｒ）は、ブールの面積（ｃｍ２）全体での蒸気の流量と同等とすることができる（ｍｍ／ｈｒ≧ｇ／ｈｒ：なお完全に密なＳｉＣの密度は３．２１ｇ／ｃｃ）。その場測定（in-situ measurements）は、Ｘ線イメージングまたはＸ線コンピューター断層撮影（ＣＴ）を介して行うことができる。それ以外の場合、成長の前後にブールを計量することにより、平均成長率を決定できる。
典型的な商業的成長速度は、２００〜５００ｍｍ／ｈｒの範囲にある。本プロセスおよび体積形状物の実施形態は、これらの既存のものをはるかに上回り、同時に、同等かつ優れた品質のブールを提供する。例えば、本発明の実施形態は、高温および低圧で、約５５０から約１，１０００ｍｍ／ｈｒ、約８００から約１，０００ｍｍ／ｈｒ、約９００から約１，１００ｍｍ／ｈｒ、約７００、約８００ｍｍ／ｈｒ、９００ｍｍ／ｈｒ、１，０００ｍｍ／ｈｒ、１，１００ｍｍ／ｈｒの成長速度を有することができる。これらの範囲内のすべての速度と同様に、より高い速度が考慮され、またより遅い速度も使用され得る。
一般に、成長速度は、１）温度および２）供給ガス圧力（ＡＲ、Ｎ ２など）によって駆動される。ガス圧が高くなると、シードおよびブールの表面でのシリコンカーボン種の蒸気圧が希釈され、特定の温度での成長速度が遅くなる。したがって、成長率を「操作（dial-in）」するために圧力を使用できる。図１９のチャートは、本ポリシロカルブ誘導ＳｉＣ（１．４〜１．４５ｇ／ｃｃの充填密度を有するパック）の実施形態の成長速度を示す。
図１９を参照すると、本発明の実施形態は不動態化（表面不活性化）を示さないことが分かる。それら実施形態は自己制限的ではなく、不動態化されていない。これらの実施形態は、気相成長プロセスにおける既存のＳｉＣ出発材料の供給源を超える大幅な改善および利点を提供する。これらの既存のＳｉＣ源には自己制限効果があり、出発材料の表面効果が昇華を制限または阻害するため、フラックスの生成速度が時間とともに減少する。この自己制限効果は一般に不動態化として知られているが、ソースの枯渇、黒鉛化、または炭化とも呼ばれる。
したがって、一定の温度が与えられた体積形状物（例えばパック）の実施形態では、約４インチから約１０インチの直径、約６インチから約８インチの直径、約４インチの直径、約６インチの直径、約８インチの直径およびそれ以上およびそれ以下、ならびにこれらの値の範囲内のすべての直径のブールを含むブール成長の動作全体にわたって、一定のフラックス生成の一定の速度を維持することができる。ブール成長プロセス全体に一定の温度が与えられる体積形状物の実施形態では、ブールの成長中、フラックス生成の速度を維持でき、したがって、一定の速度でブールの成長速度、すなわち速度変化率が約０．００１％未満、０．０１％未満、約１％未満、約５％未満、約２０％未満、約０．００１％から約１５％、約０．０１％から約５％、およびこれらの組み合わせとバリエーション、およびこれらの値の範囲での一定の成長速度を維持することができる。実施形態において、一定の温度で、フラックス形成の速度は以下にとどまる：その最大速度の約９９．９９９％から約６０％。最大速度の約９９％から約９５％。最大速度の約９９．９９％から約８０％。最大速度の約９９％から約７０％。最大速度の約９５％から約７０％。最大速度の約９９％から約９５％、およびブールの成長中のこれらの組み合わせとバリエーション、およびこれらのパーセンテージの範囲内のすべての値。
実施形態は、固有のかさ密度（bulk density）を有する。一実施形態では、体積形状物、例えばパックはモールディングプロセスで作られ、したがって、粉末は、最大２．０g／cc（２．０／３．２１＝充填率６２％または多孔率３８％）まで非常に高いかさ密度に圧縮することができる。結果として得られる形状は、出発材料粒子と同じ高表面積を維持し、成長チャンバーの底部を占める材料の重量を増やすことができる。このようにして、より高いブールをより高密度のソース材料から成長させることができる。また、成長プロセス全体を通じてアクティブなままである原料が多いと、成長時間が長くなり、ブールが長くなり、幅が広くなる。これらの利点は、成長インターフェースの最終的な形状に関係なくある。これはまた、成長サイクルを延長して、より大きなブールをさらに成長させることができる。
このようにして、蒸着プロセスのサイクルの成長部分の容量利用を最大化することができる。したがって、本発明の実施形態は、既存の蒸着装置の成長サイクルの能力利用を大幅に増加させる能力を提供する。通常、既存の蒸着装置では、〜１０−３０時間の加熱（ヒートアップ）時間（これは成長サイクルの一部ではない）と〜３０−５０時間の冷却（クールダウン）時間（これは成長の一部ではない）が必要とされる。これらの非成長サイクル時間は、ブールサイズが大きいほど増加する（チャンバーとブールに熱衝撃を加えることができないか、破損する可能性がある）。成長サイクル（すなわち、ブールを成長させるための昇華と堆積が発生している加熱サイクル中の時間）が１０−２０時間延長されると、ブール成長が４００μｍ／ｈｒ増加可能である。これにより、ブール成長サイクルあたりのウエハーの生産量が大幅に増加し、消耗品のコスト、最終的にはウエハーあたりの製造コストが削減される。したがって、本発明の実施形態は、炉の成長期間の容量利用を増加させることができる。
したがって、実施形態では、同じ直径のブールに対する蒸着装置の成長サイクルは、現在利用可能なＳｉＣソース材料を使用する場合と比較して、本ポリマー由来のＳｉＣおよび体積形状物の実施形態を使用することにより、約１０％〜約１００％、約１０％〜約６０％、約２０％〜約６０％、約３３％〜約７０％、少なくとも約３０％、少なくとも約５０％、少なくとも約７０％さらに、これらのパーセンテージの範囲内のすべての値増加させることができる。実施形態では、本発明のポリマー由来のＳｉＣおよび体積形状物を使用して、単一の成長サイクルから最終的に得られる（ブールを成長させてから同じ厚さを有するウエハーに切断する）同じ厚さおよび直径を有するウエハーの数を増やすことができるが、これは現在入手可能なＳｉＣ原材料を使用した場合と比較して約１０％から約５００％、約１００％から約３００％、約１０％から約７０％、約３０％から約７０％少なくとも約２０％、少なくとも約５０％、少なくとも約１００％、少なくとも約２００％、少なくとも２枚のウエハー、少なくとも１０枚のウエハー、少なくとも２０枚のウエハー、少なくとも１００枚のウエハー、少なくとも１，０００ウエハー、約２から１００ウエハー、約１０から１００ウエハー、約５０から２００ウエハー、約１００から５００ウエハーなど、およびこれらの値の範囲内のすべての値の増加となる。本ブールの実施形態は、従来のＳｉＣソース材料から成長したブールよりも欠陥が実質的に少ないためという理由によっても、単一の成長サイクルからより多くのウエハーを取得する能力も得られる。このウエハーの生産の増加、ブール成長の効率の向上、およびブールの品質の向上は、単一の成長サイクルからのデバイスの生産増加の効果をさらに持つことがでる。したがって、デバイスの数は、少なくとも約１００個、少なくとも約２００個、少なくとも約１，０００個、少なくとも約１０，０００個、少なくとも約１００，０００個以上、約１００〜約１０，０００個、約１，０００から約３０，０００、約５００から約２０，０００、および約２０，０００から約５０，０００、およびこれらの値の範囲内のすべての値だけ増やすことができる。
実施形態は、所定の形状で形状制御を行う能力を提供し、その形状の多くは知られていないと考えられており、大部分は既存の出発材料を使用して得られない。ブール成長のソース材料として蒸着装置に配置される体積形状物、例えばパックの形状は、成長プロセスの多くのパラメータを駆動または積極的に影響し、従来の原料と比較して、より大きなブール、より高品質のブール、より高品質のウエハー、より多くのウエハーを得ることができる。これらの改善された成長パラメータには、次のものが含まれる。ソースの放射状の温度勾配；ソースの軸方向の温度勾配を増加；昇華面積増加；フラックスの制限を低減；ソース材料全体でのより均一な昇華を提供するための内部ソース温度の高温化；ソース材料を通る高速フラックスおよびガイドされたフラックス経路（蒸気を所望の位置（中心または端、またはその両方、特に平坦なブール成長面を提供する）。成長の後期段階でフラックスをブールのエッジに向けることができるため、ソースはエッジ近くでより完全に消費されるが、エッジは中心と同じ速さで成長できる。したがって、最終的な形状は、現在のソース材料を使用することによって得られる、ウエハーを製造するために使用でずにブール材料を無駄にしてしまう典型的な凸状ブールではなく、平坦な面を有するブールを提供し、したがって、ウエハーを作るために使用できるブールの量を大幅に増加させる。
上記に加えて、出発材料の所定の形状を有する能力から得られる追加の利点には、以下が含まれる：るつぼ底部への視線を通して成長面の中心の放射加熱を可能にし、種結晶の半径方向の温度勾配を低減し、さらに大きなブール（８インチ、１０インチ以上）の成長を可能にし、また、冷却サイクルを減少して結晶の応力を低減し割れの防止する；同じ蒸着装置で既存の出発材料を使用する場合と比較して、より均一なブール温度とその結果としてのブールへの熱応力の低減により、ポリタイプの安定性を改善し、線欠陥／転位を削減する。プロセスの終了までに完全に昇華することのない開始材料がないことを事前選択または決定できるため、ソース材料をより完全に利用できる。大量の原材料を昇華させてブールを形成することにより、廃棄物の原材料を削減し、原材料からブールへの収率とコスト効率を改善する。
成長最前部のブールの中心は、典型的には、エッジよりも冷たく、材料堆積のための「シンク（sink）」（蒸気フラックスをシンクするソース）をより多くする。したがって、理論的には、ソース材料を通して下から上に視線（穴）が開いている場合、るつぼの底からの放射はブール面の中心に到達し、少し暖め（摂氏数十度の問題）、中心を「シンク」より小さくし、シード全体の温度をより均一にし、結晶に沿ったすべての位置でより均一なフラックスを作成し、より平坦なブールを可能にする。さらに、この開いた視線形状の実施形態は、ソース材料の中心にある材料をより効果的に昇華させてブールにすることができると理論付けられている。この中心は、最も温度が低い部分であるため、通常、昇華する最後の場所であり、原材料が枯渇する前に成長が終わる。開いた視線形状のパックの実施形態の例は、図９および図１０に示されている。
実施形態は、蒸着装置内の出発材料として使用される体積形状物全体にわたる原料材料の密度の分布を提供する。この所定の密度分布は既存のソース材料に対するいくつかの利点と改善を提供するものであり、例えば、特定の部分への熱伝導の改善や、ソースが全体的に均一に消費されるような熱伝導の制限などの形状の特定の部分または領域への所定の制御された熱伝導や、成長サイクルの期間中の制御された、好ましくは均一に維持された熱伝導などである。昇華組成（すなわち、フラックス組成などの出発材料の昇華から形成される蒸気の組成）も、サイクル全体を通じてより持続的すなわち均一な組成としたり、または成長の始まりにおいてより増幅された組成を有したりして、とりわけ、安定した組成によるより良いポリタイプの安定性を提供する。
実施形態は、形状の全体にわたって、粉末の異なる化学量論の分布、例えば、異なるタイプの粉末出発材料、異なるバインダー、およびこれらの組み合わせおよびバリエーションを有する層、ゾーン、領域を提供する。異なる化学量論のこの所定の分布は、以下を含むいくつかの利点、例えば、原材料が外部から消費される際の成長サイクルの開始から終了まで組成の変化が少なくなる昇華組成のカスタマイズを提供する。異なる化学量論のこの所定の分布は、蒸気の一貫した組成のために、ポリタイプの安定性を高めることもでる。
実施形態は、原料すなわち出発原料粉末の調整された化学量論、すなわち、体積形状物バインダーの調整された化学量論、体積形状物への添加剤、出発材料粉末への添加剤、およびこれらの組み合わせおよびバリエーションを提供する。たとえば、最大２０％の液相バインダーと粒子を使用すると、化学量論をたとえば１．５：１の ＳｉＣから１：１．５ のＳｉＣ及びこれらの比率の範囲内の値にシフトできる。より大きなシフトとより小さなシフトが考えられる。化学量論は、ＰＤＣ前駆体と、水、または蒸発溶媒、または非ＳＩまたは非Ｃ化合物（たとえば、ホウ酸、アルミナ、窒化アルミニウム、硝酸アルミニウム、硝酸カルシウム、リン酸ナトリウム）を使用して維持される。化学量論は、ＬＤＰＥ、カーボンブラック、グラファイトパウダー、炭化ホウ素、ＰＡＮ、ワックス、ポリ乳酸、セルロース、ショ糖／糖、重炭酸ナトリウム、デンプンなどを使用してＣリッチにシフトする。Ｓｉ粉末、開始ＳＩリッチＳｉＣ、シリカ、ソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラス、窒化ケイ素を使用して化学量論はＳｉリッチにシフトする。
シリコンまたは炭素に富む化学量論種は、成長開始時の蒸気流においてそれぞれより高いシリコンまたは炭素含有量を有し、成長のポリタイプ安定性に影響を与える可能性がある。したがって、例えば、炭素リッチの気相を提供する原料の化学量論を有することは、４Ｈポリタイプの安定性を高めることがでる。体積ドーピング、ガスフロー、またはその両方の窒素ドーピングにより、同様に４Ｈポリタイプの安定性を高めることができる。同様に、成長温度が２，１００〜２，５００℃の場合、４Ｈポリタイプの安定性を高めることができる。
粉末の化学量論を調整するこの能力は、シリコンリッチ相の幾何学的位置を調整する能力と組み合わせることができる。このようにして、シリコンリッチ相の位置は、枯渇したＳｉＣの「黒鉛化」現象をその場で反応させて昇華用の追加のＳｉＣを形成できるようにすることができる。あるいは、Ｓｉリッチ領域は、成長の後期段階で気相のＳｉ含有量の減少を相殺することができる。これにより、特に成長の後期段階で、成長期間全体を通してより一貫したシリコン炭素種のフラックスが可能になる。
一般に、ＳｉＣを得るためのプロセスでは、液体前駆体配合物から硬化材料にされ、硬化された材料が熱分解されたＳｉＯＣ材料になり、それからＳｉＣ材料（アルファ、ベータ、または両方）に変換される。これらのプロセス（硬化、熱分解、変換）中に、さまざまな構成要素の一部、通常はＣとＯが失われる。Ｓｉも失われる可能性があるが、プロセスと前駆体はＳｉの損失が最小限に抑えられるようなものであることが望ましい。たとえば、前駆体に組み込まれた過剰なＣや、たとえばオーブン内の外部ソースから生成されたＣは、ＳｉＯを越えるＣＯの生成を促進し、Ｓｉの損失が少なくする。硬化した材料で起こる架橋の程度が大きいほど、熱分解および変換中のＳｉ損失が低くなり、ＳｉＣの収率が高くなる。
高純度および超高純度のＳｉＣおよびＳｉＯＣを製造するためのプロセス、配合物、およびシステムは、参照により本明細書に組み込まれる米国特許公開２０１６／０２０７７８２号に開示および教示されている。
実施形態では、硬化ＳｉＯＣは、中間処理ステップを必要とせず、粉砕を最小限に抑えて、砕けやすいＳｉＣの塊に直接変換される体積形状物、例えば、パック、ピル、ペレット、プレート、ビーズまたはディスクとすることができる。一実施形態では、硬化ＳｉＯＣは、粒状ＳｉＯＣに粉砕され、次いで、粒状ＳｉＣに変換され、次いで、バインダーを使用して体積形状物に形成される。一実施形態では、（硬化または熱分解された）ＳｉＯＣはＳｉＣ粒子に形成され、次いで、例えば圧縮されて、体積形状物すなわちＳｉＣの塊に形成される。好ましくは、ＳｉＣ粒子のサイズおよびサイズ分布は事前に決定されており、さらなる粉砕は不要である。ある実施形態では、必要であれば、これらの粒子をより小さく、より均一な、または両方の顆粒に粉砕することができる。次いで、顆粒を、例えばプレスして、体積形状物すなわちＳＩＣの塊に形成することができる。これらにおいてまた他の実施形態では、高純度および超高純度のＳｉＣを製造するには、システムのすべてのコンポーネントに、ＳｉＣのその後の使用またはプロセスで不純物と見なされる物質を含まないことが好ましい。または、プロセスへの不純物の混入を防ぐために、これらのコンポーネントをシールド、包装、またはその他の緩和ステップを行うことが好ましい。
図１６には、ＳｉＯＣから誘導されたＳｉＣの体積形状物を作成し、好ましくは高純度（例えば、３、４、５ナイン（ＮＩＮＥＳ）及びそれ以上）の体積形状物を作成するためのシステムおよび方法の実施形態の概略斜視フロー図が示されている。前駆体およびその他の材料を含むシステムのライン、バルブ、および内部表面は、ＳｉＯＣ、誘導ＳｉＣおよびＳｉＣの体積形状物を汚染しない材料で作られているか、またはそれらでコーティングされている。貯蔵タンク１５０ａ、１５０ｂは、液体ポリシロカーボ前駆物質を保持する。この実施形態では、液体前駆体から不純物を除去するために、前駆体の一方または両方を蒸留装置１５１aおよび蒸留装置１５１bを通して取り出すことができる。次いで、液体前駆体は混合容器１５２に移され、そこで混合されて前駆体バッチを形成し、触媒される。クリーンルーム環境１５７aでは、前駆体バッチは、炉１５４に配置するために容器１５３にパッケージされる。炉１５４は、掃引ガス入口１６１およびオフガス取出しライン１６２を有する。その後、パッケージされ硬化された材料はクリーンルーム条件下で移送される、いくつかの熱分解炉１５５a、１５５b、１５５cに送られ、そこでＳｉＯＣからＳｉＣに移行する。炉はそれぞれ掃引ガス入口ライン１５８ａ、１５８ｂ、１５８ｃを有し、２つのオフガス除去ライン１５９ａおよび１６０ａ、１５９ｂおよび１６０ｂ、１５９ｃおよび１６０ｃをそれぞれ有する。オフガスは、システム内のさまざまなユニットからオフガスを収集する入口ライン１６４を有するオフガス処理アセンブリ１６３で処理、洗浄、および出発材料を回収することができる。
次に、得られたＳｉＣは、好ましくはクリーンルーム条件下にある体積形状物形成領域１９０に移される。領域１９０において、ＳｉＣは、混合装置１７３（例えば、ブレード、パドル、攪拌機など）を有する混合容器１７２に提供される。バインダータンク１７０からのバインダーは、ライン１７１を介して容器１７２に添加される。混合容器１７２において、ＳｉＣはバインダーと混合されてスラリーすなわちブレンドを形成する。スラリーの粘稠度は、後のペレット化操作を促進するようなものでなければならない。次いで、ＳｉＣ−バインダースラリーは形成装置１７５に移され、そこでスラリーは体積形状物、例えばペレット、ディスク、ブロックなどに形成され、オーブン１７７に供給され、そこでバインダーが硬化して体積に所望の強度を与える。次に、硬化した体積形状物は、包装装置１８０に移され、そこで包装される。好ましくは、これらの操作はクリーンルーム条件下で実行され、より好ましくは、操作は別個のクリーンルーム、またはクリーンルームの領域１９０ａ、１９０ｂ、１９０ｃで行われる。
好ましくは、ＳｉＣおよびＳｉＣの製造に使用するための材料を製造する際に、好ましい実施形態では、ポリシロカーブ前駆体は、清浄空気中で約１気圧で混合される。
好ましくは、ＳｉＣの製造において、およびＳｉＣの製造において使用するための材料において、硬化は、約２０℃から約１５０℃、約７５℃から約１２５℃、そして約８０℃〜９０℃の範囲の温度、これらの温度の組み合わせ、およびこれらの温度の範囲内のすべての値で行われる。硬化は、好ましくは硬い硬化材料をもたらす期間にわたって実施される。硬化は、空気または不活性雰囲気で行うことができ、好ましくは、周囲圧力のアルゴン雰囲気で硬化を行う。最も好ましくは、高純度材料の場合、炉、容器、ハンドリング機器、および硬化装置の他のコンポーネントは清潔であり、硬化される材料への不純物または汚染物質から本質的にフリーなものとされる。
好ましくは、ＳｉＣおよびＳｉＣの製造に使用する材料の製造において、熱分解は、約８００℃〜約１３００℃、約９００℃〜約１２００℃、約９５０℃〜１１５０℃の範囲の温度およびこれらの温度範囲内のすべての値で行われる。熱分解は、好ましくはプリフォームの完全な熱分解をもたらす期間にわたって実施される。好ましくは、熱分解は、不活性ガス、例えばアルゴン中で、より好ましくはアルゴンガスを大気圧または大気圧でのアルゴンガスの流れの中で行われる。ガスは、約１，２００ｃｃ／ｍｉｎから約２００ｃｃ／ｍｉｎ、約８００ｃｃ／ｍｉｎから約４００ｃｃ／ｍｉｎ、約５００ｃｃ／ｍｉｎで流れ、これらの流量の範囲内のすべての値で流れるようにすることができる。好ましくは、処理炉の初期真空排気は、少なくとも１Ｅ―３トル未満の減圧まで完了し、不活性ガス、例えばアルゴンで１００トル以上に再加圧される。より好ましくは、真空排気は、不活性ガスで再加圧する前に１Ｅ−５トル未満の圧力まで行われる。真空排気プロセスは、０回から４回以上のどこでも完了できる。最も好ましくは、高純度材料の場合、炉、容器、ハンドリング機器、および硬化装置の他のコンポーネントは清潔であり、不純物または汚染物質とみなされる要素または材料を本質的に含まず、また、それを生じることがないものとされる。
熱分解は、要求温度および環境制御を維持する任意の加熱装置で実施することができる。したがって、例えば、熱分解は、圧力炉、箱型炉、管状炉、結晶成長炉、グラファイト箱型炉、アーク溶解炉、誘導炉、キルン、ＭＯＳＩ２発熱体炉、炭素炉、真空炉、ガス燃焼炉、、電気炉、直接加熱、間接加熱、流動層、ＲＦ炉、キルン、トンネルキルン、ボックスキルン、シャトルキルン、コークス式装置、レーザー、マイクロ波、その他の電磁放射、およびこれらおよびその他の加熱装置の組み合わせとバリエーションで行うことができる。
低いＮおよびＯレベルが必要とされる実施形態では、真空、好ましくはターボポンプを使用して１０Ｅ−６トルを達成し、不活性ガスで埋め戻すことが好ましい。低レベルを達成するために、このパージプロセスを１回または複数回行うことができる。一定の流量の「掃引」ガスは、揮発物の生成中に炉をパージするのに役立つ。
好ましくは、ＳｉＣの製造において、セラミックＳｉＯＣは、後続のまたは継続する熱分解または変換ステップでＳｉＣに変換される。 ＳｉＯＣからの変換ステップは、ＳｉＯＣプリフォームの熱分解の一部、例えば連続であってもよく、または時間、場所、およびその両方において完全に別個のステップであってもよい。必要なＳｉＣのタイプに応じて、約１，２００℃〜約２，５５０℃、約１，３００℃〜１，７００℃、およびこれらの温度範囲内のすべての値で従来の手順を実行できる。一般的に、約１，６００°Ｃから１９００°Ｃの温度では、時間の経過とともにベータ型の形成が促進される。１９００°Ｃを超える温度では、時間の経過とともにアルファ型の形成が促進される。好ましくは、変換は、不活性ガス、例えばアルゴン中で、より好ましくは、大気圧またはほぼ大気圧でのアルゴンガスの流れの中で行われる。ガスは、約６００ｃｃ／分から約１０ ｃｃ／分、約３００ｃｃ／分から約５０ｃｃ／分、および約８０ｃｃ／分から約４０ｃｃ／分で流れ及びこれらのフローの範囲内の値のものとすることができる。最も好ましくは、高純度材料の場合、炉、容器、ハンドリング機器、および硬化装置の他のコンポーネントは清潔であり、ＳｉＣに不純物または汚染物質と考えられる要素または材料を本質的に含まずまた、それを生じることがないものとされる。
ＳｉＯＣ由来ＳｉＣのその後の収率は、大体約１０％から５０％、典型的には３０％から４０％であるが、より高い範囲およびより低い範囲、ならびにこれらのパーセンテージの範囲内のすべての値となる。
最も好ましくは、高純度ＳｉＣを製造する場合、材料の製造、硬化、熱分解、および変換に関連する活動は、クリーンルーム条件下、例えば、少なくともＩＳＯ５、少なくともＩＳＯ４、少なくともＩＳＯ３、少なくともＩＳＯ２、および少なくともＩＳＯ１のＩＳＯ１４６４４―１クリーンルーム標準で実施される。一実施形態では、マテリアルハンドリングステップは、少なくともＩＳＯ５のクリーンルームで行われ、一方、よりクリーンでないエリア（ＩＳＯ＞５）は、熱分解および変換ステップに使用される。
ＳｉＣまたはＳｉＯＣおよび超純粋ＳｉＣまたはＳｉＯＣの体積形状物は、例えば、球体、パック、ペレット、リング、レンズ、ディスク、パネル、コーン、円錐台形状、正方形長方形、トラス、アングル、チャンネル、中空密閉チャンバー、中空球、ブロック、シート、コーティング、フィルム、スキン、微粒子、ビーム、ロッド、アングル、スラブ、コラム、ファイバー、ステープルファイバー、チューブ、カップ、パイプ、および組み合わせそして、これらのさまざまな形状やその他の複雑な形状を含む任意の所定の体積形状物であり得る。
体積形状物を作製する際、ＳｉＣに添加されるバインダーの量は、ＳｉＣ粒子の軽いコーティングからスラリーのようなペーストを形成するのに十分な量まで変化し得る。したがって、成形装置の要件、体積形状物の強度要件、およびバインダー自体によって、約０．１％から約６５％、約０．１％から約４５％、約０．５％から約４０％、約２０％〜約４０％、約１％〜約１５％、および約２％〜約７％、約１％以上、約２％以上、および約３％以上およびこれらの割合の範囲内のすべての量のバインダーがＳｉＣに添加されてスラリーまたはブレンドを形成する。硬化中に失われるバインダーの量に応じて、約０．０５％から約２５％、約０．７５％から約１２％、１％から約５％、約１％以上、約２ ％以上、約４％以上、約６％以上およびこれらの割合の範囲内のすべての量の硬化バインダーを含む体積形状物となる。
体積形状物を形成するためにバインダーと混合されるＳｉＣ顆粒のサイズは、約０．１μｍ（ミクロン）から約１００μｍ、約０．５μｍから約５０μｍ、約０．３μｍから約２０μｍ、約０．３ umから約１０ um、およびより大きいサイズとより小さいサイズ、異なるサイズの組み合わせ、およびこれらのサイズの範囲内のすべての値であり得る。したがって、顆粒は、約０．１μｍから約２０．０μｍ、約０．５μｍから約１０．０μｍ、約０．５μｍから約２．０μｍ、約０．５μｍから約１．０μｍ、約１μｍから約５μｍ、約１μｍ、約２μｍ、約３μｍ、およびそれ以上およびそれ以下およびこれらのサイズの範囲内のすべての値の一次粒子Ｄ５０サイズを有することができる。
バインダーは、処理、硬化および体積形状物のその後の使用中にＳｉＣを所定の形状に保持するために使用される任意のバインダーであり得る。バインダーの実施形態は、好ましくは無酸素であり得る。バインダーの実施形態は、好ましくは、炭素と水素のみを有する材料で構成することができる。バインダーの実施形態は、酸素を有する材料から作製することができる。バインダーの実施形態は、ＳｉＣの焼結に使用される任意の焼結助剤であり得る。バインダーの実施形態は、溶融シリカであり得る。バインダーの実施形態は、本明細書に記載されている液体前駆体のすべてを含むポリシロカルブ前駆体材料であり得る。これらおよび他の材料の組み合わせおよびバリエーションもバインダーとして使用されてもよい。
バインダーは、ポリシロキサン前駆体の硬化に使用される条件下で、または体積形状物を維持するのに十分な硬い（例えば、強靭な）材料にバインダーを変換するのに必要な条件下で、必要な程度まで硬化することができる。したがって、場合によっては、硬化（curing）、硬化（hardening）、形成（forming）、またはセットアップは、バインダーの特性に基づいて行う必要がある。不純物または他の望ましくない物質を体積形状物に導入するためにバインダーの硬化または硬化またはセットアップを防ぐことを考慮する必要がある。
酸素を含まないバインダーの実施形態の例には、ポリエチレン、シリコン金属、炭化水素ワックス、ポリスチレン、およびポリプロピレン、ならびにこれらの組み合わせおよびバリエーションが含まれる。
炭素および水素のみを含むバインダーの実施形態の例には、ポリエチレン、炭化水素ワックス、炭素またはグラファイト粉末、カーボンブラック、ＨＤＰＥ、ＬＤＰＥ、ＵＨＤＰＥ、およびＰＰ、およびこれらの組み合わせおよびバリエーションが含まれる。
酸素を含むバインダーの実施形態の例には、ホウ酸、酸化ホウ素、二酸化ケイ素、多価アルコール、ポリ乳酸、セルロース材料、糖および糖類、ポリエステル、エポキシ、シロキサン、ケイ酸塩、シラン、シルセスキオキサン、酢酸エチルビニルアセテート（ＥＶＡ）などの酢酸塩、ＰＭＭＡなどのポリアクリレート、ポリマー由来のセラミック前駆体、およびこれらの組み合わせとバリエーションが含まれる。。
焼結助剤であるバインダーの実施形態の例には、ケイ素、酸化ホウ素、ホウ酸、炭化ホウ素、ケイ素および炭素粉末、シリカ、ケイ酸塩およびポリマー由来のセラミック前駆体、ならびにこれらの組み合わせおよび変形が含まれる。
ブールの成長などの用途で使用するための、およびウエハーを製造するための純粋および超純粋ＳｉＣ材料に対して、バインダー材料は、汚染物質と考えられるすべての材料を含まないことが好ましい。したがって、実施形態において、バインダー材料は、少なくとも５ナイン、少なくとも６ナイン、少なくとも７ナイン、および少なくとも８ナインで純粋であり、例えば、汚染物質と考えられる材料を含まない。
好ましくは、バインダーの使用は、ＳｉＣまたはＳｉＯＣに検出可能な量の汚染物質を全く加えない。一実施形態では、バインダーはまた、処理後にケイ素原子と炭素原子の比をほぼ１：１に維持するためにＳｉＣの適切な化学量論を維持する。一実施形態では、バインダーは、所定のＳｉＣ比を有する体積形状物を提供するために、炭素リッチ、炭素欠乏、または化学量論的である所定のＳｉＣ比を有する。
純粋および超純粋ＳｉＣ用途および材料の場合、バインダーは、好ましくは、化粧品グレード、電子機器グレード、および外科手術グレードの材料であり得る。
バインダーの実施形態は、米国特許第９，４９９，６７７号、第９，４８１，７８１号および米国特許公開第２０１４／０２７４６５８号、２０１４／０３２３３６４、２０１５／０１７５７５０、２０１６年／０２０７７８２、２０１６／０２８０６０７、２０１７／００５０３３７に開示および教示されている触媒および非触媒の両方の前駆体配合物を含み、これらのそれぞれの開示全体は参照により本明細書に組み込まれる。これらのバインダーを硬化させる方法は、これらの特許および公開された出願に開示および教示されており、それらのそれぞれの開示全体は参照により本明細書に組み込まれる。
好ましい実施形態では、ＳｉＣ体積形状物は、ポリマー由来の、好ましくはポリシロカルブポリマー由来のＳｉＣ（例えば、参照により本明細書に組み込まれる教示および開示された米国公開第２０１６／０２０７７８２号）およびポリシロカルブバインダーを使用して作製される。一実施形態では、ＳｉＣは従来のソースからのものである。この実施形態は、従来のＳｉＣが異なる構造、例えば形態および表面特性を有し、蒸着などの用途においてポリマー由来のＳｉＣよりも性能が劣ると考えられるため、あまり好ましくない。実施形態では、体積形状物は、ポリマー由来のＳｉＣと従来のＳｉＣの混合物である。
一実施形態において、バインダーは、錠剤、ビーズまたは体積形状物に導電性を提供するために使用される。したがって、バインダーは炭素、シリコンとすることができ、またはその場で炭素などの導電性種に分解することができる。例としては、多糖類、ＰＥ、炭化水素油、ワックスなど、または炭素過剰が多いポリシロカルブ配合物などがある。ＳｉＣの化学量論比を達成し、代わりにその場でＣ−ＳｉＣ複合体を形成するか、炭素とケイ素を追加することができる。このようにして体積形状物、例えばディスク、パック、ペレット、ビーズ、タブレット、ピルなどは、２０℃で１０，０００オーム−ｃｍ未満、２０℃で８，０００オーム（オーム）−ｃｍ未満、２０℃で５，０００オーム未満−ｃｍ、２０℃で２，０００オーム−ｃｍ未満、およびこれらの抵抗率の範囲内のすべての値の抵抗率をもつ。
概括的には、一実施形態では、バインダー材料は、７００℃未満で完全に揮発し、６００℃未満で完全に揮発し、５００℃未満で完全に揮発し、これらの温度の範囲内のすべての値で完全に揮発する。異なる種類のＰＤＣをバインダー材料として使用する場合、揮発範囲は変化する可能性があるため、バインダーの揮発温度範囲は約９００℃〜約３００℃、およびこれらの温度範囲内のすべての値であり得る。また、バインダーの揮発成分は、ＳｉＣから構造を作るために使用されている装置の内部成分、例えば蒸着装置上に堆積しないか、さもなければ汚損または汚染しないことが好ましい。
２０℃で８，０００オーム―ｃｍ未満の抵抗率を有する少なくとも約５ナインの（体積形状物の）純度を有する例えばタブレット、ディスク、パック、ピル、ペレット、ビーズなどの体積形状物を形成するための超純ＳｉＣとともに使用するためのバインダー材料の好ましい実施形態は、シリコン金属、カーボンパウダー、炭化水素ワックス、純粋なポリエチレン、および主にシリコンと炭素と水素を含む蒸留可能な化合物、ポリマー由来のセラミック前駆体、およびこれらの組み合わせとバリエーションである。
体積形状物を形成するための装置およびプロセスには、例えば、コールドプレス、コールドアイソスタティックプレス、ホットプレス、ホットアイソスタティックプレス、押出機、ダイカスト、および成形プロセス、ならびにこれらの組み合わせおよび変形が含まれる。
方向性フラックス、還流、分別蒸留または分別昇華を利用する実施形態、および成長サイクルのほとんど、好ましくは全体の間に所定の形状が構造的一体性を保持する他の実施形態では、バインダーは昇華せず、または、体積形状物の構造的一体性を維持する能力を失わないものである必要がある。これらのタイプのバインダーの例には、バインダーとしてのＰＤＣ前駆体が含まれる。例えば還流構造（reflux structure）として機能するために、体積形状物の構造的一体性を維持するための好ましい実施形態は、１０％〜１５％重量の純粋なＰＤＣ前駆体材料であろう。
ＳｉＣを作るのに必要な基本的にすべてのビルディングブロック、たとえばＳｉおよびＣを有する液体材料、たとえば前駆体バッチで開始する能力は、不純物、汚染を制御し、高純度ＳｉＣに変換したり、単一の組み合わせプロセスまたはステップで直接作成できる高純度のＳｉＯＣを作るのに顕著な利点を与える。従って。また、蒸着装置および成長ブールにおける本ポリマー由来のＳｉＣの性能に一部基づいて、ポリマー由来のＳｉＣは非ポリマー由来のＳｉＣとは著しく異なると理論付けられる。したがって、ブールの成長と純度、ウエハーの歩留まり、デバイスの歩留まりにおける相乗効果は、バルク密度、粒子サイズ、ＳｉＣ相（ベータ対アルファ）、化学量論、酸素含有量（非常に低いから無し、酸化物層の欠如）、高純度および超高純度などの本発明における個々の利点から生じる。
したがって、本発明の実施形態は、少なくとも約９９．９％（３―ナイン）、少なくとも約９９．９９％（４―ナイン）、少なくとも約９９．９９９％（５−ナイン）および少なくとも約９９．９９９９％（６−ナイン）および少なくとも約９９．９９９９９％（７−ナイン）またはそれ以上の純度、およびこれらの純度の範囲内のすべての値の純度のＳｉＯＣおよびＳｉＯＣ体積形状物の使用を提供する。同様に、本発明の実施形態は、少なくとも約９９．９％（３―ナイン）、少なくとも約９９．９９％（４―ナイン）、少なくとも約９９．９９９％（５―ナイン）および少なくとも約９９．９９９９％（６−ナイン）および少なくとも約９９．９９９９９％（７−ナイン）以上の純度、およびこれらの純度の範囲内のすべての値であるＳｉＣおよびＳｉＣ体積形状物の使用を提供する。これらの純度値は、場合によっては、ＳｉＯＣまたはＳｉＣ生成物の特定のサンプルに存在または含まれるすべての材料に対して、ＳｉＯＣまたはＳｉＣの量に基づく。本明細書で使用されるＳｉＯＣまたはＳｉＣ生成物は、粉末ＳｉＯＣまたはＳｉＣ、ならびにこれらの材料の体積形状物を指す。適切なバインダーを選択したＳｉＣおよびＳｉＯＣの体積形状物の実施形態は、同じ純度レベルを持つ。
また、意図する製造プロセスまたは最終用途でのＳｉＣおよびＳｉＯＣの使用に悪影響を及ぼさない場合、また、ＳｉＣおよびＳｉＯＣ出発原料から製造される最終生成物に悪影響を与えで汚染物質が作用する（または除去される）場合、体積形状物のより低い純度レベルでも許容できる。したがって、たとえば、ＳｉＣの純度が７−ナインで、ブール形成蒸気堆積プロセスで７００℃に達する前に、ディスクの全体的な純度を低下させるバインダーが除去された４−ナインＳｉＣの純粋なディスクが許容される場合がある。さらに、重すぎる（ＡＭＵが高い）不純物はパック内に閉じ込められる可能性があるため軽減される。
本発明の実施形態では、高純度ＳｉＣ体積形状物は、たとえば、ブール、ウエハー、電子部品、光学部品、およびその他のＳｉＣベースの中間生成物や最終生成物などのアイテムの後の処理および製造において、最終生成物の重大な問題を引き起こす、または不純物と見なされるものの量は、検出限界の非常に低い、および低い検出量とされる。
したがって、ポリマー由来の高純度ＳｉＣ、および特にポリシロカルブ由来の高純度ＳｉＯＣ、ならびにＳｉＯＣが変換される高純度ＳｉＣは、少なくとも約９９．９％、少なくとも約９９．９９％、少なくとも約９９．９９９％、少なくとも約９９．９９９９％、少なくとも約９９．９９９９９％以上の純度を有する。さらに、本発明の実施形態は、９９．０％、９５％、９０％以下などの低レベルの純度を含む、任意の純度レベルのポリマー由来ＳｉＣおよびＳｉＯＣを含むことに留意されたい。これらのより低い、例えば、非高純度の実施形態は、実質的な用途および用途を有しており、また見出すであろうと考えられている。同様に、高純度ＳｉＣの実施形態は用途、用途を見出し、本発明以前はＳｉまたはＳｉＣ以外の材料に限定されていた用途に新しい驚くべき利益をもたらすと考えられている。適切なバインダーを選択したＳｉＣの体積形状物の実施形態は、同じ純度レベルを持っている。
本発明の実施形態は、電子機器および半導体用途での用途のためのウエハーを作製する際の高純度ＳｉＣの使用を含む。蒸着装置と、後で使用するブールとウエハーを作成するプロセスの両方で、高純度のＳｉＣが必要とされる。特に、表１に示すように、高純度ＳｉＣの実施形態は、特定の蒸着装置、電子機器用途、および半導体用途で不純物と考えられる表１のすべての要素の低レベルを有することが好ましい場合がある。したがって、ＳｉＣ粒子および体積形状物の実施形態は、不純物を含まず、実質的に不純物を含まず、表１に示される量および量の組み合わせを超えない量を含むことができる。


表１
一実施形態では、Ｐｒは、いくつかの用途では不純物と見なされる場合があり、そう考慮される場合、表１の制限および量はＰｒに適用可能であり得る。
特に明記しない限り、本明細書で使用されるように、純度レベル、高純度、％純度、％不純物、および同様の用語に言及する場合、過剰な炭素、すなわち化学量論的ＳｉＣを超えたものは含まれず、参照され、考慮されない、または材料の計算または特性評価で使用されない。一部の用途では、過剰な炭素は用途または生成物にほとんどまたはまったく影響を与えない可能性があるため、不純物とはみなされない。他の用途では、過剰な炭素が有益な場合がある。たとえば、炭素は焼結助剤として機能する。過剰な炭素は、蒸着装置およびプロセスの不規則性に対処し、補償するために使用でき、蒸着プロセスを制御または実行するために使用できる。
窒素が汚染物と見なされる用途では、ポリシロカルブ由来のＳｉＣおよびＳｉＯＣの実施形態は、約１０，０００ｐｐｍ未満、１０００ｐｐｍ未満、約１００ｐｐｍ未満、約１０ｐｐｍ未満、約１ｐｐｍ未満、そして、約０．１ｐｐｍ未満の窒素、およびそれ以下、および約１０００ｐｐｍから約０．０１ｐｐｍの窒素、約１００ｐｐｍから約０．００１ｐｐｍの窒素を有し得る。ＳｉＣの体積形状物の実施形態は、同じ純度レベルを有する。
ポリシロカルブ由来のＳｉＣの一実施形態では、ＳｉまたはＣに結合した、または酸化物層としてのいずれかの形態で、酸素が存在せず、本質的に存在しない。したがって、ポリシロカルブ由来のＳｉＣおよびＳｉＣの体積形状物の実施形態は、約１０，０００ｐｐｍ未満、１０００ｐｐｍ未満、約１００ｐｐｍ未満、約１０ｐｐｍ未満、約１ｐｐｍ未満、および約０．１ｐｐｍ未満およびそれ以下の酸素、および約１０００ｐｐｍから約０．０１ｐｐｍの酸素、約１００ｐｐｍから約０．００１ｐｐｍの酸素を有し得る。ポリシロカルブ由来のＳｉＣは、標準の温度と圧力下で空気にさらされても酸化物層を形成しない抵抗力を有する。大気条件下で保管された場合に酸化層がない、すなわち酸化物層を含まないＳｉＣは、酸化物層が不純物と見なされる後の製造プロセス、または酸化物層が製造プロセスに悪影響を与えると見なされる後の製造プロセスで利点をもたらす。ＳｉＣの体積形状物の実施形態は、同じ純度レベルを有する。
本ポリシロカルブＳｉＣ、およびポリシロカルブ由来ＳｉＣから作られたＳｉＣブール、ウエハーおよび他の構造の実施形態は、多型、および一般に多型と呼ばれる一次元多型を示す。したがって、ポリシロカルブ由来のＳｉＣは、多くの理論的に無限の異なるポリタイプに存在する可能性がある。本明細書で使用されるように、特に明記しない限り、ポリタイプ、ポリタイプ、および類似の用語には、可能な限り広い意味を与える必要があり、炭化ケイ素四面体（ＳｉＣ４）を構成するさまざまな異なるフレーム、構造、または配置が含まれる。通常、これらのポリタイプは、アルファ（α）とベータ（β）の２つのカテゴリに分類される。
ポリシロカルブ由来のＳｉＣのアルファカテゴリーの実施形態は、典型的には、六角形（Ｈ）、菱面体晶（Ｒ）、三方晶（Ｔ）構造を含み、これらの組み合わせを含み得る。通常、ベータカテゴリには立方晶（Ｃ）または閃亜鉛鉱型構造が含まれる。したがって、たとえば、ポリシロカルブ由来の炭化ケイ素のポリタイプには、ＡＢＣＡＢＣ…のスタッキングシーケンスを持つ３Ｃ−ＳｉＣ（βーＳｉＣまたはβ３Ｃ−ＳｉＣ）、ＡＢＡＢ…のスタッキングシーケンスを持つ２Ｈ−ＳｉＣ、ＡＢＣＢＡＢＣＢ…のスタッキングシーケンスを持つ４Ｈ−ＳｉＣ、ＡＢＣＡＣＢＡＢＣＡＣＢ…のスタッキングシーケンスを持つ−ＳｉＣ（αシリコンカーバイドの一般的な形、α６Ｈ−ＳｉＣ）が含まれる。アルファ炭化ケイ素の他の形態の例には、８Ｈ、１０Ｈ、１６Ｈ、１８Ｈ、１９Ｈ、１５Ｒ、２１Ｒ、２４Ｈ、３３Ｒ、３９Ｒ、２７Ｒ、４８Ｈ、および５１Ｒが含まれる。
ポリシロカルブ由来のＳｉＣの実施形態は、多結晶または単（single:mono-）結晶であり得る。一般に、多結晶材料には、２つの粒子、または材料の微結晶間の界面として結晶粒界が存在する。これらの粒界は、異なる配向を有する同じポリタイプ間、または同じまたは異なる配向を有する異なるポリタイプ間、およびこれらの組み合わせおよびバリエーションであり得る。単結晶構造は単一のポリタイプで構成され、本質的に粒界はない。
本方法の実施形態は、ブール、好ましいＳｉＣの単結晶ブールをもたらす。これらのブールは、約１／２インチから約５インチ、約１／２インチから約３インチ、約１インチから約２インチ、約１／２インチを超える長さ、約１インチを超える長さ、約２インチを超える長さを有することができる。大きいサイズと小さいサイズ、およびこれらのサイズの範囲内のすべての値が考えられる。ブールは、例えば、直径が約１／２インチから約９インチ、約２インチから約８インチ、約１インチから約６インチ、約１インチより大きい、約２インチより大きい、約４インチより大きい、約４インチ、約６インチ、約８インチ、約１２インチ、約１８インチの断面積を有することができる。他のサイズ、およびこれらのサイズの範囲内のすべての値が考えられる。
一般に、ＳｉＣブールから電子部品を製造するプロセスは、ＳｉＣ単結晶ブールを薄いウエハーに切断することを含む。ウエハーはブールの直径を有し、通常、約１００μｍ〜約５００μｍの厚さを有する。次に、ウエハーの片面または両面を研磨する。次に、研磨されたウエハーは、マイクロエレクトロニクス半導体デバイスの製造用の基板として使用される。したがって、ウエハーは、ウエハー内に組み込まれている、ウエハー上に組み込まれている、またはその両方のマイクロ電子デバイスの基板として機能する。これらの超小型電子デバイスの製造には、いくつか例を挙げると、エピタキシャル成長、ドーピングまたはイオン注入、エッチング、さまざまな材料の堆積、およびフォトリソグラフィのパターニングなどの微細加工処理ステップが含まれる。ウエハーから製造されると、ウエハー、ひいては個々のマイクロ回路は、ダイシングとして知られるプロセスで、個々の半導体デバイスに分離される。次いで、これらのデバイスは、さまざまなより大きな半導体デバイスおよび電子デバイスの製造に使用され、例えば組み込まれる。
本方法および結果として得られるＳｉＣウエハーの実施形態は、とりわけ、約２インチ直径のウエハーおよびより小さい、約３インチ直径のウエハー、約４インチ直径のウエハー、約５インチ直径のウエハー、約６インチ直径のウエハー、直径約７インチのウエハー、直径約１２インチのウエハー、場合によってはそれ以上の直径、直径約２インチから約８インチのウエハー、直径約４インチから約６インチのウエハー、正方形、円形、および他の形状、約１平方インチ、約４平方インチ、約８平方インチ、約１０平方インチ、約１２平方インチ、約３０平方インチ、約５０平方インチ、およびそれ以上およびそれ以下の表面積、約１００μｍの厚さ、約２００μｍの厚さ、約３００μｍの厚さ、約５００μｍの厚さ、約７００μｍの厚さ、約５０μｍから約８００μｍの厚さ、約１００μｍから約７００μｍの厚さ、約１００μｍから約４００μｍまでの厚さ、約１００μｍから約３００μｍまでの厚さ、約１００μｍから約２００μｍまでの厚さ、およびそれよりも大きいおよび小さい厚さ、ならびにこれらの組み合わせおよびバリエーション、ならびにこれらの範囲内のすべての値のウエハーを含む。
本方法および結果として得られる切断および研磨されたウエハーの実施形態は、ブールの成長を開始するために（すなわち、「シード」として）使用され、そこから成長ブールの残りが構造と一致するものも含み得る。ウエハー、またはシードは、とりわけ、直径約２インチおよびより小さいウエハー、直径約３インチのウエハー、直径約４インチのウエハー、直径約５インチのウエハー、直径約６インチのウエハー、約直径７インチのウエハー、直径約１２インチのウエハー、場合によってはそれ以上の直径、直径約２インチから約８インチのウエハー、直径約４インチから約６インチのウエハー、正方形、円形、その他の形状、約４平方インチ、約８平方インチ、約１２平方インチ、約３０平方インチ、約５０平方インチ、およびそれ以上およびそれ以下の表面積、厚さ約１００μｍ、厚さ約２００μｍ、約３００μｍの厚さ、約５００μｍの厚さ、約１５００μｍの厚さ、約２５００μｍの厚さ、約５０μｍから約２０００μｍの厚さ、約５００μｍから約１８００μｍの厚さ、約８００μｍから約１５００μｍの厚さ、約５００μｍから約１５００μｍの厚さ１２００μｍ、約２００μｍから約２０００μｍの厚さ、約５０μｍから約２５００μｍの厚さ、より大きな厚さおよびより小さな厚さ、およびこれらの組み合わせとバリエーション、およびこれらの寸法の範囲内のすべての値のウエハーを含む。
本発明のＳｉＣブール、ＳｉＣウエハー、およびそれらのウエハーから製造されたマイクロエレクトロニクスの実施形態は、とりわけ、ダイオード、広帯域増幅器、軍事通信、レーダー、通信、データリンクおよび戦術データリンク、ｓａｔｃｏｍおよびポイントツーポイント無線パワーエレクトロニクス、ＬＥＤ、レーザー、照明、センサーにおける用途および利用が可能である。加えて、これらの実施形態は、ＨＥＭＴベースのモノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）を含む高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）などのトランジスタにおける用途および用途を見出すことができる。これらのトランジスタは、分散（進行波）アンプ設計アプローチを採用でき、ＳｉＣのバンドギャップが大きいため、小さなフットプリントで非常に広い帯域幅を実現できる。したがって、本発明の実施形態は、本発明の方法、蒸着技術、およびポリマー由来のＳｉＣ、ＳｉＣブール、ＳｉＣウエハー、およびこれらのウエハーから製造されたマイクロエレクトロニクスから製造される、またはそれらに基づくこれらのデバイスおよび物品を含む。
ポリシロカルブ由来のＳｉＣ、特に高純度ＳｉＣの実施形態は、とりわけ、エレクトロニクス、ソーラー、および送電産業および用途での使用に有利かつ望ましいものにする多くの独特の特性を有する。これらは非常に安定した半導体材料として機能し、高出力、高周波、高温、腐食性の環境および用途を含むいくつかの要求の厳しい用途に適している。ポリマー由来のＳｉＣは、ヤング率が４２４ＧＰａの非常に硬い材料である。それは本質的に化学的に不活性であり、室温でいかなる材料とも反応しない。
本発明の実施形態は、高純度ＳｉＯＣおよびＳｉＣ、例えばパック、練炭、レンガ、ブロック、錠剤、丸薬、プレート、ディスク、正方形、ボール、ロッド、ランダムな形状などの体積構造の形態の高純度ＳｉＯＣおよびＳｉＣを提供する能力を有している。これらの体積形状物には、大体、１／３２ｉｎ３（インチ３）以上、１／１６ｉｎ３以上、１／８ｉｎ３以上、１／４ｉｎ３以上、約１／１６ｉｎ３から約１ｆｔ３、より大きな体積およびより小さな体積、ならびにこれらの寸法の範囲内のすべての値の幅広いサイズを有し得る。容積構造の実施形態は、硬く、構造的に堅固であるか、または柔らかく、砕けやすいものであり得る。ディスク、プレート、ピル、および他のよりほぼ平らな体積構造の場合、最大表面の面積（つまり、厚さではなく幅）は約１／３２ｉｎ２以上、または約１／１６ｉｎ２以上、約１／８ｉｎ２以上、約１／４ｉｎ２以上、約１／２ｉｎ２以上、約１ｉｎ２以上、および以上または約２ｉｎ２、および約１／４ｉｎ２から約３ｉｎ２、約１／２ｉｎ２から約４ｉｎ２および約１／８ｉｎ２から約３／４ｉｎ２に等しいかそれいじょうとすることができる。これらの平面型体積形状物は、１／６４インチ未満、１／３２未満、１／２インチ未満、約１／１６インチから約３／４インチ、約１／８インチから約１／２インチ、１／８インチ以上、１／４インチ以上、これらの組み合わせとバリエーション、およびこれらの寸法の範囲内のすべての値の厚さを有することができる。。
好ましい実施形態では、体積形状物は、使用に適した強度、例えば取り扱いに耐える能力を有し、構造的に無傷のままであるため、輸送、開梱、およびブール成長蒸着装置に装填することができる。使用するバインダー、または他の接合プロセスに応じて、これらの体積形状物もかなり大きな強度を持つことができる。
ＳｉＣ体積構造の実施形態は、約１００ｋＰａから約１００ＭＰａ、約５００ｋＰａから約５００Ｍｐａ、約１００ｋＰａから約１ＧＰａ、約５０ｋＰａから約３００ＧＰａ、およびより大きい値およびより小さい値、および組み合わせ、これらのバリエーション、およびこれらのプロパティの範囲内のすべての値の弾性モジュールを有することができる。
ＳｉＣ体積構造の実施形態は、約１０Ｋｇ／ｍｍ２から約２，５００Ｋｇ／ｍｍ２、約１０Ｋｇ／ｍｍ２から約１，５００Ｋｇ／ｍｍ２、約１００Ｋｇ／ｍｍ２から約２，０００Ｋｇ／ｍｍ２、約１５０Ｋｇ／ｍｍ２から約１，０００Ｋｇ／ｍｍ２、約３００Ｋｇ／ｍｍ２から約１，７５０Ｋｇ／ｍｍ２、より大きな値とより小さな値、これらの組み合わせとバリエーション、およびこれらのプロパティの範囲内のすべての値の硬度を有することができる。
ＳｉＣ体積構造の実施形態は、約５ｋＰａから約１５ＭＰａ、約１０ｋＰａから約１０ＭＰａ、約１００ｋＰａから約１ＭＰａ、および約１０ｋＰａ以上、約１００ｋＰａ以上、約１ＭＰａ以上、およびより大きい値と小さい値、これらの組み合わせとバリエーション、およびこれらの特性の範囲内のすべての値の剛性を有することができる。
ＳｉＣ体積構造の実施形態は、約１ＭＰａから約３．５ＧＰａ、約１０ＭＰａから約２．５ＧＰａ、約５０ＭＰａから約１ＧＰａ、約５０ＭＰａから約７５０ＭＰａ、約１００ＭＰａから約２ ＧＰａ、約２００ ＭＰａから約８００ ＭＰａ、より大きな値とより小さな値、これらの組み合わせとバリエーション、およびこれらの特性の範囲内のすべての値の圧縮強度を有することができる。
より高い強度の実施形態とみなすことができるこれらの構造の実施形態では、これらのＳｉＣ体積構造は、約２００ＭＰａ未満、約１５０ＭＰａ未満、約７５ＭＰａ未満、および約１０ＭＰａ以下、未満の弾性率、及び約１，４００Ｋｇ／ｍｍ２未満、約８００Ｋｇ／ｍｍ２未満、約４００Ｋｇ／ｍｍ２未満、約１００Ｋｇ／ｍｍ２以下、未満の硬度、そして、約１，８５０ＭＰａ未満、約１，０００ＭＰａ未満、約７５０ＭＰａ未満、約２００ＭＰａ未満、約５０ＭＰａ未満、およびこれらの組み合わせおよびバリエーションの圧縮強度、これらの範囲内のすべての値のプロパティを有することができる。
これらのＳｉＣ体積構造は、以下を有することができる：約１００ＭＰａ以上、約２００ＭＰａ以上、および３００ＭＰａ以上の弾性率；約７００Ｋｇ／ｍｍ２以上、約１，０００Ｋｇ／ｍｍ２以上、約２，０００Ｋｇ／ｍｍ２以上の硬度；約５０ＭＰａ以上、約２００ＭＰａ以上、および約５００ＭＰａ以上の圧縮強度；これらの組み合わせおよびバリエーション、ならびにこれらの範囲のすべての値のプロパティ。
より低い強度を有すると見なすことができるこれらの容積構造の実施形態では、これらの実施形態は、より低いまたはより低い剛性値を有することができる。たとえば、１０ＭＰａ以下の剛性。この低強度構造の実施形態では、例えば炭化水素ワックスを使用することができ、例えばセラミックバインダーよりも剛性がかなり低い。
いくつかの実施形態では、概括的には、これらのＳｉＣ体積形状物は、その構造を構成するＳｉＣ材料よりも弱く、約４１０ＧＰａの弾性率、約２，８００Ｋｇ／ｍｍ２の硬度、および約３，９００ＭＰａの圧縮強度、これらの組み合わせとバリエーション、およびこれらの特性の範囲内のすべての値が報告されている。ヘリウムピクノメトリーによって測定されたＳｉＣの実際の密度は、約３．０〜３．５ｇ／ｃｃ、または約３．１〜３．４ｇ／ｃｃ、または約３．２〜３．３ｇ／ｃｃ、およびこれらの組み合わせとバリエーション、および、これらのプロパティの範囲内のすべての値を有している。ペレット、ピルなどのＳｉＣの体積形状物の実施形態の見掛け密度、または比重は、大幅に低くなる場合がある。
一実施形態では、ＳｉＣの体積形状物の質量は、好ましくは、そして典型的には、そのＳｉＣ実際の密度よりも低い見掛け密度を有し、例えば、ＳｉＣ顆粒の実際の密度は約３．１ｇ／ｃｃから３．３ｇ／ｃｃとなる。体積形状物（例えば、パック、ペレット、キューブ、ボール、ビーズ、ディスクまたはプレート）の見かけの密度は、約３ｇ／ｃｃ未満、約２ｇ／ｃｃ未満、約１ｇ／ｃｃ以下であり得るものであり、約０．５ｇ／ｃｃから約１．８ｇ／ｃｃ、約０．４ｇ／ｃｃから約２ｇ／ｃｃであり得る。ＳｉＣの粒子の嵩密度は、約３．０ｇ／ｃｃ未満、約２．０ｇ／ｃｃ未満、約１ｇ／ｃｃ未満、および約０．１ｇ／ｃｃから約２ｇ／ｃｃ、０．５ｇ／ｃｃから約１．５ｇ／ｃｃであり得る。見掛け密度（ａｐｐａｒｅｎｔ ｄｅｎｓｉｔｙ）と嵩密度（ｂｕｌｋ ｄｅｎｓｉｔｙ）を大きくしたり低くしたりすることも考えられる。さらに、ポリマー由来ＳｉＣの体積形状物の特定の、すなわち所定の正確な見掛け密度を提供して、後の製造プロセスに対して適合し、好ましくは強化し、より好ましくは最適化することができる。たとえば、ＰＶＴウエハー製造では、ＳｉＣ顆粒の体積形状物は、特定のＰＶＴ装置に適合するように特別に設計および調整された見掛け密度を持つことができる。このようにして、施設内の各ＰＶＴ装置は、カスタムフィードストックを持つことができ、これにより、体積、重量、充填率、かさ密度、タップ密度、見掛け密度などの所定の正確な特性を持つフィードストック（ＳｉＣの体積形状物など）を使用して各装置のパフォーマンスを最適化できる。
実施形態では、ＳｉＣの体積形状物は多孔性を有することができ、これは、好ましくはバインダーによって、またはバインダーとともに提供される。この多孔性は、好ましくは、開孔または実質的な開孔の多孔度である。このように、体積形状物は、通常、粒状のＳｉＣよりも実質的に大きな利用可能な表面積を提供する。これは、形状の構造に、たとえば顆粒が互いに詰まっているＳｉＣ粒子のゆるい山には存在しない細孔表面が含まれるためである。したがって、たとえば、ＳｉＣのディスクを蒸着プロセスで使用してＳｉＣブール（その後のＳｉＣウエハーへの変換用）を作成する場合、これらのＳｉＣディスクは、ＳｉＣ蒸気を生成するためのＳｉＣ蒸気が生じる表面積及びＳｉＣ蒸気の移動の経路が大幅に大きくなる。ＳｉＣ蒸気の移動については、このようなプロセスで粒状ＳｉＣを使用することで通常得られるものよりも多くなる。表面積の増加と経路の増加により、ＳｉＣブールの成長速度、ＳｉＣブール（したがって後続のウエハー）の品質、およびこれらの両方を向上させることができると理論付けられている。ＳｉＣの体積形状物、たとえばＳｉＣディスクは、粒状のＳｉＣ材料よりも取り扱い、測定、使用が簡単となる。
実施形態では、体積形状物は、熱分解炉から出されたＳｉＣの砕けやすい塊をばらばらにすることにより得られたＳｉＣの顆粒から作製することができる。これは体積形状物の作成に使用される顆粒のサイズを制御できる。これはまた、いくつかの実施形態において、バインダーの添加および混合プロセスのより大きな制御を提供する。
一実施形態では、ＳｉＣの砕けやすい塊は、好ましくは、そして典型的には、その実際の密度よりもかなり低い見掛け密度を有し、例えば、実際の密度は約３．２ｇ／ｃｃになる。一般に、もろい塊を粉砕することにより得られる粒状ＳｉＣは、本質的に例えば約３．１〜３．３ｇ／ｃｃを有する同一の見掛けおよび実際の密度を有する。
高純度ポリシロカブルＳｉＣの特徴は、ＳｉＣ塊、構造、物または体積形状物を成長または作成する他の技術の中でも、例えば、ＳｉおよびＣ源または出発材料、蒸着プロセス、システムおよび装置として使用するためのいくつかの利点および利益を提供する。例えば、高純度レベル、高純度レベル、粒子サイズ分布（形状、サイズ、および両方）を制御する能力；所定の粒度分布；体積形状物を持つ機能；所定の体積形状物（例：パック、ピル、ディスクなど）；多孔性を有し、多孔性を制御する能力；所定の多孔性；炭素の量を制御する能力；所定の炭素量（過剰すなわち化学量論量より多い、化学量論量未満すなわち欠乏状態、および化学量論量に等しい）；これらのプロパティと他のプロパティの組み合わせとバリエーション。本発明のさらなる利点が見られるが、蒸着プロセスにおけるこれらの利点には、ブールまたは他の構造を成長させる時間の短縮、洗浄前のより長い実行時間、装置を最適化する能力、より大きな直径のブールまたは他の構造を成長させる能力、品質を高める能力、ブールまたは他の構造からの問題のある領域、問題のある領域または問題のある発生（例えば、パイプ、閉塞、欠陥）を減らす能力、コストの削減、制御の向上プロセス全体、およびこれらの組み合わせとバリエーションが含まれる。
一実施形態では、ドーパントを材料に添加する必要がある場合、前駆体を介して添加することができ、したがって、ブールまたは他の構造への成長のための制御された方法および量で添加することができる。前駆体配合物の実施形態は、ドーパント、またはドーパントをセラミックにおよびその次に、変換されたＳｉＣに運んで結合する複合体を有することができ、それにより蒸着プロセスでドーパントが利用可能かつ使用可能な形態となる。
さらに、ドーパントまたは他の添加剤はポリマー由来のＳｉＣの実施形態から作られたウエハー、層および構造にカスタムまたは所定の特性を提供する。これらの実施形態では、そのような特性向上添加剤は、最終生成物に含まれる必要があるため、不純物とは見なされない。特性向上添加剤は、液体前駆体材料に組み込むことができる。特性強化添加剤の性質に応じて、それは前駆体の骨格の一部であるか、液体の前駆体に組み込むために複合体化されるか、複合体の一部であるか、または他の形態として（例えば、最終的な素材で意図したとおりに機能するような形式に）することを可能とする。特性向上添加剤は、コーティングとしてＳｉＣまたはＳｉＯＣ粉末材料に添加することも、処理中に蒸気またはガスとして添加することも、粉末状にしてポリマー由来のＳｉＣまたはＳｉＯＣ粒子と混合することもできる。一実施形態では、特性向上添加剤は、体積形状物のためのバインダーを含むか、その一部である。一実施形態では、特性向上添加剤は、体積形状物上のコーティングであり得る。さらに、特性向上添加剤が存在する形態および様式は、好ましくは、最終生成物の加工条件、加工時間、および品質に悪影響を最小限に抑え、より好ましくは悪影響を与えないようなものでなければならない。したがって、ポリシロカルブ由来のＳｉＣ、または５ナイン純度以上、６ナイン純度以上、７ナイン純度以上のＳｉＣ体積形状物は、ある量の特性向上添加剤を有することができる。これらの量は、約０．０１％から約５０％、約０．１％から約５％、約１％から約１０％、２５％未満、２０％未満、１０％未満および１％未満そして、添加剤およびそれが与えることを意図した所定の特性に応じて、より多い量およびより少ない量であり得る。
超純粋ポリマー由来ＳｉＣの使用、ＳｉＣの現在の体積形状物の使用、および本蒸着技術の使用は、他のＳｉＣ源、つまり非ポリマー由来のセラミックベースのＳｉＣから作られたブールおよびウエハーと比較すると、これらの超純粋なポリマー由来の材料から作られている個々におよび集合的に優れた品質を提供し、ブール、ウエハーおよび半導体の欠陥を低減する。本理論に拘束されるものではないが、例えばポリシロカルブ前駆体の液体ＳｉＯＣ出発材料から超純粋なＳｉＣを得るために使用されるポリマー由来のセラミックプロセスは、他のＳｉＣの供給源とは異なる特徴と形態を有する出発原料ＳｉＣを提供すると考えられている。。この違いにより、ポリマー由来のセラミック材料は、ＳｉＣのその他の供給源よりも気相成長法でかなり良好にプリフォームでき、さらに、本体積形状物および蒸着技術は、超純ポリマー由来のＳｉＣの利点からさらに恩恵を受け、相乗的に構築される能力を提供すると考えられている。さらに、ポリマー由来のセラミックＳｉＣを種結晶として使用すると、他のＳｉＣ種結晶よりもブールおよびウエハーの品質と製造効率のさらなる向上を達成できると考えられている。
したがって、超高純度ポリマー由来のＳｉＣの使用、ＳｉＣの本発明に係る体積形状物の使用、本発明に係る蒸着技術の使用は、それらの個々的にも集合的にも、（従来のＳｉＣ出発材料を使用した蒸着プロセスに存在していた）以下のプロパティと機能の少なくとも１つ以上、好ましくはすべての強化と改善、および以下の有害なプロパティまたは効果の少なくとも１つ以上、好ましくはすべての減少を可能とすることが考えられ、理論化される。
曲がり（Ｂｏｗ）：存在する可能性のある厚さの変動とは無関係に、ウエハーの中央表面の凹状または凸状の変形。曲がりは、直径が公称ウエハー直径より６．３５ｍｍ小さい円上に等間隔に配置された３点によって決定される基準面に対して、ウエハーの中心点で決定される。曲がりは、露出した表面の特性ではなく、ウエハーのバルク特性である。通常、曲がりは、自由な、クランプされていない位置にあるウエハーで決定される。（ワープと混同しないように。）
直径：平坦部または他の周辺基準領域を含まない円形シリコンウエハーのウエハーの中心を含む直線距離。
エッジ輪郭：研削またはエッチングによって成形されたウエハーエッジの断面輪郭。エッジは丸みを帯びているか、面取りされている。
平坦度：ウエハー表面について、真空により理想的に清浄なフラットチャックに引き下げられた場合のように、ウエハーの背面が理想的に平坦である場合の、特定の基準面に対するＴＩＲまたは最大ＦＰＤで表される前面の偏差。ウエハーの平坦度は、次のように説明できる：全体としての平坦度；すべてのサイトで測定されたサイトの平坦度の最大値；指定された値以下のサイトフラットネスを持つサイトの割合。
平坦度品質領域：指定された平坦度値が適用されるウエハーの表面の部分。平坦度品質領域は、エッジ除外領域、通常は幅３ｍｍの周辺環で最も頻繁に定義される。
焦点面：イメージングシステムの焦点を含むイメージングシステムの光軸に垂直な平面。
焦点面偏差（ＦＰＤ）：ウエハー表面上の点から焦点面までの光軸に平行な距離。全体的平坦度：指定された基準面に対する平坦度品質領域内のＴＩＲまたは最大ＦＰＤ。
最大ＦＰＤ：焦点面偏差の絶対値の最大値。
一次平面：特定の結晶面に対して方向付けられている最も長い長さの平面。メジャーフラットとも呼ばれる。
基準面：次のいずれかによって指定される面―ウエハーの前面の指定された位置にある３点；平面度品質領域内のすべてのポイントを使用して、前面に適合する最小二乗；サイト内のすべてのポイントを使用してウエハーの前面に適合する最小二乗；または理想的な裏面（ウエハーに接触する理想的に平坦なチャック表面に相当）。
二次平坦部：一次平坦部に対する角度位置がウエハーの導電率タイプおよび向きを特定する一次平坦部の長さよりも短い長さの平坦部。マイナーフラットとも呼ばれる。
サイト：ウエハーの前面上の長方形の領域で、その側面は主平面と平行であり、垂直であり、中心は平面品質領域内にある。
サイトの平坦度：平坦度の品質領域内にあるサイトの一部のＴＩＲまたは最大ＦＰＤ。
厚さ：前面と背面の対応するポイント間のウエハーを通る距離。
総計指示値（ＴＩＲ）：ウエハーの前面の指定された平坦度品質エリアまたはサイト内のすべてのポイントを囲む、両方が基準面に平行な２つの平面間の最小垂直距離。
総厚さ変動（ＴＴＶ）：スキャンパターンまたはウエハー上の一連のポイント測定中に遭遇する最大および最小厚さ値の差。
ワープ：スキャンパターン中に遭遇する基準面からのウエハーの中央表面の最大距離と最小距離の差。ワープはウエハーのバルク特性であり、露出表面の特性ではない。正中面は、上向きまたは下向きの曲率、またはその両方の領域を含む場合がある。一般に、ワープは、クランプされていない自由な位置にあるウエハーで決定される。（曲がり（ｂｏｗ）と混同しない。）
ユートドーピング：気相に意図的に添加されたドーパント以外のソースからのドーパントであり、成長中にエピタキシャル層に組み込まれる。
自動ドーピングバリア：エピタキシャル堆積中に基板の裏面からエピ層への不純物原子の輸送を妨げる膜または層。バックシールとも呼ばれる。
伝導率タイプ：シリコン中のキャリアの大部分の性質を定義する。電子が多数キャリアであるｎ型材料は、ドナードーパント不純物がシリコンに追加されると形成される。アクセプタードーパント不純物がシリコンに追加されると、正孔が多数キャリアであるｐ型材料が形成される。
結晶方位：シリコン結晶が成長する結晶軸。
転位：結晶のスリップ領域と非スリップ領域の境界を形成する結晶の線欠陥（ｌｉｎｅ ｉｍｐｅｒｆｅｃｔｉｏｎ）。
転位密度−露出したウエハー表面上の単位面積あたりの転位エッチピットの数。
転位エッチピット：優先エッチングに起因する、応力がかかった結晶格子または欠陥のある結晶格子の直近の領域に鋭く定義されたくぼみ。
ドーパント：周期表の第３列（ホウ素など）または第５列（リンやアンチモンなど）からの化学元素。シリコン結晶に意図的にトランス量で組み込まれ、導電型と抵抗率を確立する。 ＰタイプＢｏｒ０，００１―５０Ωｃｍ。Ｎ型リン０．１―４０Ωｃｍ、アンチモン０．００５―０，２５Ω、ヒ素＜０，００５Ωｃｍ。
外因性ゲッタリング：機械的手段またはシリコンウエハーの裏面へのポリシリコンまたは他の膜の堆積によって意図的に導入された結晶格子構造への制御された損傷または応力。
平面方位（一次）：理想的には一次平面の表面と一致する結晶面。一次平面は通常＜１１０＞面である。
ミラー指数：それぞれ、ｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸を有する結晶面の切片の逆数。たとえば、ｘ軸に垂直な立方体面は＜１００＞平面である。平面のファミリーは、波括弧で示される：たとえば、すべての立方体面は＜１００＞平面である。方向は、角かっこ内のミラーインデックスで示される。たとえば、ｘ軸は＜１００＞方向で、立方体の対角線は＜１１１＞方向である。方向のファミリーは角括弧で示される。たとえば、すべての立方軸は＜１００＞方向である。負の方向は、インデックス上のマイナス記号で示される。たとえば、負のｘ軸は＜−１００＞方向である。
多結晶シリコン（ポリシリコン、ポリ）：ランダムに配向した微結晶で構成され、大角粒界、双晶境界、またはその両方を含むシリコン。
放射状酸素変動：シリコンウエハー上に対称的に配置された１つ以上の点の平均酸素濃度とウエハー中心の酸素濃度の差。中心の濃度のパーセントで表される。特に指定がない限り、半径方向の酸素変動は、ウエハーの端から１０ ｍｍの２点での酸素濃度の平均を使用して決定される。放射状酸素の変動は、ウエハーの中心とエッジの中間のいくつかの対称点での酸素濃度の平均を使用して決定される場合がある。酸素勾配とも呼ばれる。
半径方向の抵抗率変動：シリコンウエハー上に対称的に配置された１つまたは複数の点の平均抵抗率とウエハー中心の抵抗率との差。中心部の抵抗率のパーセントとして表される。半径方向の抵抗率の変化は、２つの垂直な直径でウエハーのエッジから６ ｍｍの４点の平均抵抗率を使用して決定できる。半径方向の抵抗率の変動は、同じ直径のウエハーの中心とエッジの中間の４点での抵抗率の平均を使用して決定されることがある。抵抗率勾配とも呼ばれる。
抵抗率（オーム・ｃｍ）：電流密度に対する電流と平行な電位勾配（電界）の比。シリコンでは、ドーパント不純物を加えることにより抵抗率が制御される。ドーパントを追加すると、抵抗率が低くなる。
スリップ：結晶の一部が、シリコンの結晶化度を保持する方法で、別の部分に対してせん断変位を受ける塑性変形のプロセス。優先的なエッチングの後、スリップは、必ずしも相互に必要ではない１ミリメートルあたり１０以上の転位エッチピットの１つ以上の平行な直線のパターンによって証明される。＜１１１＞表面では、線のグループは互いに６０度傾いている。＜１００＞表面では、それらは互いに９０°傾斜している。
積層欠陥：結晶中の原子の通常の積層シーケンスからの逸脱に起因する二次元欠陥。バルク結晶内に存在し、（通常、基板表面の汚染または構造的に不完全な結果）エピタキシャル堆積中に成長する可能性がある。または酸化中に発生する。＜１１１＞表面では、選択的エッチングによって閉じたまたは部分的な正三角形として積層欠陥が明らかになる。＜１００＞表面では、積層欠陥は閉じた正方形または部分的な正方形として現れる。
ストリエーション：不純物濃度の局所的変動に関連するシリコンウハーの表面上のらせん状の形態。このような変動は、結晶成長中に回転する固液界面で発生するドーパント取り込みの周期的な違いによるもので、縞模様は、選択的なエッチング後に肉眼で見ることができ、１００倍の倍率で連続しているように見える。
表面下の損傷：研磨されたシリコン表面の優先エッチング後にのみ明らかな残留結晶学的欠陥。このような損傷は通常、ウハーの機械的処理によって引き起こされると考えられている。
双晶：双晶面または双晶境界として知られるコヒーレントな平面界面を横切る鏡像として向きが互いに関係する２つの部分からなる結晶。シリコンでは、この面は＜１１１＞面である。ツインとも呼ばれる。
ウエハー方向：ミラー指数に関して記述される結晶面であり、ウエハーの表面は理想的に一致する。一般に、ウハーの表面は、成長軸に垂直な低屈折率面と数度以内に対応する。そのような場合、方位は、研磨されたウハー表面からの低屈折率結晶面の角度偏差αの観点から説明することができる。
チップ：ウエハーの表面またはエッジから材料が除去された領域。チップのサイズは、試料の輪郭の正射影投影で測定される最大半径方向深さと周辺弦長によって定義される。クラムシェル、コンコイド破壊、エッジチップ、フレーク、ニック、周辺チップ、周辺インデント、および表面チップとしても知られている。
汚染：ウエハー表面の肉眼で見える異物の広いカテゴリ。ほとんどの場合、ガスの吹き飛ばし、洗剤洗浄、または化学作用により除去可能である。微粒子汚染、汚れも参照。
亀裂：ウエハーの表面まで伸び、ウエハーの厚さ全体を通過してもしなくてもよい裂開。亀裂とも呼ばれる。フラクチャー（ｆｒａｃｔｕｒｅ）も参照。
クレータリング：滑らかな中央領域を持つ不規則な閉じた尾根の表面テクスチャ。カラスの足（ｃｒｏｗ′ｓ−ｆｏｏｔ）： ＜１１１＞表面の「カラスの足」（Ｙ）と＜１００＞表面の十字（＋）に似たパターンの交差する亀裂。
くぼみ（ｄｉｍｐｌｅ）：ウエハー表面上の直径３ｍｍより大きい滑らかな表面くぼみ。
フラクチャー：点から放射状に伸びる単一または複数の線状亀裂。
溝：縁が丸い浅いスクラッチ。通常、研磨中に完全に除去されないスクラッチの残り。
ヘイズ：ピット、マウンド、小さな隆起またはスクラッチ、粒子などの微細な表面不規則性の集中による光散乱に起因する曇りまたはかすんだ外観。
埋め込まれた砥粒：シリコンウハーの表面に機械的に押し込まれた砥粒。このタイプの汚染は、スライス、ラッピング、または研磨中に発生する可能性がある。
インデント：シリコンウハーの前面から背面まで広がるエッジ欠陥。
光点欠陥（ＬＰＤ）：ウエハーがウエハー表面に対して垂直に保持された狭ビーム光源によって照明されるときに見られる反射光の個々の微細な点。
マウンド：１つ以上のファセットを備えた不規則な形状の突起。マウンドは、バルク材料の拡張またはさまざまな形態の汚染、あるいはその両方。高密度のマウンドもヘイズとして表示される場合がある。
オレンジピール：オレンジ色の皮膚に似た大きな特徴の粗い表面。蛍光灯下では肉眼で見えるが、通常は狭ビーム照明下では見えない。
微粒子汚染：塵、糸くず、またはウエハーの表面に残り、表面から突出する他の材料などの粒子を含む汚染の形態。通常、清潔で乾燥した窒素で表面から吹き飛ばされることがある。
ピット：窪みの傾斜した側面が明確な態様でウエハー表面に出会う表面の窪み（ディンプルの丸い側面とは対照的に）。
鋸刃の欠陥：鋸刃の移動に特徴的なパターンで研磨した後に見える粗い領域。化学研磨の前に識別できる場合がある。ソーマークとも呼ばれる。
スクラッチ：確立された表面の平面の下にある浅い溝または切り込みで、長さと幅の比が５：１より大きい。マクロスクラッチの深さは＝０．１２umであり、白熱灯（狭ビーム）と蛍光灯の両方で肉眼で見ることができる。マイクロスクラッチの深さは＜０．１２umで、蛍光灯照明下では肉眼では見えない。
スパイク：エピタキシャル層の表面のくぼみの中心にしばしば生じる、高くて薄い樹枝状結晶または結晶フィラメント。
染色：有機物または塩などの外来化学化合物を含む縞、汚れ、または斑点などの汚染の形態。
スレッディングエッジ転位（ＴＥＤ）。
ねじ切りスクリュー転位（ＴＳＤ）。
基本計画転位（ＢＰＤ）。
マイクロパイプ。
ブール内のマクロ欠陥。
炭素含有物
シリコン液滴
空隙
以下の特徴を有するウエハーは、ポリマー由来の超純粋なＳｉＣ材料を用いて作製することができる。

ＳＳＰ＝片面研磨、ＤＳＰ＝両面研磨、Ｅ＝エッチング、Ｃ＝ＡｓＣｕｔ、Ｌ＝ラップ、Ｕｎｄ＝非ドープ（本質的）
ＳｉＣ粉末を体積形状物にするための追加の実施形態があり得ることが理論化される：成長チャンバー内の挿入物としてグラファイト部品またはグラファイト発泡体を使用して、粉末を特定の幾何学的形状（例えば、スペーサ）に押し込む；水または他の高純度の揮発性液体を使用して「湿った砂」を作り、「砂の城」型を使用して成長チャンバー内の形状を作成する；次に、ブールを成長させる前に揮発性液体を穏やかに蒸発させる；多孔質カーボンまたは多孔質ＳｉＣで作られた透過性の犠牲型（例：互換性のある材料で作られたＫ−ＣＵＰ）。
例（Ｅｘａｍｐｌｅｓ）
以下の実施例は、本発明のシステム、プロセス、配合物、用途および材料の様々な実施形態を例示するために提供される。これらの例は、例示を目的とするものであり、本発明の範囲を制限するものとみなされるべきではない。実施例で使用されるパーセンテージは、特に明記しない限り、全体の重量パーセント、例えば、配合物、混合物、生成物、または構造である。使用法Ｘ／ＹまたはＸＹは、特に明記されていない限り、配合物中のＸの％およびＹの％を示す。使用法Ｘ／Ｙ／ＺまたはＸＹＺは、特に明記されていない限り、配合物中のＸの％、Ｙの％、およびＺの％を示す。
例１
混合タイプの方法を使用するポリシロカルブ配合物が処方される。この配合物は、室温で、４１％ＭＨＦと５９％ＴＶを混合することによって作成される。この前駆体配合物は、水素化物０．６８モル、ビニル０．６８モル、およびメチル１．３７モルを有する。前駆体配合物は、配合物１００ｇに基づいて、以下のモル量のＳｉ、ＣおよびＯを有する。
計算されるように、この配合物から誘導されたＳｉＯＣは、すべてのＣＯが除去された後、計算された１．３７モルのＣを有し、０％過剰のＣを有する。この材料は、次いで、セラミックに熱分解され、さらにＳｉＣ粒子に変換され、パックにされる。
例２
混合型方法を使用するポリシロカルブ配合物が処方される。この配合物は室温で９０％メチル末端フェニルエチルポリシロキサンを一緒に混合することにより作成される。この前駆体配合物は、１．０５モルの水素化物、０．３８モルのビニル、０．２６モルのフェニル、および１．１７モルのメチルを含む。前駆体配合物は、配合物１００ｇに基づいて、以下のモル量のＳｉ、ＣおよびＯを有する。
計算されるように、この配合物から得られたＳｉＯＣは、すべてのＣＯが除去された後、計算された２．３１モルのＣを有し、９８％過剰のＣを有する。この材料は、セラミックに熱分解され、さらに過剰なＣを持つＳｉＣ粒子に変換され、パックに形成される。
出発材料および出発体積形状物中の過剰な炭素、はいくつかの実施形態により得ることができる。たとえば、過剰な炭素は、ＰＤＣ経路を通し残留Ｃが過剰な配合物から得ることができる。たとえば、過剰なＣを備える配合物（たとえば、ＤＣＰＤタイプの配合物）を使用すると、＞１６００°への完全な熱分解の後、平衡相としてＳｉＣおよびＣが生成される。別の実施形態では、硬化および熱分解の前に液体ＰＤＣ配合物にＣ粉末またはＣ含有種を添加することにより、過剰なＣを得ることができる。別の実施形態では、過剰な遊離Ｃを有するＳｉＯＣ顔料を体積形状物に追加することができる。さらに、パック形成でＣに分解するバインダーを使用することができる。また、配合物により多くのＣを組み込むためにバインダーに組み合わせたＣ含有粉末を用いることができる。
例３
混合タイプの方法を使用するポリシロカルブ配合物が処方される。配合物は、室温で７０％のメチル末端フェニルエチルポリシロキサン（１４％のＸを含む）と３０％のＴＶを混合することによって作成される。この前駆体配合物は、０．９３モルの水素化物、０．４８モルのビニル、０．１３モルのフェニル、および１．２８モルのメチルを含む。この前駆体配合物は、配合物１００ｇに基づいて、以下のモル量のＳｉ、ＣおよびＯを有する。
計算されるように、この配合物から得られたＳｉＯＣは、すべてのＣＯが除去された後、計算された１．７７モルのＣを有し、３８％過剰のＣを有する。この材料は、次いで、セラミックに熱分解され、さらにＳｉＣ粒子に変換される。ＳｉＣ粒子は過剰なＣを持ち、パックにされる。これらの非化学量論的配合物（すなわち、Ｓｉ：Ｃモル比は１：１ではない）の一部では、過剰な炭素を含むため、出発物質の実際の密度は＜３．２１ｇ／ｃｃになる。
例４
混合タイプの方法を使用するポリシロカルブ配合物が処方される。配合物は、室温で５０％メチル末端フェニルエチルポリシロキサン（２０％Ｘを含む）と５０％ＴＶを一緒に混合することによって作成される。この前駆体配合物は、０．６７モルの水素化物、０．６８モルのビニル、０．１０モルのフェニル、および１．２５モルのメチルを有する。前駆体配合物は、配合物１００ｇに基づいて、以下のモル量のＳｉ、ＣおよびＯを有する。
計算されたように、この配合物から得られたＳｉＯＣは、すべてのＣＯが除去された後、計算された１．９３モルのＣを有し、５５％過剰のＣを有する。この材料は、その後、セラミックに熱分解され、さらにＳｉＣ粒子に変換され、過剰なＣを持ち、パックにされる。
例５
混合型方法を使用するポリシロカルブ配合物が処方される。配合物は、室温で６５％のメチル末端フェニルエチルポリシロキサン（４０％のＸを含む）と３５％のＴＶを一緒に混合することによって作成される。この前駆体配合物は、０．６５モルの水素化物、０．６６モルのビニル、０．２５モルのフェニル、および１．０６モルのメチルを含む。前駆体配合物は、配合物１００ｇに基づいて、以下のモル量のＳｉ、ＣおよびＯを有する。
計算されるように、この配合物から得られたＳｉＯＣは、すべてのＣＯが除去された後、計算されたＣの２．８１モルを有し、１６６％過剰のＣを有する。この材料は、次いで、セラミックに熱分解され、さらにＳｉＣ粒子に変換され、過剰なＣを持ち、パックにされる。
例６
混合タイプの方法を使用するポリシロカルブ配合物が処方される。配合物は、室温で６５％ＭＨＦと３５％ジシクロペンタジエン（ＤＣＰＤ）を混合することで作成される。この前駆体配合物は、１．０８モルの水素化物、０．５３モルのビニル、０．０モルのフェニル、および１．０８モルのメチルを含む。前駆体配合物は、配合物１００ｇに基づいて、以下のモル量のＳｉ、ＣおよびＯを有する。
計算されたように、この配合物から得られたＳｉＯＣは、すべてのＣＯが除去された後、計算された２．６５モルのＣを有し、１４４％過剰のＣを有する。この材料は、次いで、セラミックに熱分解され、さらにＳｉＣ粒子に変換され、過剰なＣを持ち、パックにされる。
例７
混合タイプの方法を使用するポリシロカルブ配合物が処方される。この配合物は、室温で８２％ＭＨＦと１８％ジシクロペンタジエン（ＤＣＰＤ）を混合することで作成される。この前駆体配合物は、１．３７モルの水素化物、０．２７モルのビニル、０．０モルのフェニル、および１．３７モルのメチルを含む。前駆体配合物物は、配合物１００ｇに基づいて、以下のモル量のＳｉ、ＣおよびＯを有する。
計算されるように、この配合物から得られたＳｉＯＣは、すべてのＣＯが除去された後、計算された１．３７モルのＣを有し、０％過剰のＣを有する。この材料は、次いで、セラミックに熱分解され、さらにＳｉＣ粒子に変換され、化学量論的なものでありパックにされる。
例８
混合タイプの方法を使用するポリシロカルブ配合物が処方される。配合物は、室温で４６％ＭＨＦ、３４％ＴＶ、２０％ＶＴを混合することにより作成される。この前駆体配合物は、０．７７モルの水素化物、０．４０モルのビニル、０．０モルのフェニル、および１．４３モルのメチルを含む。前駆体配合物は、配合物１００ｇに基づいて、以下のモル量のＳｉ、ＣおよびＯを有する。
計算されるように、この配合物に由来するＳｉＯＣは、すべてのＣＯが除去された後、計算された０．５３モルのＣを有し、６３％のＣ欠乏を有する。次に、この材料は熱分解されてセラミックになり、さらにＣが不足したＳｉＣ粒子に変換され、パックにされる。
Ｓｉに富む配合物は、例えば、存在する酸素および存在するシリコンに関して、Ｃ欠乏の出発材料または出発パック（例えば、その前駆体材料としてＭＨＦのみから誘導されるＳｉＯＣセラミック）を有することにより得ることができる。蒸着プロセス中のどちらが制限試薬であるかによって、残りはＳｉ−ＣとＣで、ＳｉＯ２＋Ｃは反応してＳｉＣ＋Ｃを形成し、または、ＳｉＯ２＋Ｃが不完全に反応して（装置から出る）Ｓｉ−ＯとＳｉおよびＳｉＣを形成する。別の実施形態では、出発材料または出発パックは、形状を作るためにＳｉＣ＋Ｓｉ粉末＋バインダーとして処方される。これにより、Ｓｉリッチな出発材料が得られる。
例９
混合型の方法を使用するポリシロカルブ配合物が処方される。配合物は、室温で７０％ＭＨＦ、２０％ＴＶ、１０％ＶＴを混合することで作成される。この前駆体配合物は、１．１７モルの水素化物、０．２３モルのビニル、０．０モルのフェニル、および１．５３モルのメチルを含む。この前駆体配合物は、配合物１００ｇに基づいて、以下のモル量のＳｉ、ＣおよびＯを有する。
計算されるように、この配合物に由来するＳｉＯＣは、すべてのＣＯが除去された後、計算された０．３３モルのＣを有し、７８％のＣ欠乏を有する。次に、この材料は熱分解されてセラミックになり、さらにＣが不足したＳｉＣ粒子に変換され、パックにされる。
例１０
約１００グラムのポリシロカルブ配合物が作られる。配合物を室温で１５分間ブレンドし、次いで１％触媒を加え、混合物をさらに１０分間撹拌する。この触媒は、短鎖ビニル末端ポリシロキサン中に１０ｐｐｍのＰｔを有する。
配合物は、テフロン（登録商標）（ＰＴＦＥ、ポリテトラフルオロエチレン）でコーティングされたアルミニウム箔パンに注がれ、アルゴンまたは空気中で９０℃で２．５時間硬化される。
硬化したポリマーは、セラミックボート（例えば、長さ３．５インチ×幅２．５インチ×深さ５／８インチのるつぼ）に適合するサイズに機械的に破壊され、セラミックボートに入れられる。硬化ポリマーを含むセラミックボートは、次のように、５００ｃｃ／ｍｉｎで流れるアルゴンガスで満たされたステンレス鋼レトルト内で加熱される。
・８２．２°Ｃ／ｈｒの加熱速度で室温から８２．２°Ｃまで、８２．２°Ｃで１時間保持。
・４８．９°Ｃ／ｈｒの加熱速度で８２．２°Ｃから１８２°Ｃ、１８２°Ｃで１時間保持。
・４８．９°Ｃ／ｈｒの加熱速度で１８２°Ｃから２１０°Ｃ、２１０°Ｃで２時間保持。
・加熱速度１１５．６°Ｃ／ｈｒで２１０℃から１，１００℃、１，１００℃で２時間保持。そして、
・開く前に炉を２０４．４°Ｃに冷却。
熱分解された材料は、粉末状または塊状でグラファイトボートに置かれる。グラファイトボートを、断熱材とキャップの２つのエンドブロックを備えたアルミナチューブ炉に入れて、ガスの流入と消耗ガスの流出を可能にする。５０ｃｃ／ｍｉｎの流量のアルゴンガスが管状炉を通して流す。次に、材料を１０時間かけて１，６５０℃に加熱し（約３℃／ ｍｉｎの加熱速度）、この温度でさらに１０時間保持する。次に、炉を５時間かけて７００℃までゆっくりと冷却し、さらに炉をさらに冷却し、温度が少なくとも３００℃を下回った段階で、エンドキャップを取り外す。
得られたポリシロカルブ由来のＳｉＣを炉から取り出す。
次いで、ＳｉＣは、ＳｉＣ粉末に溶融混合されたワックスバインダーの溶融温度よりも高い温度で円筒形ダイ内でプレスすることによりディスクに形成される。ダイは、ＰＶＴ成長のために、プレスおよび焼結された粉末の単一のモノリスをるつぼに滑り込ませることができるようなサイズにすることができる。ダイは、るつぼに注ぐディスクの「チップ」を生成するサイズにすることもできる。
例１１
ポリシロカルブ配合物は、特にＡｌ、Ｆｅ、およびＢを含むすべての潜在的不純物を本質的に除去するように洗浄されたガラス器具を使用してクリーンルーム環境で作られる。配合物は室温で約１０〜２０時間ブレンドされる。次に、０．２５％から２％の触媒溶液を加え、混合物をさらに１０分間攪拌する。触媒溶液のＰｔは１０ ｐｐｍであり、最終的な触媒された配合物のＰｔは１０〜５０ｐｐｂとなる。
クリーンルーム環境では、配合物をＰＦＡ（パーフルオロアルコキシポリマー）ボトルまたはジャーに入れ、アルゴンでパージし、蓋を閉める。配合物は、７５℃〜１６０℃で１．５時間〜４時間硬化する。
クリーンルーム環境では、硬化ポリマーはセラミックるつぼに入れられる。次に、充填したるつぼをセラミックキャップで覆い、５００ｃｃ／ｍｉｎで流れるアルゴンガスを充填したセラミックレトルトに入れる。るつぼ、炉および関連するすべての装置および機器は清潔であり、本質的に汚染されていない。特に、ＡｌまたはＢの供給源を提供しないようなものとされる。るつぼは、次のように、約３０°Ｃから約１８０°Ｃ／ｈｒの速度で加熱される。
・１８０°Ｃ／ｈｒの加熱速度で１，０００°Ｃまでの室温、１，０００°Ｃで２時間保持、そして
・開く前に炉を２０４．４°Ｃに冷却する。
熱分解された材料は、グラファイトボートに置かれるが、この熱分解された材料は粉末状または塊状である。グラファイトボートを、断熱材とキャップの２つのエンドブロックを備えたアルミナチューブ炉に入れて、ガスの流入と廃ガスの流出を可能にする。（グラファイトボックス炉、ＲＦ炉、または他のタイプの適切な加熱装置を使用できる。）るつぼ、炉および関連するすべての装置および機器は清潔であり、本質的に汚染されていない。特に、Ａｌ、Ｆｅ、またはＢの供給源を提供しないようなものとされる。アルゴンガスを５０ｃｃ／ｍｉｎの速度で管状炉に流す。次に、材料を７〜１５時間にわたって（約３°Ｃ／ｍｉｎの加熱速度で）１，４００〜１，６５０℃に加熱し、この温度でさらに１０時間保持する。次に、炉を５時間かけて７００℃までゆっくりと冷却し、さらに炉をさらに冷却し、少なくとも３００℃を下回る段階でエンドキャップを取り外す。
得られたポリシロカルブ誘導ＳｉＣを炉から取り出す。
例１２ａ
次に、実施例１１のＳｉＣは、１０重量％の未使用のポリシロカルブ前駆体と混合し、この樹脂によって均一に濡れるまで混合することにより、実施例１３〜２８の体積形状物に形成される。次に、コールドプレスとダイを使用して、このペーストを型に押し付ける。形状をダイから取り外し、カーボンるつぼに入れ、るつぼを黒鉛炉に入れ、少なくとも１時間加熱して１７５０℃にする。サンプルは、比重３．２１ｇ／ｃｃの扱いやすい形状となる。
例１２ｂ
次に、実施例１１のＳｉＣは、１４重量％のバージンポリシロカルブ前駆体と混合し、この樹脂で均一に濡れるまで混合することにより、実施例１３〜２８の体積形状物に形成される。次に、コールドプレスとダイを使用して、このペーストを型に押し付ける。形状をダイから取り外し、カーボンるつぼに入れ、るつぼを黒鉛炉に入れ、少なくとも１時間加熱して１７５０℃に。サンプルは、比重３．２１ｇ／ｃｃの扱いやすい形状となる。
１２Ｃ
次に、実施例１１のＳｉＣは、２０重量％のバージンポリシロカルブ前駆体と混合し、この樹脂で均一に濡れるまで混合することにより、実施例１３〜２８の体積形状物に形成される。次に、コールドプレスとダイを使用して、このペーストを型に押し付ける。形状をダイから取り外し、カーボンるつぼに入れ、るつぼを黒鉛炉に入れ、少なくとも１時間加熱して１７５０℃に。サンプルは、比重３．２１ｇ／ｃｃの扱いやすい形状となる。
例１２Ｄ
次に、実施例１１のＳｉＣは、３０重量％の未使用のポリシロカルブ前駆体と混合し、樹脂によって均一に濡れるまで混合することにより、実施例１３〜２８の体積形状物に形成される。次に、コールドプレスとダイを使用して、このペーストを型に押し付ける。形状をダイから取り外し、カーボンるつぼに入れ、るつぼを黒鉛炉に入れ、１７５０℃に少なくとも１時間加熱する。サンプルは、比重３．２１ｇ／ｃｃの扱いやすい形状となる。
例１３
図１Ａから１Ｄでは、平坦な上部２、側面３、および平坦な底部を有するシリンダー１の形態の体積形状物が示されている。この実施形態では、形状は約４インチの高さと約６インチの直径を有する。例えば、約１から６インチの高さおよび約２から１２インチの直径、そして高さ約１／２〜７インチ、直径約１／２〜約１７インチを含む、この形状の他のサイズも考えられる。
例１４
図２Ａから図２Ｄでは、平坦な底部２０３と頂部２０１に環状孔２０４とを有する円筒形の体積形状物２００が設けられている。環状開口部２０４は底部を有し、体積形状物２００を完全には貫通しない。体積形状物２００は、側面２０２を有する。形状は、約３インチの高さおよび４インチの直径を有する。環状開口部の直径は約１．５インチ。図２Ｄには、このタイプの形状の断面図が示されている。概略図が軸２００の周りを回転して３−Ｄ形状を提供することが理解される。例えば、約１から６インチの高さおよび約２から１２インチの直径、そして約１／２〜７インチの高さ、約１／２〜約１７インチの直径を含む、この形状の他のサイズも考えられる。
例１５
図３Ａ〜３Ｆでは、上部３０１に形成された球形開口部３０３および底部３０４に形成された球形開口部３０５を有する円筒形の体積形状物が示されている。この形状は、側面３０２を有する。高さは４インチ、直径は約４ 3/4インチ、開口部の直径は約３ 3/4インチ。図３Ｆでは、このタイプの形状の断面概略図が提供されている。概略図は軸３００を中心に回転して３−Ｄ形状を提供することが理解される。例えば、約１から６インチの高さおよび約２から１２インチの直径、そして約１／２〜７インチの高さ、約１／２〜約１７インチの直径を含む、この形状の他のサイズも考えられる。
この実施形態（および他の実施形態）では、開口部は軸と同軸である。開口部は軸から外れていてもよく、例えば、体積形状物の軸と同じ軸上になくてもよいことが理解される。
例１６
図４Ａから４Ｆには、平坦な上部４１０および平坦な底部４１３を有する円錐形の体積形状物が示されている。上部４１０には、角度のある環状開口部４１４またはチャネルが形成されている。体積形状物は側面４１２を有する。上部の直径は約４１／８インチであり、下部の直径は約４３／８インチである。高さは約２．５インチ。環状チャネルは、約１／２インチの開口幅を有し、約１インチ下方に延びている。図４Ｆには、このタイプの形状４００の断面概略図が示されている。この概略図は、３次元形状を提供するために軸４０１を中心に回転されることが理解される。角度付き環状チャネルは、二重矢印４１０で示される長さ、二重矢印４１１で示される幅を有する。環状チャネル４１４の角度４０５は、線４０２（チャネルの断面の中心線）と軸４０１との間に形成される角度によって決まる。図４Ｆのこの角度４０５は６０°であり、実施形態では、約８９°〜約０°、好ましくは約８０°〜約４０°の範囲であり、これらの組み合わせおよびバリエーション並びにすべてこの形状の他のサイズを含む。例えば、約１〜６インチの高さおよび約２〜１２インチの直径、そして約１／２〜７インチの高さおよび１／２から約１７インチの直径、これらの組み合わせとバリエーション、およびこれらの次元の範囲内のすべての値を含むことが考えられる。
例１７
図５Ａから５Ｆでは、平坦な上部５０１および平坦な底部５０３を有する円錐形状が示され、上部５０１および底部５０３は開口部５０２、５０４を有する。形状は、例えば側壁または側面または外側側面などの側面５０５を有する。開口部は、（図５Ｆに示す）球状、（図５Ａから５Ｅに示す）平坦な底部を有する円錐形または円錐形であり得る。上部の直径は約３．５インチで、下部の直径は約５インチ。側壁の長さは約２７／８インチ。図５Ｆには、このタイプの形状の断面概略図が示されている。概略図が軸５００を中心に回転して３−Ｄ形状を提供することが理解される。例えば、約１から６インチの高さおよび約２から１２インチの直径そして高さは約１／２〜７インチ、直径は約１／２〜約１７インチを含む、この形状の他のサイズも考えられる。
例１８
図６Ａから図６Ｄでは、平坦な上部６０１および平坦な底部６０３を有する円錐形状が示されており、底部６０３は開口６０４を有する。形状は側面６０７を有する。開口６０４は円錐側壁６０４ａ、平坦な底面６０４ｂを有する。実施形態では、開口部は他の形状であり得る。下部の直径は約５１／２インチで、上部は約３インチです。開口部の直径は約２ １／８インチです。高さは約２３／８インチ。図６Ｄには、このタイプの形状の断面概略図が示されている。概略図が軸６００を中心に回転して３−Ｄ形状を提供することが理解される。例えば、約１から６インチの高さおよび約２から１２インチの直径、高さ約１／２〜７インチ、直径約１／２〜約１７インチこれらの組み合わせとバリエーション、およびこれらのサイズの範囲内のすべての値を含む他のサイズが考えられる。
例１９
図２０Ａ〜２０Ｃでは、平坦な上部２００１と平坦な底部２００３と、側壁２００５とを有する円錐形状が示されている。形状は、上部、底部、または側面に表面開口部がない。上部の直径は約３3/4mインチで、下部の直径は約４1/4インチで高さは２ 1/2インチである。例えば、約１から６インチの高さおよび約２から１２インチの直径、そして約１／２〜７インチの高さ、約１／２〜約１７の直径を含む他のサイズも考えられる。
例２０
図７には、円筒形状の断面概略図が示されている。形状は、上部７０１、側面７０５、および底部７０３を有する。底部は開口部７０４を有する。概略図は、軸７００を中心に回転して３Ｄ形状を提供することが理解される。例えば、高さ１／２〜７インチおよび直径約１／２〜約１７インチを含む他のサイズも考えられる。
例２１
図８には、上部開口部を備えた円錐形状の断面概略図が示されている。形状は、平坦な上部８０１、平坦な底部８０３、および側壁または外壁８０５を有する。形状の高さの少なくとも４０％、少なくとも５０％、少なくとも６０％、および少なくとも８０％下方に延びる開口部８０２が上部８０１にある。開口部８０２は、円筒状の側壁８０２ａと、円形の底面８０２ｂとを有する。概略図は、軸８００を中心に回転して３−Ｄ形状を提供することが理解される。例えば、高さ１／２〜７インチおよび直径約１／２〜約１７インチを含む他のサイズも考えられる。
例２２
図９には、中央貫通開口部９０２を備えた円筒形状の断面概略図が示されている開口部９０２は、形状の上部から底部まで延びている。このように、形状は環状と見なすことができる。概略図が軸９００を中心に回転して３−Ｄ形状を提供することが理解される。例えば、高さ１／２〜７インチおよび直径約１／２〜約１７インチを含む他のサイズも考えられる。
例２３
図１０には、中央貫通開口部を備えた円錐形状の断面概略図が示されている。形状は、平坦な上面１００１、平坦な底面１００３、および側壁１００２を有する。形状は、上面１００１および底面１００３の表面を通って延びる中央開口部１００５を有する。開口部１００５ａは、側壁１００５ａを有する。開口部１００５には底部がない。概略図は軸１０００を中心に回転して３−Ｄ形状を提供することが理解される。例えば、高さ１／２〜７インチおよび直径約１／２〜約１７インチを含む他のサイズも考えられる。
例２４
図１１には、上部開口部と下部開口部を備えた円筒形状の断面概略図が示されている。この形状は、円錐形の側壁１１０２ａおよび円形の底面１１０２ｂを有する上部開口部１１０２を有する。形状は、円錐形の側壁１１０３ａおよび底面１１０３ｂを有する底部開口部１１０３を有する。概略図は、軸１１００の周りを回転して３−Ｄ形状を提供することが理解される。底面１１０３ｂ、１１０２ｂは円形である。例えば、高さ１／２〜７インチおよび直径約１／２〜約１７インチを含む他のサイズも考えられる。
例２５
図１２には、上部１２０２および底部１２０３の開口部を備えた円錐形状の断面概略図が示されている。概略図は、軸１２００を中心に回転して３−Ｄ形状を提供することが理解される。例えば、高さ１／２〜７インチおよび直径約１／２〜約１７インチを含む他のサイズも考えられる。
例２６
図１３には、球状の上部開口部１３０２を備えた円筒形状の断面概略図が示されている。開口部１３０２は、開口部の底壁と側壁の両方を形成する表面１３０２ａとしてある。概略図は、軸１３００を中心に回転して３−Ｄ形状を提供することを理解されたい。例えば、高さ１／２〜７インチおよび直径約１／２〜約１７インチを含む他のサイズも考えられる。
例２７
図１４には、球状の上部開口部１４０２を備えた円錐形状の断面概略図が示されている。形状は、上部１４０１、側面１４０５を有する。球状の上部開口部１４０２は、開口部１４０２の側壁および底部の両方を形成する表面１４０２ａを有する。概略図が軸１４００を中心に回転して３−Ｄ形状を提供することが理解される。例えば、高さ１／２〜７インチおよび直径約１／２〜約１７インチを含む他のサイズも考えられる。
例２８
図１５には、上部環状開口部１５０５を備えた円筒形状の断面概略図が示されている。この形状は、側壁面１５１５と、上面または上面１５１０とを有する。概略図は、軸１５００を中心に回転して３−Ｄ形状が提供される。環状チャネル１５０５の角度１５０２は、線１５０１（チャネル１５０５の断面の中心線）と軸１５０１との間に形成される角度によって決定される。この図の実施形態では６０°であり、約８９°から約０°、好ましくは約８０°から約４０°の範囲であり得る。例えば、高さ１／２〜７インチおよび直径約１／２〜約１７インチを含む他のサイズ、ならびにこれらのサイズの範囲内のすべての値も考えられる。
例２９
７―ナインの純度を有し、０．２μｍの一次粒子Ｄ５０サイズを有する粒状ポリマー由来ＳｉＣは、以下のように体積形状物にされる。
例３０
ポリシロカルブ由来のＳｉＣは、０．２μｍに粉砕され、コールドプレスで、予備硬化強度（例えば、プレスから硬化操作を含む形状を処理する能力）に適したバインダーを有する形状に圧縮される。次に、サンプルを熱間静水圧プレスに入れ、アルゴン雰囲気、３００００ｐｓｉで２１００℃に加熱し、最大５時間保持した後、ゆっくりと冷却する。
形状は、実施例１３から２８の形状のいずれかであり得る。
例３０
７―ナインの純度を有し、１．０μｍの一次粒子Ｄ５０サイズを有する粒状ポリマー由来ＳｉＣは、実施例１３〜２８の形状のいずれかにされる。
例３１
７―ナインの純度を有し、１．５μｍの一次粒子Ｄ５０サイズを有する粒状ポリマー由来のＳｉＣは、実施例１３〜２８の形状のいずれかにされる。
例３２
約０．４μｍの平均直径を有するポリシロカルブ由来のＳｉＣ粒子は、それらの表面に酸化物層がないことが必須である。ＳｉＣ粒子は、無酸素バインダーを使用して、実施例１３〜２８の形状のいずれかに形成される。
例３３
約０．６μｍの平均直径を有するポリシロカルブ由来のＳｉＣ粒子は、それらの表面に酸化物層がないことが必須である。ＳｉＣ粒子は、炭素と水素のみを含むバインダーを使用して、実施例１３〜２８の形状のいずれかに形成される。
例３４
約０．４〜０．６μｍの平均直径を有するポリシロカルブ由来のＳｉＣ粒子は、それらの表面に酸化物層がないことが必須である。ＳｉＣ粒子は、水素および炭素を含有するが酸素を含まないバインダーを使用して、実施例１３〜２８の形状のいずれかに形成される。
例３５
ＳｉＣ粒子は、ポリシロカルブバインダーを使用して、実施例１３から２８の形状のいずれかに形成される。形成された形状の弾性率は２ＭＰａで、圧縮強度は７．４７ＭＰａを有する。
より大きな強度が必要とされる場合、ＳｉＣ体積形状物は、使用前に高温焼結（熱間プレスまたは熱間等方圧プレスなど）処理することができる。そのような操作は、より低い多孔度構造、例えば、２０％未満の多孔度を提供する傾向がある。
例３６
実施例１３〜２８の形状のいずれかの体積形状物は、８５％〜９５％のポリシロカルブ由来のＳｉＣ粉末および１３％〜５％の４１／５９ＭＨ／ＴＶポリシロカルブ前駆体から作られる。
例３７
９９％から８８％のポリシロカルブ由来のＳｉＣ粉末は、１％から１２％の超高純度炭化水素ワックス（または、ＣまたはＨ原子のみを有するポリエチレンまたはポリマーまたはオイル）と混合される。この混合物は、ピル、実施例１３〜２８の形状のいずれか、または他の体積形状物にプレスする前に、溶融および混合される。
例３８
１００％〜９５％のポリシロカルブ由来のＳｉＣ粉末を０％〜５％の超高純度炭化水素バインダーと混合し、スパークプラズマ焼結を使用してプレスし、例１３〜２８のいずれかの形状のＳｉＣ体積形状物を得る。部分的に焼結した場合は０〜５％の過剰な炭素含有量を有する。
例４０
例１３〜３８の体積形状物は、単結晶ＳｉＣのブールを成長させるために蒸着装置で使用される。ブールは、３インチ、４インチ、６インチ、８インチ以上、およびこれらのサイズの範囲内のすべての値にすることができる。
３インチブールの成長のための蒸着プロセスは、以下のように概説される：
１．グラファイト部品と絶縁材のクリーニング：
最低１０００°Ｃで少なくとも３時間真空引き。
２．加熱：
るつぼの上部で２１００−２２５０°Ｃ、５００−７００トルの圧力、
ガス流量：１００ｓｃｃｍＡｒ；
１０時間で加熱；例えば、２１３０−２１４５°Ｃの温度に達する。
温度を２０７３°Ｃに下げる
３．成長サイクルを開始。
圧力を所望の成長圧力（０．１〜５０トル）に下げて昇華と成長を開始、
次に圧力を１５トルに下げる。
４．成長サイクル：
２１４５°Ｃで成長（るつぼ上部の測定ポイント）
５．成長サイクルの終わり
５００−７００トルアルゴンによる反応室のバックフィル
６．クールダウン
４０時間でほぼ周囲温度まで冷却
成長サイクル時間は７３時間、成長速度は平均３６０μｍ／ｈで、ブールの高さは２６．８ｍｍであった。原料の約６７％が消費され、６１０ｇの出発原料から２０４ｇが残った。
例４０ａ
例４０のブールは、ダイアモンドワイヤソー、マルチワイヤダイアモンドソー、スラリーワイヤソー、ブレードダイアモンドカットオフソーなどのより大きな切り口損失を有する他の切断装置などのウエハー切断装置、または Ｄｉｓｃｏ Ｔｅｃｈ（ＫＡＢＲＡ技術、ｗｗｗ．ｄｉｓｃｏｕｓａ．ｃｏｍを参照）によって報告されている光レーザースライシングなどのカーフ損失が小さい他の装置を使用してウエハーに切断される。ウエハーは米国でＧＴＩ ＴＥＣＨＮＯＬＯＤＩＥＳのブランドで販売されているタカトリ（Ｔａｋａｔｏｒｉ）のマルチワイヤソーで切断することもできる。切断されたウエハーは、必要に応じてグラインダーを使用して研削できる。たとえば、適切なグラインダーはＲＥＶＡＳＵＭによって提供されている。ｗｗｗ．ｒｅｖａｓｕｍ．ｃｏｍを参照。
例４０ｂ
実施例４０ａのウエハーは、片側が研磨され、好ましくは両側が研磨される。たとえば、研磨装置には、化学機械研磨（ＣＭＰ）、ラッピング、研削、スラリー研磨、および乾燥研磨が含まれる。例えば、適切なポリッシャーは、ＧｉｇａＭａｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓによって提供されている（例えば、ｗｗｗ．ｇｉｇａｍａｔ．ｃｏｍを参照）。
例４０ｃ
例４０ｂのウエハーは、電子部品、例えば、回路、回路、集積回路を形成するために、それらに（例えば、エピタキシーまたは半導体ウエハー処理により）印刷された回路を有する。６インチウエハーの場合、約３００〜５０００個の個々のコンポーネントを形成できる。本方法および結果として得られるウエハーは、現在の出発材料およびプロセス（すなわち、本発明以前のウエハーおよびプロセス）から作られた現在のウエハーから形成できるものよりも、約３倍から４倍多くの使用可能なコンポーネント、すなわち使用可能なデバイスの数を提供する。例えば、現在のウエハーから作られたデバイスの約２０％から６０％、約２０％から約５０％、約２０％以上は使用できない。本発明のウエハーから作られた本デバイスは、これらのデバイスの約８０％〜１００％、これらのデバイスの約８０％以上、約９０％以上、約９５％以上、約９９％以上を作動させることができる。
例４０ｄ
例４０ｃの電子部品は、電子モジュールに組み立てられる。モジュールには、数個、たとえば１〜１０個の電子部品から約１００から約１０００の電子部品を含めることができる。モジュールは、例えば、電力変圧器ユニット、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、接合電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、およびバイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）であり得る。
例４０ｅ
例４０ｄのモジュールは、電力ブロックに組み立てられる。約１〜１００個のモジュールを電源ブロックで使用できる。
例４０ｆ
例４０ｄのモジュールまたは例４０ｅの電力ブロックは、例えば、ソーラーインバーター、風力コンバーター、ハイブリッドカー、データセンター、そしてＭＲＩのような医療用画像装置などのシステムに組み立てられる。
例４０ｇ
例４０のプロセスは、６〜９ナインの純度の出発材料を有し、体積形状物の指向性フラックスチャネルを有し、成長サイクル中に出発材料の８０％が消費される。
例４０ｈ
実施例４０のプロセスは、純度６〜９ナインの出発材料を有し、体積形状物の指向性フラックスチャネルを有し、成長サイクル中に出発材料の９０％が消費される。
例４０ｉ
実施例４０のプロセスは、６〜９ナインの純度の出発材料を有し、体積形状物の指向性フラックスチャネルを有し、成長サイクル中に出発材料の９５％が消費される。
例４１
例４０ａのウエハーは、ダウコーニングプライムウルトラＳｉＣウエハーの特徴を有する。１００ ｍｍウエハーは、ＭＰＤ（≦０．１ｃｍ-２）、ＴＳＤ（≦３００ｃｍ-２）、およびＢＰＤ（≦５００ｃｍ-２）を有する。１５０ｍｍウエハーはＭＰＤ（＜１ｃｍ-２）、ＴＳＤ（≦２００ｃｍ-２）およびＢＰＤ（≦３，０００ｃｍ-２）を有する。
例４２
例４０ａのウエハーは、以下の特徴を有する。１５０ｍｍウエハーは、ＭＰＤ（≦０．１ｃｍ―２）、ＴＳＤ（≦３００ｃｍ―２）およびＢＰＤ（≦５００ｃｍ―２）を有する。
例４３
例４０ａのウエハーは、２０℃で約１０，０００オーム―ｃｍより大きい抵抗率を有する。
前述の例に対し、好ましい実施形態では、開口部は上部、下部または両方にあることが理解される。そして、これらの開口部は形状の軸と同軸であり、開口部はそれぞれ同じ一般的なタイプのものであり、例えば、上部と下部の両方が球形である。理解されるように、実施形態では、開口部は側壁にあってもよく、それらは上部、底部、または側壁と同じでも異なっていてもよい。開口部は、形状の軸に対して同軸でも、軸から外れていてもよい。

概要−ポリシロカルブの配合物、方法、および材料
様々なポリシロカルブの配合物、プロセス、製造方法、および配合物は、米国特許第９，４９９，６７７号、第９，４８１，７８１号および米国特許公開第２０１４／０２７４６５８号、２０１４／０３２３３６４号、２０１５／０１７５７５０号、２０１６／０２０７７８２号、２０１６ ／ ０２８０６０７号、２０１７ ／ ００５０３３７号に教示および開示される。それぞれの全開示は参照により本明細書に組み込まれる。

ポリシロカルブ前駆体を得るための一般的なプロセス
通常、ポリマー由来のセラミック前駆体配合物、特にポリシロカルブ前駆体配合物は、一般に３つのタイプのプロセスによって作成できるが、他のプロセス、およびこれらのプロセスの変形および組み合わせを利用してもよい。これらのプロセスは一般に、前駆体を組み合わせて前駆体配合物を形成することを含む。あるタイプのプロセスは、一般に、前駆体材料を好ましくは例えば「混合プロセス」のような化学反応が本質的に起こらない無溶媒プロセスで混合することを含む。他のタイプのプロセスは一般に化学反応、例えば「反応タイプ」を含み、例えば、モノマー、ダイマー、トリマーおよびポリマーであり得る特定の前駆体配合物を形成するためのプロセスを含む。第３のタイプのプロセスは、無溶媒環境での２つ以上の成分の化学反応、たとえば「反応混合タイプのプロセス」を有する。一般に、混合プロセスでは、硬化、熱分解中などのその後の処理の間に化学反応の本質的にすべて、および好ましくはすべてが行われる。
これらの用語（反応型プロセス、反応混合型プロセス、および混合型プロセス）は、便宜上および簡略な参照として使用されることを理解されたい。これらの用語、つまりプロセスタイプは、制限ではなく、制限と見なされるべきでものではない。例えば、反応型プロセスを使用して前駆体材料を作成し、それを別の前駆体材料との混合型プロセスで使用することができる。
これらのプロセスタイプは、本明細書において、それぞれの見出しの下に記載されている。１つの見出しの下での１つのプロセスの教示、および他の見出しの下での他のプロセスの教示は、互いに適用可能であり、このセクションの他のセクション、実施形態および教示にも適用可能であることを理解されたい。あるタイプのプロセスの出発物質または前駆物質は、他のタイプのプロセスで使用されてもよい。さらに、これらの見出しの下で説明されるプロセスは、さまざまな例および実施形態を含む本明細書の全体に関連して読まれるべきである。
これらのプロセスの組み合わせおよび変形は、前駆体配合物に到達する際、および中間生成物、最終生成物、および最終生成物に到達する際に使用できることを理解されたい。生成物の特定のプロセスと望ましい特徴に応じて、１つのプロセスタイプの前駆体と出発原料を他のプロセスタイプで使用できる。混合型プロセスからの配合物は、反応型プロセス、または反応混合型プロセスの前駆体、または成分として使用することができる。同様に、反応型プロセスからの配合物は、混合型プロセスおよび反応混合プロセスで使用することができる。同様に、反応混合型プロセスからの配合物は、混合型プロセスおよび反応型プロセスで使用することができる。したがって、そして好ましくは、他のプロセスからの最適な性能と特徴を組み合わせて利用して、費用効果が高く効率的なプロセスと最終生成物を提供することができる。これらのプロセスは、中間生成物、最終生成物、および最終生成物のカスタム機能を作成するための優れた柔軟性を提供するため、これらのプロセスのいずれか、およびそれらの組み合わせにより、特定の所定の生成物を提供できる。どのタイプのプロセスが好ましいかを選択する際に、コスト、制御性、保存期間、スケールアップ、製造の容易さなどの要因を考慮することができる。
前駆体配合物は、「ニート（ｎｅａｔ）」材料を形成するために使用され得る（「ニート」材料とは、前駆体材料または充填されていない配合物から作られる構造のすべて、および本質的にすべてを意味する。したがって、例えば、フィラーや補強材はない）。前駆体配合物を使用して、例えば、前駆体に加えて添加剤または他の材料を有する充填材料を形成することができる。それらは、複合材料、例えば、強化材などの他の材料を含む構造またはコーティングを形成するために使用されてもよい。それらは、主に、本質的に、そして好ましくは前駆体材料のみから作られる材料である非強化材料、例えば、充填剤が強度を追加または増強することを意図しない最小充填材料、および非充填材料を形成するために使用され得る。それらは、一般に広義に関連する強度と見なされる、強度、耐摩耗性、耐久性、または他の特徴または特性を追加するための繊維または他の材料を有する材料などの強化材料を形成するために適している。
一般に、充填材料のタイプには、例えば、硬化、熱分解または使用中にＳｉＯＣマトリックスと反応しない無機材料などの不活性充填剤；硬化、熱分解、使用、またはこれらの組み合わせの際にＳｉＯＣマトリックスと反応するジルコニウム、水酸化アルミニウム、ホウ素化合物などの反応性フィラー；そして、最終生成物の使用中に放出されてその生成物に特定の機能を提供する材料などの活性充填剤、例えば潤滑剤が含まれる。フィラーは、これらのタイプの複数に分類される場合がある。
フィラー材料は、硬化または熱分解された固体に形成された配合物と同じ材料から作られるか、または誘導されてもよく、または硬化した固体または半固体、または熱分解した固体にされた異なる前駆体配合物材料から作られてもよい。
ポリシロカルブ配合物およびその配合物から誘導または製造された生成物は、金属および金属錯体を有し得る。したがって、酸化物、炭化物、またはケイ化物としての金属を前駆体配合物に、したがって制御された態様でシリカマトリックスに導入することができる。例えば、遷移金属の有機金属、金属ハロゲン化物（塩化物、臭化物、ヨウ化物）、金属アルコキシドおよび金属アミド化合物は、前駆体配合物に組み込むことにより、シリカマトリックスで共重合させることができる。
充填材は、例えば、電気抵抗、磁気能力、バンドギャップ機能、ｐｎ接合機能、ｐ型機能、ｎ型機能、ドーパント、電気伝導率、半導体などの機能および特性、帯電防止、光学特性（反射率、屈折率、虹色など）、化学抵抗率、耐腐食性、耐摩耗性、耐摩耗性、断熱、ＵＶ安定性、ＵＶ保護、およびその他の望ましい、必要な特性、およびその両方を最終生成物または材料において付与、調節、または強化することができる。
したがって、フィラー材料には、銅リード線、熱伝導性フィラー、導電性フィラー、鉛、光ファイバー、セラミック着色剤、顔料、酸化物、染料、粉末、セラミック微粉、ポリマー由来セラミック粒子、細孔形成剤、カルボシラン、シラン、シラザン、炭化ケイ素、カルボシラザン、シロキサン、金属粉末、セラミック粉末、金属、金属錯体、炭素、トウ（ｔｏｗ）、繊維、短繊維、ホウ素含有材料、粉砕繊維、ガラス、ガラス繊維、ガラス繊維、およびナノ構造（いくつかの例を挙げると、前述のナノ構造）を含む。例えば、粉砕されたポリマー由来のセラミック粒子、例えば微粉またはビーズをポリシロカルブ配合物に添加し、次いで硬化させて充填硬化プラスチック材料を形成することができ、これはコーティングとして、またはデバイスまたはデバイスのコンポーネントとして耐火性の顕著な特性を有する。
ポリシロカルブ前駆体配合物を強化材料とともに使用して、複合層またはコーティングを形成することができる。したがって、例えば、配合物は、炭素繊維、ガラス繊維、織布、不織布、コップド繊維、繊維、ロープ、網膜構造、セラミック粉末、ガラス粉末、炭素粉末、グラファイト粉末、セラミック繊維、金属粉末、炭化物ペレットまたはコンポーネント、ステープルファイバー、トウ、上記のナノ構造、ＰＤＣ、プロセスおよび最終生成物の温度要件を満たすその他の材料、およびこれらの組み合わせとバリエーションなどの薄い補強材料に流し込まれ、含浸され、吸収され、または他の方法で組み合わされてもよい。したがって、例えば、強化材料は、現在使用されているか、または既存のプラスチックおよびセラミック複合材料で使用できる耐高温強化材料のいずれでもよい。さらに、ポリシロカルブ前駆体配合物は、低温硬化（ＳＡＴＰなど）または硬化温度が約３７．８°Ｃ（１００°Ｆ）から約２０４．４°Ｃ（４００°Ｆ）になるように配合できるため、補強材料は補強材ポリマー、ナイロン、ポリプロピレン、ポリエチレンなどの有機ポリマー、およびＮＯＭＥＸやＫＥＶＬＡＲなどのアラミド繊維とすることができる。
補強材料はまた、繊維に形成され、固体に硬化され、セラミックに熱分解された配合物と同じ材料から作られるか、またはそれに由来してもよく、または繊維に形成され、セラミックに熱分解された異なる前駆体配合物材料、これらの組み合わせとバリエーションから作られてもよい。強化材料として使用され得る前駆体組成材料に由来するセラミック繊維に加えて、前駆体組成材料に由来する他の多孔質、実質的に多孔質、および非多孔質のセラミック構造体が使用され得る。
ポリシロカルブ材料（例えば、前駆体バッチ、前駆体、配合、バルク液体など）は、所定の条件下で硬化を阻害、調節、または促進する様々な阻害剤、触媒、および開始剤を存在させることができる。したがって、ポリシロカルブコーティング材料は、貯蔵中の材料に必要な貯蔵寿命を提供するために、十分な阻害剤が存在するか、触媒が存在しないことがある。
混合タイプのプロセス
前駆体材料は、メチル水素（メチル末端ヒドリド置換ポリシロキサン）、メチル水素流体（ジメチル基をほとんどまたはまったく含まない、メチル末端ヒドリドメチル置換ポリシロキサン、）および置換および修飾メチル水素、シロキサン骨格材料、シロキサン骨格添加剤、反応性モノマー、シロキサン主鎖添加剤とシラン改質剤または有機改質剤との反応生成物、およびシラン系材料、シラザン系材料、カルボシラン系材料、非シリコン系有機架橋剤、フェノールなどの他の類似タイプの材料／ホルムアルデヒドベースの材料、およびこれらの組み合わせとバリエーションとすることができる。前駆体は、好ましくは室温で液体であるが、それらは溶融するか、または他の前駆体の１つに可溶な固体であってもよい。（ただし、この状況では、１つの前駆体が別の前駆体を溶解する場合でも「溶媒」とは見なされないことを理解されたい。その用語は非構成素溶媒、例えば最終生成物の構成要素の一部を形成せず、廃棄物として処理される溶媒を使用する従来技術のプロセスに関してその用語が使用されるためである。）
前駆体は、容器内で、好ましくは室温で一緒に混合される。好ましくは、溶媒、例えば、水、有機溶媒、極性溶媒、非極性溶媒、ヘキサン、ＴＨＦ、トルエンは、前駆体材料のこの混合物にほとんど添加されず、より好ましくは添加されない。好ましくは、各前駆体材料は他のものと混和性があり、例えば、それらは任意の相対量または任意の割合で混合することができ、分離または沈殿しない。この点で、「前駆体混合物」または「ポリシロカルボ前駆体配合物」は完全なものである（単一の前駆体のみを使用する場合、材料は単に「ポリシロカルボ前駆体」または「ポリシロカルボ前駆体配合物」または「配合物」になるものではない）。完全ではあるが、充填剤と強化剤を配合に追加することができる。配合物の好ましい実施形態では、配合物が混合されるとき、または硬化する前の配合物が容器内に保持されるとき、配合物内で化学反応、例えば架橋または重合が本質的に起こらず、より好ましくは起こらない。
前駆体は、例えば、空気、不活性ガス、Ｎ２、アルゴン、流動ガス、静的ガス、減圧、高圧、大気圧、およびこれらの組み合わせおよびバリエーションなど、多くの種類の雰囲気および条件下で混合することができる。
さらに、シクロヘキサン、１−エチニル−１−シクロヘキサノール（ＡＬＤＲＩＣＨから入手可能）、オクタメチルシクロテトラシロキサン（希釈剤とみることができる）、およびテトラメチルテトラビニルシクロテトラシロキサンなどの阻害剤を、例えば抑制されたポリシロカルブ前駆体配合物を形成するために、ポリシロカーボ前駆体配合物に添加することができる。テトラメチルテトラビニルシクロテトラシロキサンは、存在する量と温度に応じて、反応物と反応遅延剤（例えば、抑制剤）の両方として作用する可能性があることに注意すべきで、例えば、室温ではそれは遅延剤であり、高温ではそれは反応物となる。処理のこの時点で、ＳｉＣ粉末、カーボンブラック、砂、ポリマー由来のセラミック粒子、顔料、粒子、本明細書で議論されているか、さもなければ当該技術分野で知られているナノチューブ、ウィスカー、または他の材料などの充填剤も、ポリシロカーボ前駆体配合物、たとえば充填されたポリシロカーボ前駆体配合物に加えることができる。さらに、抑制剤と充填剤の両方を含む配合物は、抑制され、充填されたポリシロカルブ前駆体配合物と考えられる。
触媒または開始剤を使用することができ、硬化前に、前駆体配合物が形成または構造化される前、直前、または前のより速い時点で添加することができる。触媒作用は、前駆体配合物の硬化を促進し、助長して、硬化した材料または構造を形成する。
触媒は、例えば、約０．０１ｐｐｍＰｔ〜約２５０ｐｐｍＰｔ、約０．０３ｐｐｍＰｔ、約０．１ｐｐｍＰｔ、約０．２ｐｐｍ Ｐｔ、約０．５ｐｐｍ Ｐｔ、約０．０２〜０．５ｐｐｍ Ｐｔ、約１ｐｐｍ〜２００ｐｐｍ Ｐｔ、好ましくは、いくつかの用途および実施形態では、約５ｐｐｍ〜５０ｐｐｍ Ｐｔの範囲に希釈することができる任意の白金（Ｐｔ）ベースの触媒とすることができる。触媒は、例えば、０．１％から３％の過酸化物、および約０．５％から２％の過酸化物の濃度で９０℃を超える１０時間半減期を有する過酸化物ベースの触媒であり得る。それは、有機ベースの過酸化物であり得る。これは、Ｓｉ−Ｈ結合、Ｓｉ−ＯＨ結合、または不飽和炭素結合と反応することができる任意の有機金属触媒であり、これらの触媒には、ジブチルスズジラウレート、オクタン酸亜鉛、過酸化物、チタン、ジルコニウム、ロジウム、イリジウム、パラジウム、コバルトまたはニッケルなどの有機金属化合物が含まれる。触媒は、他のロジウム、レニウム、イリジウム、パラジウム、ニッケル、およびルテニウム型またはベースの触媒であってもよい。これらおよび他の触媒の組み合わせおよびバリエーションを使用してもよい。触媒は、商品名ＬＵＰＥＲＯＸでＡＲＫＥＭＡから入手できる（例：ＬＵＰＥＲＯＸ ２３１；ジョンソンマッセイからは、カーステッドの触媒（Ｋａｒｓｔｅｄｔ′ｓ ｃａｔａｌｙｓｔ）、アシュビーの触媒（Ａｓｈｂｙ′ｓ ｃａｔａｌｙｓｔ）、シュパイアーの触媒（Ｓｐｅｉｅｒ′ｓ ｃａｔａｌｙｓｔ）という商品名で販売されている。例えば、カーボンナノチューブなどの規則的および高度に秩序化された炭素構造の成長に使用される、Ｆｅ触媒、Ｎｉ触媒、およびＣｏ触媒などの遷移金属触媒も使用できる。
さらに、これらの触媒および他の触媒のカスタムおよび特定の組み合わせを使用して、特定の配合物に適合させ、このようにして特定の成分の反応を選択的かつ特異的に触媒することができる。さらに、プロセス条件と同様に、これらのタイプの適合触媒配合物システムの使用は、例えば、細孔構造、多孔質、密度、密度プロファイル、高純度、超高純度
硬化した構造または材料の他の形態または特徴、および場合によっては、硬化した構造または材料から形成されるセラミックなどの所定の生成物機能を提供するために使用できる。
前駆体配合物を作製するためのこの混合型プロセスでは、好ましくは、化学反応または分子再配列は、原料開始材料の作製中、硬化プロセス中、および熱分解プロセス中にのみ起こる。好ましくは、これらの混合タイプの配合およびプロセスの実施形態において、重合、架橋または他の化学反応は、主に、好ましくは本質的に、より好ましくは硬化プロセス中にのみ起こる。
前駆体は、以下に示す式を有する、本明細書ではメチル水素（ＭＨ）と呼ぶことができるメチル末端ヒドリド置換ポリシロキサンであってもよい。
ＭＨは、例えば、約４００ｍｗ〜約１０，０００ｍｗ、約６００ｍｗ〜約３，０００ｍｗの分子量（「ｍｗ」は原子質量単位ａｍｕでの重量平均分子量またはｇ／ｍｏｌとして測定できる）で、そして好ましくは約２０ｃｐｓ〜約６０ｃｐｓの粘度を有し得る。メチルシロキサン単位の割合「Ｘ」は、１％〜１００％であってもよい。ジメチルシロキサン単位「Ｙ」の割合は、０％〜９９％であり得る。この前駆体を使用して、架橋構造の骨格、ならびに硬化したプリフォームおよびセラミック材料に他の特徴および特性を提供することができる。この前駆体は、とりわけ、不飽和炭素化合物と反応して新しい、または追加の前駆体を生成することにより修飾されてもよい。通常、メチル水素流体（ＭＨＦ）の最小量は「Ｙ」であり、より好ましくは「Ｙ」はすべての実用的な目的ではゼロとなる。
前駆体は、以下の線状シロキサン骨格材料のいずれかであり得る。
前駆体は、ビニル置換ポリジメチルシロキサンであってもよく、その式を以下に示す。
この前駆体は、例えば、約４００ｍｗ〜約１０，０００ｍｗの分子量（ｍｗ）を有してもよく、好ましくは約５０ｃｐｓ〜約２，０００ｃｐｓの粘度を有してもよい。メチルビニルシロキサン単位「Ｘ」の割合は、１％〜１００％であり得る。ジメチルシロキサン単位「Ｙ」の割合は、０％〜９９％であり得る。好ましくは、Ｘは約１００％である。この前駆体を使用して、架橋密度を高め、靭性、ならびに硬化したプリフォームおよびセラミック材料の他の特徴および特性を改善することができる。
前駆体は、ビニル置換およびビニル末端ポリジメチルシロキサンであってもよく、その式を以下に示す。
この前駆体は、例えば、約５００ｍｗから約１５，０００ｍｗの分子量（ｍｗ）、好ましくは約５００ｍｗから１，０００ｍｗの分子量を有してもよく、好ましくは約１０ｃｐｓから約２００ｃｐｓの粘度を有してもよい。メチルビニルシロキサン単位「Ｘ」の割合は、１％〜１００％であり得る。ジメチルシロキサン単位「Ｙ」の割合は、０％〜９９％であり得る。この前駆体を使用して、分岐を提供し、硬化温度を低下し、また硬化したプリフォームおよびセラミック材料の他の特徴および特性を低下させることができる。
前駆体は、ビニル置換および水素末端ポリジメチルシロキサンであってもよく、その式は以下に示されている。
前駆体は、約３００ｍｗ〜約１０，０００ｍｗの分子量（ｍｗ）、好ましくは約４００ｍｗ〜８００ｍｗの分子量を有してもよく、好ましくは約２０ｃｐｓ〜約３００ｃｐｓの粘度を有してもよい。メチルビニルシロキサン単位「Ｘ」の割合は、１％〜１００％であり得る。ジメチルシロキサン単位「Ｙ」の割合は、０％〜９９％であり得る。この前駆体を使用して、分岐を提供し、硬化温度を低下させ、ならびに硬化したプリフォームおよびセラミック材料の他の特徴および特性を低下させることができる。
前駆体は、アリル末端ポリジメチルシロキサンであってもよく、その式を以下に示す。
この前駆体は、約４００ｍｗ〜約１０，０００ｍｗの分子量（ｍｗ）で、好ましくは約４０ｃｐｓ〜約４００ｃｐｓの粘度を有してもよい。繰り返し単位は同じである。この前駆体を使用して、ＵＶ硬化性を提供し、ポリマー鎖を延長することができ、ならびに硬化したプリフォームおよびセラミック材料に他の特徴および特性を延長することができる。
前駆体は、ビニル末端ポリジメチルシロキサン（ＶＴ）であってもよく、その式は以下に示されている。
この前駆体は、約２００ｍｗ〜約５，０００ｍｗの分子量（ｍｗ）、好ましくは約４００ｍｗ〜１５００ｍｗの分子量を有してもよく、好ましくは約１０ｃｐｓ〜約４００ｃｐｓの粘度を有してもよい。繰り返し単位は同じ。この前駆体を使用して、ポリマー鎖延長剤を提供し、靭性を改善し、例えば室温硬化まで硬化温度を下げ、ならびに硬化プリフォームおよびセラミック材料の他の特徴および特性を得ることができる。
前駆体は、シラノール（ヒドロキシ）末端ポリジメチルシロキサンであってもよく、その式は以下に示されている。
この前駆体は、約４００ｍｗ〜約１０，０００ｍｗの分子量（ｍｗ）、好ましくは約６００ｍｗ〜１，０００ｍｗの分子量を有してもよく、好ましくは約３０ｃｐｓ〜約４００ｃｐｓの粘度を有してもよい。繰り返し単位は同じ。この前駆体は、ポリマー鎖延長剤、強化メカニズムを提供するために使用でき、ナノおよびマイクロスケールの多孔質を生成でき、室温での硬化を可能にし、硬化プリフォームおよびセラミック材料の他の特徴および特性を可能にする。
前駆体は、シラノール（ヒドロキシ）末端ビニル置換ジメチルシロキサンであってもよく、その式は以下に示されている。
この前駆体は、約４００ｍｗ〜約１０，０００ｍｗの分子量（ｍｗ）、好ましくは約６００ｍｗ〜１，０００ｍｗの分子量を有してもよく、好ましくは約３０ｃｐｓ〜約４００ｃｐｓの粘度を有してもよい。メチルビニルシロキサン単位「Ｘ」の割合は、１％〜１００％であり得る。ジメチルシロキサン単位「Ｙ」の割合は、０％〜９９％であり得る。この前駆体は、特にデュアルキュアシステムで使用できる。このようにして、二重硬化により、単一の製剤で複数の硬化メカニズムを使用できる。例えば、縮合型硬化と付加型硬化の両方を利用できる。これにより、複雑な硬化プロファイルを得ることができ、たとえば、あるタイプの硬化による初期硬化と、別のタイプの硬化による最終硬化が可能になる。
前駆体は、水素（水素化物）末端ポリジメチルシロキサンであってもよく、その式を以下に示す。
この前駆体は、約２００ｍｗ〜約１０，０００ｍｗの分子量（ｍｗ）、好ましくは約５００ｍｗ〜１５００ｍｗの分子量を有してもよく、好ましくは約２０ｃｐｓ〜約４００ｃｐｓの粘度を有してもよい。繰り返し単位は同じ。この前駆体は、強化剤としてポリマー鎖延長剤を提供するために使用でき、低温などの硬化、硬化プリフォームおよびセラミック材料の他の特徴および特性を可能にする。
前駆体は、ジフェニル末端シロキサン（フェニル末端とも呼ばれ得る）であり得、その式は以下に示される。
ここで、Ｒは、ビニル、ヒドロキシ、または水素化物などの反応性基である。この前駆体は、約５００ｍｗ〜約２，０００ｍｗの分子量（ｍｗ）を有し、好ましくは約８０ｃｐｓ〜約３００ｃｐｓの粘度を有してもよい。メチル−Ｒ−シロキサン単位「Ｘ」の割合は、１％〜１００％。ジメチルシロキサン単位「Ｙ」の割合は、０％〜９９％であり得る。この前駆体を使用して、強化剤を提供し、ポリマーの屈折率を調整してさまざまなタイプのガラスの屈折率と一致させ、たとえば透明なガラス繊維、および硬化したプリフォームおよびセラミック材料に他の特徴および特性を提供することができる。
前駆体は、モノフェニル末端シロキサン（トリメチル末端、フェニル末端シロキサンとも呼ばれ得る）であり得、その式は以下に示される。
ここで、Ｒは、ビニル、ヒドロキシ、または水素化物などの反応性基である。この前駆体は、約５００ｍｗ〜約２，０００ｍｗの分子量（ｍｗ）を有してもよく、好ましくは約８０ｃｐｓ〜約３００ｃｐｓの粘度を有してもよい。メチル−Ｒ−シロキサン単位「Ｘ」の割合は、１％〜１００％、ジメチルシロキサン単位「Ｙ」の割合は、０％〜９９％であり得る。この前駆体を使用して、強化剤を提供し、ポリマーの屈折率を調整してさまざまなタイプのガラスの屈折率と一致させ、例えば透明なガラス繊維、硬化したプリフォームおよびセラミック材料に他の特徴および特性を提供する。
前駆体は、ジフェニルジメチルポリシロキサンであってもよく、その式を以下に示す。
この前駆体は、約５００ｍｗ〜約２０，０００ｍｗの分子量（ｍｗ）を有してもよく、約８００〜約４，０００の分子量を有してもよく、好ましくは約１００ｃｐｓ〜約８００ｃｐｓの粘度を有してもよい。ジメチルシロキサン単位「Ｘ」の割合は、２５％〜９５％であり得る。ジフェニルシロキサン単位「Ｙ」の割合は、５％〜７５％であってもよい。この前駆体を使用して、モノフェニル末端シロキサンと同様の特性、ならびに硬化したプリフォームおよびセラミック材料に他の特徴および特性を提供することができる。
前駆体は、ビニル末端ジフェニルジメチルポリシロキサンであってもよく、その式は以下に示されている。
この前駆体は、約４００ｍｗ〜約２０，０００ｍｗの分子量（ｍｗ）を有してもよく、約８００〜約２，０００ｍｗの分子量を有してもよく、好ましくは約８０ｃｐｓ〜約６００ｃｐｓの粘度を有してもよい。ジメチルシロキサン単位「Ｘ」の割合は、２５％〜９５％であり得る。ジフェニルシロキサン単位「Ｙ」の割合は、５％〜７５％であってもよい。この前駆体を使用して、鎖延長、強化剤、屈折率の変更または変更、硬化材料の高温熱安定性の改善、および硬化プリフォームとセラミック材料の他の特徴と特性を提供できる。
前駆体は、ヒドロキシ末端ジフェニルジメチルポリシロキサンであってもよく、その式を以下に示す。
この前駆体は、約４００ｍｗ〜約２０，０００ｍｗの分子量（ｍｗ）を有してもよく、約８００〜約２，０００ｍｗの分子量を有してもよく、好ましくは約８０ｃｐｓ〜約４００ｃｐｓの粘度を有してもよい。ジメチルシロキサン単位「Ｘ」の割合は、２５％〜９５％であり得る。ジフェニルシロキサン単位「Ｙ」の割合は、５％〜７５％であってもよい。この前駆体は、鎖延長、強化剤、屈折率の変更または変更、硬化材料の高温熱安定性の改善に使用でき、ナノスケールおよびマイクロスケールの多孔性を生じ、ならびに硬化したプリフォームとセラミック材料にその他の機能および特性を生成できる。
この前駆体は、メチル末端フェニルエチルポリシロキサン（スチレンビニルベンゼンジメチルポリシロキサンとも呼ばれ得る）であり得、その式は以下に示される。
この前駆体は、分子量（ｍｗ）が約８００ｍｗから少なくとも約１０，０００ｍｗから少なくとも約２０，０００ｍｗであってもよく、粘度が好ましくは約５０ｃｐｓから約３５０ｃｐｓであってもよい。スチレンビニルベンゼンシロキサンユニット「Ｘ」の割合は、１％〜６０％です。ジメチルシロキサン単位「Ｙ」の割合は、４０％〜９９％であり得る。この前駆体を使用して、靭性の向上、反応硬化発熱の低減、屈折率の変更、さまざまなタイプのガラスの屈折率に一致するようにポリマーの屈折率の調整を行うことができ、例えば透明ファイバーガラスを提供し、また、硬化したプリフォームおよびセラミック材料に他の特徴および特性を提供する。
前述の線状シロキサン骨格材料は一例であり、他の類似の線状シロキサン骨格材料も前駆体として使用できることが理解される。より複雑な直鎖および分岐シロキサン骨格材料を前駆体として使用してもよいが、好ましくない。
様々なシクロシロキサンを前駆体として使用することができ、それらは配合物中の反応性分子である。それらは、次の命名システムまたは式で説明できる：ＤｘＤ＊ ｙ、「Ｄ」はジメチルシロキシユニットを表し、「Ｄ ＊」は置換メチルシロキシユニットを表し、「＊」基はビニル、アリル、ヒドリド、ヒドロキシ、フェニル、スチリル、アルキル、シクロペンタジエニル、または他の有機基、ｘは０〜８、ｙは＞＝１、ｘ＋ｙは３〜８。さらに、この命名体系では、Ｄは−ＳｉＯ２基、通常Ｍｅ２ＳｉＯ２を表し、ＱはＳｉＯ４を表し、Ｔは−ＳｉＯ３基、通常ＭｅＳｉＯ３を表し、Ｍは−ＳｉＯ基、通常Ｍｅ３ＳｉＯを表す。
前駆体バッチはまた、（ｉ）非シリコンベースの架橋剤などの非シリコンベースの前駆体を含んでもよく、（ｉｉ）非ケイ素系架橋剤とケイ素系前駆体の反応生成物とすることができ、（ｉｉｉ）これらの組み合わせとバリエーションとすることができる。非シリコンベースの架橋剤は、硬化中に架橋する能力を提供することを意図している。たとえば、非シリコンベースの架橋剤には、シクロペンタジエン（ＣＰ）、メチルシクロペンタジエン（ＭｅＣＰ）、ジシクロペンタジエン（ＤＣＰＤ）、メチルジシクロペンタジエン（ＭｅＤＣＰＤ）、トリシクロペンタジエン（ＴＣＰＤ）、ピペリレン、ジビニルベンゼン、イソプレン、ノルボルナジエン、ビニルノルボルネン、プロペニルノルボルネン、イソプロペニルノルボルネン、メチルビニルノルボルネン、ビシクロノナジエン、メチルビシクロノナジエン、プロパジエン、４−ビニルシクロヘキセン、１，３−ヘプタジエン、シクロヘプタジエン、１，３−ブタジエン、シクロオクタジエンおよびそれらの異性体を含む。一般に、Ｓｉ−Ｈと反応する２つ（またはそれ以上）のＣ＝Ｃ結合、または前駆体中の他のＳｉ結合を含む炭化水素は、架橋剤として使用できる。酸素、窒素、硫黄を含む一部の有機材料は、架橋剤としても機能する。
シリコンベースの前駆体に対する非シリコンベースの架橋剤の量は、約１０％から９０％の非シリコンベースの架橋剤から１０％から９０％のシリコンベースの前駆体（好ましくはシリコン骨格）であり得る。（例：−Ｓｉ−Ｏ−バックボーン、素材）。したがって、量の範囲は、例えば、１０／９０〜９０／１０のＤＣＰＤ／ＭＨＦ、約４０／６０〜６０／４０、約５０／５０、およびこれらの比率の組み合わせとバリエーション、ならびにその他比率。第３および第４の前駆体材料も使用され得る。したがって、非シリコン架橋剤／シリコン骨格前駆体／第３の前駆体の比率は、以下であり得る：約１０％から約８０％の非シリコン系架橋剤；約１０％から８０％のシリコンベースの前駆体：および約０．１％から４０％の第３の前駆体とすることができる。ＤＣＰＤ／ＭＨＦ／第３の前駆体の範囲および量は、例えば、約１０／２０／７０〜７０／２０／１０、約１０／２０／７０〜１０／７０／２０、約４５／５５／１０〜約５５／４５／１０、約４０／５５／５〜約５５／４０／５、およびこれらの比率ならびに他の比率の組み合わせおよびバリエーションとすることができる。
前駆体は、反応性モノマーであってもよい。これらには、テトラメチルテトラビニルシクロテトラシロキサン（ＴＶ）などの分子が含まれ、その式を以下に示す。
この前駆体を使用して、分岐剤、三次元架橋剤を提供し、ならびに硬化したプリフォームおよびセラミック材料に他の特徴および特性を提供することができる。（２％以上などの特定の配合物、および約室温から約６０°Ｃなどの特定の温度では、この前駆体が架橋を阻害、例えば水素化物とビニル基の架橋を阻害する可能性があることにも留意すべきである。）
前駆体は、例えばトリビニルシクロテトラシロキサンなどの反応性モノマーであってもよい。
ジビニルシクロテトラシロキサン、
トリビニルモノヒドリドシクロテトラシロキサン
ジビニルジヒドリドシクロテトラシロキサン
およびヘキサメチルシクロテトラシロキサン、例えば、
前駆体は、ビニルフェニルメチルシラン、ジフェニルシラン、ジフェニルメチルシラン、およびフェニルメチルシランなどのシラン改質剤であってもよい（その一部は、エンドキャッパーまたはエンドターミネーション基として使用されてもよい）。これらのシラン改質剤は、鎖延長剤と分岐剤を提供できる。それらはまた、とりわけ、硬化材料の強度を改善するだけでなく、硬化材料の靭性を改善し、屈折率を変更し、高温硬化安定性を改善する。ジフェニルメチルシランなどの前駆体は、エンドキャッピング剤として機能し、靭性を改善し、屈折率を変化させ、硬化材料の高温硬化安定性を改善し、硬化材料の強度を改善する。
前駆体は、シラン変性剤とビニル末端シロキサン主鎖添加剤との反応生成物であってもよい。前駆体は、シラン改質剤とヒドロキシ末端シロキサン主鎖添加剤との反応生成物であってもよい。前駆体は、シラン改質剤と水素化物末端シロキサン主鎖添加剤との反応生成物であってもよい。前駆体は、シラン改質剤とＴＶの反応生成物であってもよい。前駆体は、シランの反応生成物であってもよい。前駆体は、立体障害を考慮して、シラン改質剤とシクロシロキサンとの反応生成物であってもよい。前駆体は、ＴＥＳ４０またはＳｉｌｂｏｎｄ４０などの部分的に加水分解されたテトラエチルオルトシリケートであり得る。Ｍｏｍｅｎｔｉｖｅ（以前は、コネチカット州ウィルトンのＧｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｍｐａｎｙから）から入手可能なＳＲ―３５０などのメチルセスキシロキサンであってもよい。前駆体は、Ｗａｃｋｅｒ Ｃｈｅｍｉｅ ＡＧの６０４などのフェニルメチルシロキサンであってもよい。前駆体は、Ｗａｃｋｅｒ ＣｈｅｍｉｅＡＧのＨ６２Ｃなどのメチルフェニルビニルシロキサンでもよい。
前駆体はまた、以下から選択されてもよい：
ＳｉＳｉＢ(登録商標)ＨＦ２０２０、トリメチルシリル末端メチル水素シリコーン液６３１４８−５７−２；ＳｉＳｉＢ(登録商標)ＨＦ２０５０トリメチルシリル末端メチルヒドロキシシロキサンジメチルシロキサンコポリマー６８０３７−５９−２；ＳｉＳｉＢ(登録商標)ＨＦ２０６０ 水素化物末端メチルヒドロシロキサンジメチルシロキサン共重合体６９０１３−２３−６； ＳｉＳｉＢ(登録商標)ＨＦ２０３８水素末端ポリジフェニルシロキサン； ＳｉＳｉＢ(登録商標)ＨＦ２０６８ 水素化物末端メチルヒドロシロキサンジメチルシロキサン共重合体１１５４８７−４９−５；ＳｉＳｉＢ(登録商標)ＨＦ２０７８水素末端ポリ（フェニルジメチルシロキサン）シロキサンシルシルスキオキサン、水素末端６８９５２−３０−７；ＳｉＳｉＢ(登録商標)ＶＦ６０６０ビニルジメチル末端ビニルメチルジメチルポリシロキサンコポリマー６８０８３−１８−１；ＳｉＳｉＢ(登録商標)ＶＦ６８６２ビニルジメチル末端ジメチルジフェニルポリシロキサンコポリマー６８９５１−９６−２； ＳｉＳｉＢ(登録商標)ＶＦ６８７２ビニルジメチル末端ジメチル−メチル−ビニル−ジフェニルポリシロキサンコポリマー；ＳｉＳｉＢ(登録商標)ＰＣ９４０１ １，１，３，３−テトラメチル−１，３−ジビニルジルシロキサン２６２７−９５−４； ＳｉＳｉＢ(登録商標)ＰＦ１０７０シラノール末端ポリジメチルシロキサン（ＯＦ１０７０）７０１３１−６７−８；ＳｉＳｉＢ(登録商標)ＯＦ１０７０シラノール末端ポリジメチルシロキサン７０１３１−６７−８；ＯＨ末端ポリジメチルシロキサンヒドロキシ末端オリゴジメチルシロキサン７３１３８−８７−１；ＳｉＳｉＢ(登録商標)ＶＦ６０３０ビニル末端ポリジメチルシロキサン６８０８３−１９−２；および、ＳｉＳｉＢ(登録商標)ＨＦ２０３０水素末端ポリジメチルシロキサン流体７０９００−２１−９。
したがって、前述のタイプの前駆体に加えて、前駆体は以下の一般式の化合物であり得ると考えられる。
エンドキャッパーＥ１およびＥ２は、トリメチルシリル（トリメチルシリコン）（−Ｓｉ（ＣＨ３）３）、ジメチルシリルヒドロキシ（ジメチルシリコンヒドロキシ）（−Ｓｉ（ＣＨ３）２ＯＨ）、ジメチルヒドリドシリル（ジメチルシリコンヒドリドなどの群から選択される）（−Ｓｉ（ＣＨ３）２Ｈ）、ジメチルビニルシリル（ジメチルビニルシリコン）（−Ｓｉ（ＣＨ３）２（ＣＨ ＝ ＣＨ２））、ジメチルフェニルシリル（−Ｓｉ（ＣＨ３）２（Ｃ６Ｈ５））およびジメチルアルコキシシリル（ジメチルアルコキシシリコン）（ −Ｓｉ（ＣＨ３）２（ＯＲ）。Ｒ基Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、およびＲ４はすべて異なる場合もあれば、１つ以上が同じ場合もある。たとえば、Ｒ２はＲ３と同じで、Ｒ３はＲ４と同じ、Ｒ１とＲ２は異なり、Ｒ３とＲ４は同じなどです。Ｒ基は、ヒドリド（−Ｈ）、メチル（Ｍｅ）（−Ｃ）、エチル（−ＣＣ）、ビニルなどの基から選択される。 （−Ｃ ＝ Ｃ）、アルキル（−Ｒ）（ＣｎＨ２ｎ ＋ １）、アリル（−ＣＣ ＝ Ｃ）、アリル（｀Ｒ）、フェニル（Ｐｈ）（−Ｃ６Ｈ５）、メトキシ（−ＯＣ）、エトキシ（−ＯＣＣ）、シロキシ（−Ｏ−Ｓｉ−Ｒ３）、アルコキシ（−ＯＲ）、ヒドロキシ（−ＯＨ）、フェニルエチル（−ＣＣ−Ｃ６Ｈ５）およびメチル、フェニルエチル（−ＣＣ（−Ｃ）（−Ｃ６Ｈ５）。
一般に、ポリシロカルブ配合物の実施形態は、例えば、約０％〜５０％のＭＨＦ、約２０％〜約９９％のＭＨＦ、約０％〜約３０％のシロキサン骨格材料、約２０％約９９％のシロキサン骨格材料、約０％から約７０％の反応性モノマー、約０％から約９５％のＴＶ、約０％から約７０％の非シリコン系架橋剤、および約０％から約９０％シロキサン主鎖添加剤とシラン調整剤または有機調整剤の反応生成物との反応生成物を有する。
配合物を混合する際には、前駆体を効果的に混合および分散させるのに十分な時間を使用すべきである。一般に、約１５分から１時間の混合で十分です。典型的には、前駆体配合物は比較的、そして本質的に、せん断に敏感ではなく、したがって、ポンプまたは混合のタイプは重要ではない。さらに、粘度の高い製剤では、追加の混合時間が必要になる場合がある。混合中の配合物の温度は、好ましくは約４５℃未満、好ましくは約１０℃に維持されるべきである。（これらの混合条件は、事前に触媒された配合物用である。）

反応タイプのプロセス
反応タイプのプロセスでは、一般に、化学反応を使用して、典型的には溶媒の存在下で１つ、２つまたはそれ以上の前駆体を組み合わせて、本質的に単一のポリマーで構成される前駆体配合物を形成し、その後、触媒作用を受け、硬化し、熱分解される。このプロセスは、硬化すると独自の望ましい特性を有するプラスチックを提供できるカスタム前駆体配合物を構築する機能を提供する。硬化した材料を熱分解して、独特の特徴を有するセラミックを形成することもできる。この反応タイプのプロセスでは、前駆体配合物を構成するポリマーに組み込む官能基、たとえば、通常セラミックには使用されないがプラスチックに高温機能を提供する利点のあるフェニルや通常はプラスチックに高温機能を提供しないが、セラミックには利点を提供するスチレンなどの官能基を選択することにより、最終生成物のさまざまなタイプの機能の所定のバランスを取ることができる。
一般に、前駆体配合物として使用するためのカスタムポリマーは、縮合反応で前駆体を反応させてポリマー前駆体配合物を形成することにより作製される。次いで、この前駆体配合物は、加水分解反応により、プリフォーム、すなわち、プラスチック、硬化した固体または半固体材料に硬化される。縮合反応により、以下に示すタイプのポリマーが形成される。
ポリマー単位中のＲ１およびＲ２は、ヒドリド（−Ｈ）、メチル（Ｍｅ）（−Ｃ）、エチル（−Ｃ−Ｃ）、ビニル（−Ｃ＝Ｃ）、アルキル（−Ｒ）（ＣｎＨ２ｎ＋１）、不飽和アルキル（−ＣｎＨ２ｎ−１）、環状アルキル（−ＣｎＨ２ｎ−１）、アリル（−ＣＣ＝Ｃ）、ブテニル（−Ｃ４Ｈ７）、ペンテニル（−Ｃ５Ｈ９）、シクロペンテニル（−Ｃ５Ｈ７）、メチルシクロペンテニル（−Ｃ５Ｈ６（ＣＨ３））、ノルボルネニル（−ＣＸＨＹ、Ｘ＝７−１５およびＹ＝９−１８）、アリル（｀Ｒ）、フェニル（Ｐｈ）（−Ｃ６Ｈ５）、シクロヘプテニル（−Ｃ７Ｈ１１）、シクロオクテニル（−Ｃ８Ｈ１３）、エトキシ（−Ｏ−Ｃ−Ｃ）、シロキシ（−Ｏ−Ｓｉ−Ｒ３）、メトキシ（−ＯＣ）、アルコキシ、（−ＯＲ）、ヒドロキシ、（−ＯＨ）、フェニルエチル（−ＣＣ−Ｃ６Ｈ５）、メチル、フェニル−エチル（−ＣＣ（−Ｃ）（−Ｃ６Ｈ５））およびビニルフェニル−エチル（−Ｃ−Ｃ−Ｃ６Ｈ４（−Ｃ）＝Ｃ）））とすることができる。Ｒ１とＲ２は同じでも異なっていてもよい。カスタム前駆体ポリマーは、Ａ１、Ａ２、Ａｎなどのいくつかの異なるポリマーユニットを持つことができ、１０、２０以上のユニットを含むことができ、または、反応プロセスによって作成されるＭＨＦなどの単一ユニットのみを含むことができる。
実施形態は、とりわけ、トリエトキシメチルシラン、ジエトキシメチルフェニルシラン、ジエトキシメチルヒドリドシラン、ジエトキシメチルビニルシラン、ジメチルエトキシビニルシラン、ジエトキシジメチルシラン、エトキシジメチルフェニルシラン、ジエトキシジヒドリドシラン、トリエトキシフェニルシラン、ジエトキシヒドリドトリメチルシロキサン、ジエトキシメチルトリメチルシロキサン、トリメチルエトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、ジメチルエトキシヒドリドシロキサン、およびこれら前駆体及び本明細書に記載されている他の前駆体を含む他の前駆体の組み合わせとバリエーションを含む前駆体を含むことができる。
エンドユニット、Ｓｉエンド１およびＳｉエンド２は、ジメチルエトキシビニルシラン、エトキシジメチルフェニルシラン、およびトリメチルエトキシシランの前駆体に由来し得る。さらに、重合プロセスが適切に制御されている場合、ポリマーの繰り返し単位を提供するために使用される前駆体からヒドロキシ末端キャップを得ることができる。
一般に、前駆体は、エタノール（または熱を吸収する、例えば熱質量を提供する他の材料）、過剰の水、および塩酸（または他のプロトン源）とともに容器に加えられる。この混合物は、活性化エネルギーに達するまで加熱され、その後、反応は通常発熱性となる。一般に、この反応では、水は前駆体モノマーのシランのエトキシ基と反応し、ヒドロキシを形成する（副産物としてエタノールを含む）。一旦形成されると、このヒドロキシは別の前駆体モノマーのシリコン上のエトキシ基と反応し、重合反応を引き起こす。この重合反応は、所望の鎖長が構築されるまで続けられる。
とりわけ、鎖長を決定するための制御因子は次のとおりである：選択されたモノマー（一般に、モノマーが小さいほど、巻き付いてそれ自体に結合し始める前に追加することができる）；エンドキャッパーが導入される反応の量とポイント；そして、水の量と特に添加速度。したがって、鎖の長さは、約１８０ｍｗ（粘度約５ｃｐｓ）から約６５，０００ｍｗ（粘度約１０，０００ｃｐｓ）、約１０００ｍｗを超え、約１０，０００ ｍｗを超え、約５０，０００ ｍｗを超える。さらに、重合前駆体配合物は、配合物、硬化物、およびセラミック製品の性能特性を提供するために事前に決定することができる、異なる分子量のポリマーを有してもよく、通常はそうである。
重合反応が完了すると、材料は、例えば材料の質量の約１．２倍から約１．５倍の量の脱イオン水を有する分離装置、例えば分離漏斗に移される。この混合物を激しく１分未満、好ましくは約５〜３０秒間撹拌する。攪拌後、材料は沈降および分離するが、これには約１〜２時間かかる。ポリマーはより高い密度の材料であり、容器から除去される。この除去されたポリマーは、浅いトレイに入れ約２時間９０℃で加温することによって乾燥される。または、好ましくは、任意の残留水及びエタノールを除去するために、ワイプトフィルム蒸留装置に通される。代替的に、水層を約７〜約４のｐＨまでバッファリングするのに十分な重炭酸ナトリウムを添加する。なお、材料を混合し、反応させ、ポリマーを分離する他の商業的な方法を使用できる。
好ましくは、触媒が、反応型プロセスからのポリマー前駆体配合物物の硬化プロセスに使用される。混合型プロセスからの前駆体配合物の硬化に使用されるのと同じポリマーを使用することができる。一般に、混合タイプの処方とは異なり、反応タイプのポリマーを硬化させるために触媒は必ずしも必要ではない。阻害剤も使用できる。ただし、触媒を使用しない場合、反応時間と反応速度は遅くなる。反応プロセスからの硬化材料の硬化および熱分解は、混合プロセスおよび反応混合プロセスからの硬化材料の硬化および熱分解と本質的に同じである。
反応型プロセスは、例えば、空気、不活性ガス、Ｎ２、アルゴン、流動ガス、静的ガス、減圧、周囲圧力、高圧、およびこれらの組み合わせおよびバリエーションなど、多くのタイプの雰囲気および条件下で実施することができる。

反応混合型プロセス
反応混合型プロセスにおいては、前駆体は溶媒の非存在下で反応し前駆体配合物を形成する。例えば、反応混合型プロセスの実施形態は、ＭＨＦとジシクロペンタジエン（ＤＣＰＤ）から調製される前駆体配合物を有する。反応混合プロセスを使用してＭＨＦ／ＤＣＰＤポリマーが作成され、このポリマーは、前駆体配合物として使用される。それは単独で、硬化または熱分解生成物を形成し、または混合または反応プロセスにおける前駆体として使用される。
したがって、例えば、既知の分子量および水素化物当量の約４０から９０％のＭＨＦ；約０．２０ｗｔ％Ｐ０１触媒；純度８３％以上の約１０〜６０％のＤＣＰＤを使用できる。
Ｐ０１は、０．１％のＰｔ（０）錯体までテトラビニルシクロテトラシロキサンで２０倍に希釈した、テトラビニルシクロテトラシロキサン中の２％Ｐｔ（０）テトラビニルシクロテトラシロキサン錯体であり、。この方法では、バルクキャットの１％の負荷ごとに１０ｐｐｍＰｔが供給される。
プロセスの実施形態では、ミキサーを備えた密閉可能な反応容器を反応に使用することができる。反応は密閉容器内で空気中で行われるが他の種類の雰囲気も利用できる。好ましくは、反応は大気圧で実施されるが、より高い圧力およびより低い圧力を利用することができる。さらに、反応混合タイプのプロセスは、空気、不活性ガス、Ｎ２、アルゴン、流動ガス、静的ガス、減圧、大気圧、高圧、およびこれらの組み合わせやバリエーションなど、多くのタイプの雰囲気と条件下で実行できる。
一実施形態では、８５０グラムのＭＨＦ（全ポリマー混合物の８５％）を反応容器に加え、約５０℃に加熱する。この温度に達すると、ヒーターの電源を切り、０．２０％（ＭＨＦの重量）のＰ０１白金触媒を反応容器内のＭＨＦに加える。通常、触媒を追加すると、気泡が形成され、温度が最初に約２〜２０°Ｃ上昇する。
温度が低下し始めたら、約１５０ｇのＤＣＰＤ（全ポリマー混合物の１５重量％）を反応容器に添加する。温度がさらに下がる場合がある（例：約５−７°Ｃ）。
反応プロセスのこの時点で、反応容器の温度は、所定の温度プロファイルを経時的に維持し、発熱を伴う可能性のある温度上昇を管理するように制御される。好ましくは、反応容器の温度は、プロセス全体にわたって調整、監視、および制御される。
反応プロセスのＭＨＦ／ＤＣＰＤの実施形態では、温度プロファイルは以下の通りであり得る：温度が約８０℃に達するようにする（存在する材料の量に応じて、約１５〜４０分かかり得る）；その後、温度が上昇し、〜１０４°Ｃでピークに達し、温度が下がり始めるとすぐに、ヒーターの設定温度が１００°Ｃに上昇し、反応混合物の温度を監視して、最小合計約２時間、最大合計約４時間の間、ポリマーの温度が８０°Ｃを超えるようにする。８０°Ｃを超えて２〜４時間後、ヒーターをオフにし、ポリマーを周囲温度まで冷却する。大小のバッチ、連続、半連続、および他のタイプのプロセスでは、温度と時間のプロファイルが異なる場合がある。
大規模および商業的操作では、これらのバッチ、連続、および組み合わせを使用することができる。工業工場の自動化および制御システムを利用して、反応中の反応、温度プロファイル、およびその他のプロセスを制御できる。
表Ａは、前駆体材料の様々な実施形態を示している。
表Ａ
上記の表において、「重合度」は、一緒に結合してポリマーを形成するモノマー単位または繰り返し単位の数である。「当量／ｍｏｌ」とは、モル当量を指す。「ビニルのグラム／モル」は、１モル当量のビニル官能性を提供するために必要な所定のポリマーの量を指す。「ＶＭＨ」とは、ＴＶの代わりに使用できる、エトキシプロセスの線状ビニル材料であるメチルビニル液を指す。ＶＴの数字「０２００」などは、その特定のＶＴのセンチポアズ単位の粘度（０２００＝２００ｃｐｓなど）。

硬化と熱分解
上記のタイプのプロセスおよび他のプロセスからのポリシロカルブ前駆体配合物を含む前駆体配合物を硬化させて、固体、半固体、またはプラスチック様材料を形成することができる。典型的には、前駆体配合物は、薄いフィルムおよび厚いフィルムを含む、任意の体積構造または形状を含むプリフォームに広げられるか、成形されるか、さもなければ形成される。硬化の際、ポリシロカルブ前駆体配合物を初期硬化で処理して、例えばプリフォーム、グリーン材料、またはグリーン硬化（材料の色については何も意味しない）とも呼ばれる部分的に硬化した材料を提供することができる。次いで、グリーン材料をさらに硬化させることができる。したがって、１つまたは複数の硬化ステップを使用することができる。材料は、「最終硬化」、すなわち、材料がその意図された目的に必要な物理的強度および他の特性を有する点まで硬化されるようにすることができる。硬化の量は、最終硬化（または「ハード硬化」）、すなわち、化学反応のすべて、または本質的にすべてが停止したポイント（これは、例えば中に反応性基が存在しないことにより測定、すなわちすべての反応が停止したか、時間の経過に伴う反応性基の減少の横ばい、すなわち、本質的にすべての反応が停止したことを測定することによって決まる）までであってもよい。したがって、材料は、その意図される用途と目的に応じて、さまざまな程度に硬化させることができる。たとえば、状況によっては、最終硬化とハード硬化が同じになる場合がありる。雰囲気や温度などの硬化条件は、硬化した材料の組成に影響する場合がある。
多層または複合構造および形状では、ポリシロカルブ材料の層を様々な程度に硬化させることができ、例えば、多層実施形態では、層を生硬化させて層の接着を促進し、その後最終的に硬化させることができる。多層構造内の各層は、一つ、二つ、三つまたはそれ以上の硬化ステップ、およびこれらの組み合わせとバリエーションにより、同程度の硬化、異なる硬化度まで硬化できる。
硬化は、標準の周囲温度および圧力（「ＳＡＴＰ」、１気圧、２５℃）、その温度より高いまたは低い温度、その圧力より高いまたは低い圧力、および様々な期間にわたって行うことができる。硬化は、さまざまな加熱、加熱速度、および温度プロファイル（たとえば、保持時間と温度、連続的な温度変化、周期的な温度変化、たとえば、加熱とそれに続く維持、冷却、再加熱など）で実施できる。硬化の時間は、数秒（例えば、約１秒未満、５秒未満）から、１分未満、数分、数時間、数日（または潜在的にそれ以上）までであり得る。硬化は、例えば、気体、液体、空気、水、液体を含む界面活性剤、不活性雰囲気、Ｎ２、アルゴン、流動気体（例えば、掃引気体）、静的気体、還元Ｏ２（たとえば、２０％Ｏ２未満、１５％Ｏ２未満、１０％Ｏ２未満、５％Ｏ２未満など、大気圧よりも低いＯ２の量）、減圧（たとえば、大気圧未満）、高圧（例えば、大気よりも大きい）、富化されたＯ２（例えば大気よりも多いＯ２の量）、周囲圧力、制御された分圧、およびこれらおよび他の処理条件の組み合わせおよび変動を含む、あらゆる種類の周囲環境で実施することもできる。
一実施形態では、硬化環境、例えば、炉、雰囲気、容器、およびこれらの組み合わせおよびバリエーションは、例えば、プリフォーム、硬化材料、セラミック、最終用途または製品における組成、触媒作用、化学量論、特徴、性能、およびこれらの組み合わせとバリエーションに寄与するまたは影響する材料を有することができる。
高純度材料に対しては、炉、容器、ハンドリング機器、雰囲気、および硬化装置およびプロセスの他の構成要素はきれいであり、硬化した材料に不純物または汚染物質と考えられる要素または材料を本質的に含まず、寄与しない。
好ましくは、硬化プロセスの実施形態では、硬化は、約５℃以上、約２０℃から約２５０℃、約２０℃から約１５０℃、約７５℃〜約１２５℃、および約８０℃〜９０℃の範囲の温度で起こる。より高い温度およびより低い温度およびさまざまな加熱プロファイル（例えば、経時的な温度変化の速度（「ランプ速度」、例えばΔ度／時間）、保持時間、および温度）を利用することができる。
硬化条件、例えば、温度、時間、傾斜速度は、応力亀裂、ガス放出、または硬化プロセスに関連する他の現象を防ぎために、例えば、プリフォームのサイズ、プリフォームの形状、またはプリフォームを保持する金型に一致する配合物に全体的または部分的に依存し、またいくつかの実施形態では、同配合物によって事前に決定することができる。さらに、硬化条件は、好ましくは制御された方法で、硬化プロセスに関連する問題として以前に認識されていたものを利用するようなものであり得る。したがって、例えば、排出ガスを使用して、開いた構造または閉じた構造のいずれかを有する発泡材料を作成することができる。同様に、硬化条件を使用して、材料の微細構造とナノ構造を作成または制御できる。一般に、硬化条件は、プロセスにおける反応速度論と熱力学に影響し、制御し、または修正するために使用できる。これは、形態、性能、特徴、機能などに影響を与える可能性がある。
ポリシロカルブ前駆体配合物を硬化すると、いくつかの実施形態では、とりわけ、例えば、―Ｒ１―Ｓｉ―Ｃ―Ｃ―Ｓｉ―Ｏ―Ｓｉ―Ｃ―Ｃ−Ｓｉ−Ｒ２−を有する架橋構造を提供する架橋反応が起こる。ここで、Ｒ１とＲ２は、配合物に使用される前駆体に応じて異なり、それらに基づく。硬化材料の実施形態では、それらは、シリコン原子間で５個未満の原子によって隔てられている、別のシリコン原子に対して３配位のシリコン中心を有する架橋構造を有し得る。追加のその他の構造および硬化材料の種類も考えられる。したがって、例えば、Ｌｕｐｅｒｏｘ２３１を使用すると、同じモノマーから−Ｓｉ−Ｃ−Ｃ−Ｃ−Ｓｉ−である構造が得られる。他の架橋剤、例えばＤＣＰＤおよびジビニルベンゼンが使用される場合、シリコン原子間の炭素原子の数は５原子より多くなる。架橋された、例えば硬化した材料のいくつかの実施形態の一般化された式は、−Ｓｉ−Ｒ３−Ｓｉ−であり、Ｒ３はエチル（例えばビニル前駆体から）、プロピル（例えばアリル前駆体から） ）、ジシクロペンタン（例えばＤＣＰＤ前駆体から）、ノルボルナン（例えばノルボルナジエン前駆体から）、ジエチルベンゼン（例えばジビニルベンゼン前駆体から）などである。
硬化プロセス中、いくつかの配合物は、発熱、すなわち、硬化反応を支援または駆動するために少量の熱を生成できる自己発熱反応、またはストレス破壊などの問題を回避するために管理および削除するために必要とする可能性のある大量の熱を生成する可能性がある。硬化中に排出ガスが一般的に発生し、材料の損失、すなわち残っている材料の量、たとえば硬化収率によって定義される損失を生じる。本発明の実施形態の配合物、硬化条件、およびポリシロカルブ前駆体配合物の実施形態は、少なくとも約９０％、約９２％、約１００％の硬化収率を有することができる。実際、空気硬化では、酸素が空気から吸収される結果として、材料は１００％を超える、例えば約１０１〜１０５％の硬化収率を有し得る。さらに、硬化中に材料は通常収縮するが、この収縮は、配合物、硬化条件、プリフォーム形状の性質、およびプリフォームが強化、充填、ニートまたは非強化のいずれであるかによって、約２０％ ２０％未満、約１５％未満、約５％未満、約１％未満、約０．５％未満、約０．２５％未満、およびそれ未満となり得る。
硬化は、必要なレベルの温度および環境制御を有する任意のタイプの加熱装置、または機構、技術、または形態によって達成することができる。硬化は、例えば、加熱された水浴、電気炉、マイクロ波、ガス炉、炉、強制加熱空気、塔、噴霧乾燥、流下膜反応器、流動床反応器、間接加熱要素、直接加熱（例えば、加熱表面、ドラム、およびプレート）、赤外線加熱、ＵＶ照射（光）、ＲＦ炉、高せん断混合による乳化中のその場、超音波処理による乳化中のその場、広域白色光、ＩＲ光、コヒーレント電磁放射（たとえば、可視、ＵＶ、ＩＲを含むレーザー）、対流加熱などがある。
一実施形態では、十分な量の触媒を有する実施形態では、大気条件下で硬化も起こり得る。
一実施形態での熱分解が行われる場合、硬化材料は、例えば、約６００℃から約２３００℃、約６５０°Ｃから約１，２００°Ｃ、約８００°Ｃから約１３００°Ｃ、約９００°Ｃから約１，２００°Ｃ、および約９５０°Ｃから１，１５０°Ｃに加熱することができる。これらの温度では、通常、すべての有機構造が除去されるか、無機成分と結合してセラミックを形成する。通常、約６５０℃〜１，２００℃の範囲の温度では、得られる材料はアモルファスガラスセラミックである。約１，２００°Ｃを超える温度に加熱すると、材料は通常、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＣＮ、βＳｉＣなどのナノ結晶構造または微結晶構造、および１，９００°Ｃ以上でαＳｉＣ構造を形成する場合があり、２，２００℃以上で通常αＳｉＣが形成される。熱分解された、例えば、セラミック材料は、単結晶、多結晶、アモルファス、およびこれらおよび他のタイプの形態の組み合わせ、バリエーションおよびサブグループであり得る。
熱分解は、多くの異なる加熱および環境条件の下で実施することができ、これには、とりわけ、熱制御、速度制御、およびこれらの組み合わせおよび変形が含まれることが好ましい。たとえば、熱分解には、さまざまな加熱ランプ速度、加熱サイクル、および環境条件がある。いくつかの実施形態では、既知の遷移（例えば、ガス発生、揮発、分子再配置など）を支援するために、温度を上げて所定の温度に保持し、次に次の既知の遷移に対応する次の保持温度まで上昇させることができる。熱分解は、還元性雰囲気、酸化性雰囲気、低Ｏ２、ガスリッチ（例、火炎内または炎に直接隣接）、不活性、Ｎ２、アルゴン、空気、減圧、周囲圧力、高圧、流動ガス（例えば、約１５．０ＧＨＳＶ（ガス毎時空間速度）から約０．１ ＧＨＳＶ、約６．３ ＧＨＳＶから約３．１ＧＨＳＶ、および約３．９ＧＨＳＶの流量を有する掃引ガス、静的ガス、および組み合わせこれらのバリエーションの中で生じる。
いくつかの実施形態では、熱分解の際、Ｓｉ−Ｏ−Ｃセラミック中に、グラフェン、グラファイト、アモルファスカーボン構造、およびこれらの組み合わせおよび変形が存在する。ＳｉＯ４、ＳｉＯ３Ｃ、ＳｉＯ２Ｃ２、ＳｉＯＣ３、およびＳｉＣ４をもたらすＳｉＯｘＣｙ構造からなるシリコン種の分布は、前駆体の選択とその処理履歴からさまざまな比率で形成される。炭素は通常、隣接する炭素間および／またはシリコン原子に結合する。一般に、セラミック状態では、炭素はほとんど酸素原子に配位していないため、酸素はシリコンに大きく配位している。
熱分解は、要求温度および環境制御を維持する任意の加熱装置で実施することができる。したがって、例えば、熱分解は、圧力炉、箱型炉、管状炉、結晶成長炉、グラファイト箱型炉、アーク溶解炉、誘導炉、キルン、ＭｏＳｉ２発熱体炉、炭素炉、真空炉、ガス炉、電気炉、直接加熱、間接加熱、流動層、ＲＦ炉、キルン、トンネルキルン、ボックスキルン、シャトルキルン、コークス式装置、レーザー、マイクロ波、その他の電磁放射、およびこれらおよびその他の加熱装置の組み合わせとバリエーションおよび熱分解の要求温度を取得できるシステムで実施することができる。
ポリシロカルブ由来のセラミック材料の実施形態では、表Ｂに記載されている材料の総量に対してＳｉ、Ｏ、Ｃのいずれかの量を有する。
表Ｂ

一般に、熱分解されたセラミックポリシロキサン材料の実施形態は、約２０％から約６５％のＳｉを有することができ、約５％から約５０％のＯを有することができ、約３％から約５５％の炭素重量パーセントを有することができる。より多いおよびより少ない量も考慮される。
一般に、熱分解されたセラミックポリシロカルブ材料の実施形態は、Ｓｉについて約０．５〜約２．５のモル比（全Ｓｉ、Ｏ、およびＣに基づく）を有することができ、Ｏについて約０．２〜約２．５のモル比を有することができ、Ｃについて約０．１〜約４．５のモル比を有することができる。より多い量およびより少ない量も企図される。
一般に、熱分解セラミックポリシロカルブ材料の実施形態は、Ｓｉについて約１３％〜約６８％のモル％（全Ｓｉ、Ｏ、およびＣの割合）を有することができ、Ｏについては約６％〜約６０％のモル％を有することができ、Ｃについては約４％〜約７５％のモル％を有することができる。より多い量およびより少ない量も企図される。
ポリシロカルブ由来セラミック顔料の実施形態に存在する炭素の種類は、遊離炭素（例えば、ターボストラティック、アモルファス、グラフェン、グラファイト形態の炭素）およびシリコンに結合した炭素であり得る。遊離炭素およびケイ素結合炭素（Ｓｉ−Ｃ）を有するセラミックポリシロカルブ材料の実施形態を表Ｃに記載する。遊離炭素およびケイ素結合炭素のより多いおよびより少ない量および異なる割合も考えられる。
表Ｃ
一般に、ポリシロカルブ由来セラミック材料の実施形態は、約３０％の遊離炭素から約７０％の遊離炭素、約２０％の遊離炭素から約８０％の遊離炭素、および約１０％の遊離炭素から約９０％の遊離炭素、および約３０％Ｓｉ−Ｃ結合炭素から約７０％Ｓｉ−Ｃ結合炭素、約２０％Ｓｉ−Ｃ結合炭素から約８０％Ｓｉ−Ｃ結合炭素、および約１０％Ｓｉ−Ｃ結合炭素から約９０％Ｓｉ−Ｃ結合炭素を有することができる。より多いおよびより少ない量も考慮される。

金属および金属錯体
一例として、充填材料として使用できる金属および金属錯体には、利用可能な遷移金属のシクロペンタジエニル化合物が含まれるであろう。遷移金属のシクロペンタジエニル化合物は、２つのクラスに分類できる：ビスシクロペンタジエニル錯体；およびモノシクロペンタジエニル錯体。シクロペンタジエニル錯体はＣ５Ｈ５、Ｃ５Ｍｅ５、Ｃ５Ｈ４Ｍｅ、ＣＨ５Ｒ５（ここでＲ＝Ｍｅ、Ｅｔ、プロピル、ｉ−プロピル、ブチル、イソブチル、Ｓｅｃ−ブチル）を含むことができる。これらのいずれの場合でも、Ｓｉはシクロペンタジエニルリガンドに直接結合するか、Ｓｉ中心をアルキル鎖に結合し、アルキル鎖はシクロペンタジエニルリガンドに結合する。
前駆体配合物とともに及び生成物内で利用可能なシクロペンタジエニル錯体は：第一列遷移金属（チタン、バナジウム、クロム、鉄、コバルト、ニッケル）のビス−シクロペンタジエニル金属錯体；二列目の遷移金属（ジルコニウム、モリブデン、ルテニウム、ロジウム、パラジウム）；三列目の遷移金属（ハフニウム、タンタル、タングステン、イリジウム、オスミウム、プラチナ）；ランタニド系列（Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ）；およびアクチニドシリーズ（Ａｃ、Ｔｈ、Ｐａ、Ｕ、Ｎｐ）を含むことができる。
モノシクロペンタジエニル錯体は、また、前駆体配合物に金属機能性を提供するために利用することができ、第一列遷移金属（チタン、バナジウム、クロム、鉄、コバルト、ニッケル）；第二列目の遷移金属（ジルコニウム、モリブデン、ルテニウム、ロジウム、パラジウム）； 適切なリガンド（たとえば、塩化物またはカルボニル）で安定化されていることが好ましい場合、第三列遷移金属（ハフニウム、タンタル、タングステン、イリジウム、オスミウム、プラチナ）のモノシクロペンタジエニル錯体を利用することができる。
金属のアルキル錯体を使用して、前駆体配合物および生成物に金属機能性を提供することもできる。これらのアルキル錯体では、Ｓｉ中心がシグマ結合を介して直接遷移金属に結合できるアルキル基（エチル、プロピル、ブチル、ビニル、プロペニル、ブテニル）を有する。さらに、これは、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ｉｒなどの後の遷移金属ではより一般的である。
金属の配位錯体を使用して、前駆体配合物および生成物に金属機能性を提供することもできる。これらの配位錯体では、Ｓｉ中心にはＣｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｒｅ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｎｉのカルボニル錯体またはエン錯体に結合できる不飽和アルキル基（ビニル、プロペニル、ブテニル、アセチレン、ブタジエニル）がある。Ｓｉ中心はまた、フェニル、置換フェニルまたは他のアリル化合物（ピリジン、ピリミジン）に結合する場合があり、フェニルまたはアリル基は金属中心上のカルボニルを置換することができる。
金属アルコキシドを使用して、前駆体配合物および生成物に金属機能性を提供することもできる。金属アルコキシド化合物をシリコン前駆体化合物と混合し、水酸化物で処理して、ポリマーが共重合すると同時に酸化物を形成することができる。これは、金属ハロゲン化物と金属アミドでも行うことができる。好ましくは、これは、初期遷移金属とアルミニウム、ガリウムおよびインジウム、後期遷移金属：Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｕ、およびアルカリ土類金属：Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｍｇを使用して行うことができる。
Ｓｉがハロゲン化物または有機基によって安定化された金属中心に直接結合している化合物も、前駆体配合物および生成物に金属機能性を提供するために利用することができる。
さらに、金属および金属錯体は、熱分解またはその後の熱処理の後、連続相であり得ることを理解されたい。配合物は、選択された金属と反応して、金属炭化物、酸化物、および一般にサーメットとして知られている他の金属化合物（セラミック金属化合物など）をその場で（Ｉｎ ｓｉｔｕ）形成するように特別に設計できる。配合物を選択された金属と反応させて、ムライト、アルミノケイ酸塩などのｉｎ ｓｉｔｕ化合物を形成することができる。配合物または最終生成物中のシリカの量に対する金属の量は、約０．１モル％〜９９．９モル％、約１モル％以上、約１０モル％以上、および約２０モル％以上であり得る。本発明の前駆体式を有する金属の前述の使用は、所定の化学量論を制御および提供するために使用され得る。

見出しと実施形態
本明細書における見出しの使用は、明確にする目的のためであり、決して限定するものではない。したがって、見出しの下に記載されているプロセスおよび開示は、さまざまな例を含む本明細書の全体に関連して読まれるべきである。本明細書における見出しの使用は、本発明を提供する保護の範囲を制限するものではない。
本発明の実施形態の主題である、またはそれに関連する、新規で画期的なプロセス、材料、性能、または他の有益な特徴および特性の根底にある理論を提供またはそれに言及する必要がないことに留意されたい。それにもかかわらず、この分野の技術をさらに進歩させるために、本明細書ではさまざまな理論が提供されている。本明細書に記載されてているこれらの理論は、特に明記されていない限り、クレームされた発明に与えられる保護の範囲を決して制限、限定または狭めるものではない。これらの理論の多くは、本発明を利用するために必要とされるものでも遵守されるものでもない。さらに、本発明は、本発明の方法、物品、材料、デバイス、およびシステムの実施形態の機能特徴を説明するための新規かつこれまで未知の理論につながり得ることが理解される。そして、そのような後に開発された理論は、本発明の保護範囲を制限するものではない。
本明細書に記載の配合物、配合物、物品、プラスチック、セラミック、材料、部品、ウエハー、ブール、体積構造、用途、用途、機器、方法、活動、および操作のさまざまな実施形態は、さまざまな用途に使用できる。他の分野および他のさまざまな活動、用途、実施形態。さらに、これらの実施形態は、例えば、既存のシステム、物品、配合物、材料、操作または活動で使用されてもよい。将来開発される可能性のあるシステム、記事、配合物、材料操作または活動で使用される可能性がある。また、このようなシステム、記事、配合物、材料、操作、またはアクティビティは、この仕様の教示に基づいて部分的に変更される場合がある。さらに、本明細書に記載される様々な実施形態および例は、全体または一部で、互いに、および様々な組み合わせで使用されてもよい。したがって、例えば、本明細書の様々な実施形態および例で提供される構成は、互いに使用されてもよい。そして、本発明に与えられる保護の範囲は、特定の実施形態、例、または特定の図の実施形態で説明される特定の実施形態、例、構成または配置に限定されるべきではない。

Claims (86)

  1. 以下を備えるＳｉＣの体積形状物。
    ａ． 約０．１μｍから約１００μｍの粒径を有する約１００ｇから約１２，０００ｇのＳｉＣ顆粒であって、
    ｂ． 構造的一体性を有する体積形状物を画定するＳｉＣ顆粒；
    ｃ． 該ＳｉＣ顆粒を結合し、ブール（ｂｏｕｌｅ）の成長サイクルにおいて該体積形状物が蒸着装置に配置されたときに、当該体積形状物の構造的一体性を維持することができるようにするバインダー；
    ｄ． 該体積形状物は空隙を有し；
    ｅ． 該体積形状物が多孔質で、見掛け密度が３．０ｇ／ｃｃ未満である。
  2. 該ＳｉＣ顆粒の重量が約１０００ｇから約９０００ｇである、請求項１に記載の体積形状物。
  3. 該ＳｉＣ顆粒の重量が約２５００ｇから約８０００ｇである、請求項１に記載の体積形状物。
  4. 該ＳｉＣ顆粒が、約０．１μｍから約２０．０μｍの一次粒子Ｄ５０サイズを有する、請求項１に記載の体積形状物。
  5. 該顆粒が、約０．５μｍから約１０．０μｍ、約０．５μｍから約２．０μｍの一次粒子Ｄ５０サイズを有する、請求項１に記載の体積形状物。
  6. 該空隙が、該体積形状物の上部にチャネルを画定している、請求項１に記載の体積形状物。
  7. 該チャネルが角度の付いた環状チャネルである、請求項６に記載の体積形状物。
  8. 該空隙が、該体積形状物の上部に位置する、請求項１に記載の体積形状物。
  9. 該空隙は、該体積形状物の底部に位置する、請求項１に記載の体積形状物。
  10. 該空隙は、該体積形状物の上部および底部に位置する空隙を含む、請求項１に記載の体積形状物。
  11. 該空隙が、該体積形状物を通って延びる円筒形チャネルを画定する、請求項１に記載の体積形状物。
  12. 体積形状物がパック（ｐｕｃｋ）である、請求項１に記載の体積形状物。
  13. 該見掛け密度が２．５ｇ／ｃｃ未満である、請求項１に記載の体積形状物。
  14. 該見掛け密度が約１．５ｇ／ｃｃから２．８ｇ／ｃｃである、請求項１に記載の体積形状物。
  15. 該ＳｉＣ顆粒が、ポリマー由来のＳｉＣであり、少なくとも９９．９９９％の純度を有する、請求項１に記載の体積形状物。
  16. 該ＳｉＣ顆粒が、０．５：２のＳｉ：Ｃのモル比を有する、請求項１に記載の体積形状物。
  17. 該ＳｉＣ顆粒が、２：０．５のＳｉ：Ｃのモル比を有する、請求項１に記載の体積形状物。
  18. 以下を備えるＳｉＣの体積形状物：
    ａ． 約０．１μｍから約１００μｍの粒径を有する約１００ｇから約１２，０００ｇのＳｉＣ顆粒を有する。
    ｂ． 該ＳｉＣ顆粒は、構造的一体性を有する体積形状物を画定し、該体積形状物が、ブールの成長サイクル中に蒸着装置内に配置されたときに構造的一体性を維持することができる。
    ｃ． 該体積形状物は１つの空隙を有する；
    ｄ． 該体積形状物が多孔質で、３．０ｇ／ｃｃ未満の見掛け密度を有する。
  19. 該ＳｉＣ顆粒の重量が約２０００ｇから約１０００ｇである、請求項１８に記載の体積形状物。
  20. 該ＳｉＣ顆粒が約１μｍから約５μｍの一次粒子Ｄ５０サイズを有する、請求項１８に記載の体積形状物。
  21. 該ＳｉＣ顆粒が約０．５μｍから約３μｍの一次粒子Ｄ５０サイズを有する、請求項１８に記載の体積形状物。
  22. 該空隙は、該体積形状物の上部にチャネルを画定する、請求項１８に記載の体積形状物。
  23. 平坦な上部、平坦な底部、および傾斜した側面を有する請求項１８に記載の体積形状物。
  24. 見掛け密度が２．５ｇ／ｃｃ未満である、請求項１８に記載の体積形状物。
  25. 該見かけの密度は請求項１８に記載の体積形状物。
  26. 請求項１８に記載の体積形状物であって、
    該ＳｉＣ顆粒がポリマー由来ＳｉＣであり、少なくとも９９．９９９９％の純度を有する、請求項１８に記載の体積形状物。
  27. 以下を備えるＳｉＣの体積形状物：
    ａ． 約０．１μｍから約１００μｍの粒径を有する約１００ｇから約１２，０００ｇのＳｉＣ顆粒であって、
    ｂ． 構造的一体性を有する体積形状物を画定するＳｉＣ顆粒を有する；
    ｃ． ＳｉＣ顆粒を結合し、該体積形状物がブールの成長サイクル中における蒸着装置に配置されたときに構造的一体性を維持することができるようにするバインダーを有する；
    ｄ． 該体積形状物が空隙を有する。
  28. 以下を備えるＳｉＣの体積形状物：
    ａ． 約０．１μｍ〜約１００μｍの粒径を有するＳｉＣ顆粒であって、
    ｂ． 構造的一体性を有する体積形状物を画定するＳｉＣ顆粒と；
    ｃ． ＳｉＣ顆粒を結合し、該体積形状物がブールの成長サイクル中において蒸着装置に配置されたときに構造的一体性を維持することができるようにするバインダーとを有する；
    ｄ． 該体積形状物は空隙を有する；
    ｅ． 該体積形状物は多孔質を有し、３．１ｇ／ｃｃ未満の見掛け密度を有する。
    ｆ． 該体積形状物は、ブールの成長サイクル中に所定のフラックスを提供することができる。
  29. 該所定のフラックスは、均一で一貫したフラックスである、請求項２８に記載の体積形状物。
  30. 該所定のフラックスは、成長サイクルの最後の２０％の間にブールの成長面の外側領域付近で増加したフラックス密度を有する、請求項２８に記載の体積形状物。
  31. 該所定のフラックスは、ブールの成長サイクルの最後の３０％の間にブールの成長面の外側領域付近で増加したフラックス密度を有する、請求項２８に記載の体積形状物。
  32. 該所定のフラックスは、ブールの成長サイクルの最後の４０％の間にブールの成長面の外側領域付近で増加したフラックス密度を有する、請求項２８に記載の体積形状物。
  33. 以下を備えるＳｉＣの体積形状物：
    ａ． 約０．１μｍ〜約１００μｍの粒径を有するＳｉＣ顆粒であって、
    ｂ． 構造的一体性を有する体積形状物を画定するＳｉＣ顆粒を有する；
    ｃ． 該体積形状物は空隙を有する；
    ｄ． 該体積形状物は多孔質で、体積形状物は３．１ｇ／ｃｃ未満の見掛け密度を有する。
    ｅ． 該体積形状物は、該成長サイクルにおいて所定のフラックスを提供することができる。
  34. 該所定のフラックスが、均一で一貫したフラックスである、請求項３３に記載の体積形状物。
  35. 該所定のフラックスが、ブールの成長サイクルの最後の２０％の間にブールの成長面の外側領域付近で増加したフラックス密度を有する、請求項３３に記載の容積形状。
  36. 該所定のフラックスが、ブールの成長サイクルの最後の３０％の間にブールの成長面の外側領域付近で増加したフラックス密度を有する、請求項３３に記載の容積形状。
  37. 該所定のフラックスが、ブールの成長サイクルの最後の４０％の間にブールの成長面の外側領域付近で増加したフラックス密度を有する、請求項３３に記載の容積形状。
  38. 以下を備えるＳｉＣの体積形状物：
    ａ． 約０．１μｍ〜約１００μｍの粒径を有するＳｉＣ顆粒であって、
    ｂ． 構造的一体性を有する体積形状物を画定するＳｉＣ顆粒と；
    ｃ． 該ＳｉＣ顆粒を結合し、ブールの成長サイクルにおいて該体積形状物が蒸着装置に配置されたときに構造的一体性を維持することができるようにするバインダーとを有する；
    ｄ． 該体積形状物は、所定のフラックスを提供することができる。
  39. 該所定のフラックスが、均一で一貫したフラックスである、請求項３８に記載の体積形状物。
  40. 該所定のフラックスが、ブールの成長サイクルの最後の２０％の間にブールの成長面の外側領域付近で増加したフラックス密度を有する、請求項３８に記載の体積形状物。
  41. 該所定のフラックスが、ブールの成長サイクルの最後の３０％の間にブールの成長面の外側領域付近で増加したフラックス密度を有する、請求項３８に記載の容積形状。
  42. 以下を備えるＳｉＣの体積形状物：
    ａ． 約０．１μｍから約１００μｍの粒径を有する約１００ｇから約１２，０００ｇのＳｉＣ顆粒であって、
    ｂ． 体積形状物を画定するＳｉＣ顆粒を有する。
    ｃ． 体積形状物は多孔質で、２．９ｇ／ｃｃ未満の見掛け密度を有する。
    ｄ． 該体積形状物は、ブールの成長サイクルにおいて蒸着装置内に配置されたときに、成長サイクル中に一貫した速度のフラックス形成を提供することができる。
  43. 以下を備えるＳｉＣの体積形状物：
    ａ． 約０．１μｍから約１００μｍの粒径を有する約１００ｇから約１２，０００ｇのＳｉＣ顆粒であって、
    ｂ． 体積形状物を画定するＳｉＣ顆粒を有する；
    ｃ． 該体積形状物は空隙を有し；
    ｄ． 該体積形状物は、蒸着装置内に配置されたブールの成長サイクルにおいて、成長サイクル中に一貫した速度のフラックス形成を提供することができる。
  44. 以下を備えるＳｉＣの体積形状物：
    ａ． 約０．１μｍから約１００μｍの粒径を有する約１００ｇから約１２，０００ｇのＳｉＣ顆粒であって、
    ｂ． 体積形状物を画定するＳｉＣ顆粒と；
    ｃ． 該ＳｉＣ顆粒を結合するバインダーとを有する；
    ｄ． 該体積形状物は、ブールの成長サイクルにおいて蒸着装置内に配置されたときに、成長サイクル中に所定の流量ののフラックス形成を提供することができる。
  45. 以下を備えるＳｉＣの体積形状物：
    ａ． 約０．１μｍから約１００μｍの粒径を有する約１００ｇから約１２，０００ｇのＳｉＣ顆粒であって、
    ｂ． 体積形状物を画定するＳｉＣ顆粒と；
    ｃ． 該ＳｉＣ顆粒を結合するバインダーとを有する；
    ｄ． 該体積形状物は多孔質で、容積形状は２．９ｇ／ｃｃ未満の見掛け密度を有する；
    ｅ． 該体積形状物は、ブールの成長サイクル中に蒸着装置内に配置されるたときに、成長サイクル中に均一なフラックス形成を提供することができる。
  46. 以下を備えるＳｉＣの体積形状物：
    ａ． 約０．１μｍから約１００μｍの粒径を有する約１００ｇから約１２，０００ｇのＳｉＣ顆粒であって、
    ｂ． 体積形状物を画定するＳｉＣ顆粒を有する；
    ｃ． 該体積形状物は空隙を有し；
    ｄ． 該体積形状物は、ブールの成長サイクル中に蒸着装置内に配置されたときに、成長サイクル中に均一なフラックス形成を提供することができる。
  47. 以下を備えるＳｉＣブールを成長させる方法：
    ａ． ＳｉＣを含む出発材料を蒸着装置に入れる；
    ｂ． 出発材料をある温度に加熱することにより、ＳｉＣが昇華し、ＳｉおよびＣの種を含むフラックスを形成する；
    ｃ． 該フラックスはブールの成長面に直接隣接して一致し同じ面積の領域を流れる。
    ｄ． 該フラックスは、該領域全体にわたって事前に決定されている。
    ｅ． ブールの成長面にフラックスを堆積させて、ブールの長さを成長させる。
  48. 該フラックスは、ブール成長中、該領域全体にわたって均一である、請求項４７に記載の方法
  49. 該ブールの成長中で、該ブールの長さの少なくとも半分が成長したときに、該フラックスが該ブール面の外側領域付近でより大きい、請求項４７に記載の方法。
  50. 該ブールの該成長面が種結晶である、請求項４７に記載の方法。
  51. ブールの該成長面が該ブールの面である、請求項４７記載の方法。
  52. 成長したブールが単結晶である、請求項４７に記載の方法。
  53. 成長したブールが単一のポリタイプである、請求項４７記載の方法。
  54. 成長したブールが、約３インチから約６インチの直径、約２インチから約８インチの長さ、およびブールの成長面の曲率半径が少なくとも長さの２倍とされる、請求項４７に記載の方法。
  55. 成長したブールが、約３インチから約６インチの直径、約２インチから約８インチの長さ、およびブールの成長面の曲率半径が少なくとも長さの５倍とされている、請求項４７に記載の方法。
  56. 成長したブールが、約３インチから約６インチの直径、約２インチから約８インチの長さ、およびブールの成長面の曲率半径が少なくとも長さの１０倍とされている、請求項４７に記載の方法。
  57. 成長したブールが、約３インチから約６インチの直径、約２インチから約８インチの長さ、および成長面の曲率半径が無限とされている、請求項４７に記載の方法。
  58. ＳｉＣブールを成長させる方法であって、
    ａ．ＳｉＣを含む出発材料を蒸着装置に入れる；
    ｂ．出発材料を加熱してフラックスを生成し、成長サイクルを開始する；
    ｃ．成長サイクル中、ブールの成長面に直接隣接する領域にフラックスを流す；
    ｄ．該フラックス流は、成長サイクル中に所定の速度に維持される。
    ｅ．ブールの成長面にフラックスを堆積させて、ブールの長さを成長させる。
  59. フラックスが一定の流速に維持される、請求項５８記載の方法。
  60. 以下を備えるＳｉＣブールを成長させる方法：
    ａ． ＳｉＣを含む出発材料の体積形状物を蒸着装置に配置する；
    ｂ． 体積形状物を加熱して、ブールの成長サイクル中に指向性フラックスを提供する；
    ｃ． ブールの成長面に指向性フラックスを堆積させて、ブールの長さを成長させる。
  61. 該指向性フラックスは、成長面の外側領域において増大したフラックス密度を提供し、該ブールは、その間に平坦面を有する、請求項６０に記載の方法。
  62. 該ブールが欠陥を有さないようにする、請求項６０に記載の方法。
  63. 請求項６０に記載の方法により成長したブール。
  64. 請求項６３に記載の方法によって成長したブールを得るステップと、該ブールをウエハーに切断するステップとを含む、ウエハーを製造する方法。
  65. 請求項６４に記載の方法により製造されたウエハーを取得すること、およびウエハー上にプリント回路を設けることを含む、電子部品の製造方法。
  66. 請求項６５に記載の方法によって作られた電子部品を取得し、電子部品をシステムに組み立てるシステムの製造方法。
  67. 以下を備える、ブールの単一成長サイクルから多数のデバイスを提供する方法。
    ａ． ＳｉＣを含む出発材料の体積形状物を蒸着装置に配置する；
    ｂ． 体積形状物を加熱して、ブールの成長サイクル中に指向性フラックスを提供する；
    ｃ． ブールの成長面に指向性フラックスを堆積させて、ブールの長さを成長させる。
    ｄ． ブールからウエハーにする。
  68. 該ブールの長さの約８０％が、切断されて欠陥のないウエハーを提供することができる、請求項６７に記載の方法。
  69. 該ブールの長さの約９０％が、切断されて欠陥のないウエハーを提供することができる、請求項６７に記載の方法。
  70. 該ブールの長さの約９５％が、切断されて欠陥のないウエハーを提供することができる、請求項６７に記載の方法。
  71. 該ブールの長さの約９９％が、切断されて欠陥のないウエハーを提供することができる、請求項６７に記載の方法。
  72. ウエハーが、ＭＰＤ（≦０．１ｃｍ―２）、ＴＳＤ（≦３００ｃｍ―２）、およびＢＰＤ（≦５００ｃｍ―２）を有する、請求項６７、６８、または６９に記載の方法。
  73. ウエハーが、２０℃で約１０，０００オーム-ｃｍより大きい抵抗率を有する、請求項６７、６８、または６９に記載の方法。
  74. ウエハーが、２０℃で約１０，０００オーム-ｃｍ以上の抵抗率を有する、請求項６７、６８、または６９に記載の方法。
  75. 炭化ケイ素ブールの蒸着成長に使用する、超純炭化ケイ素粒子とバインダーの複合材料の体積形状物であって、
    ａ．少なくとも９９．９９９％の純度の炭化ケイ素粒子と；
    ｂ．該炭化ケイ素粒子を結合し、体積形状物を画定するバインダーと；
    を有し、
    ｃ．該バインダーは、炭素およびケイ素からなる架橋ポリマー材料を含み、
    ｄ．該バインダーの揮発温度は約３００℃〜７００℃で、これにより該バインダーはＳｉＣブールの成長を妨げず、ＳｉＣブールの品質に悪影響を与えることができないようにした体積形状物。
  76. 炭化ケイ素ブールの蒸着成長に使用する、超純粋な炭化ケイ素粒子とバインダーの複合材料の体積形状物であって、
    ａ．非酸化物形成表面を有するポリマー由来の少なくとも９９．９９９９％の純度の炭化ケイ素粒子；と
    ｂ．該炭化ケイ素粒子を結合し、それによって体積形状物を画定するバインダーと；
    を有し、
    ｃ．該バインダーは、ポリマー由来の炭化ケイ素粒子の揮発温度よりも低い揮発温度を有し、これにより、該バインダーはＳｉＣブールの成長を妨げず、ＳｉＣブールの品質に悪影響を与えることができないようにされている体積形状物。
  77. 約１０％から約３０％の空隙容積の多孔度を有する、請求項７６に記載の体積形状物。
  78. 約５％から約４０％の空隙容積の多孔度を有する、請求項７６に記載の容積形状。
  79. 該バインダーの揮発温度が、該炭化ケイ素粒子の揮発温度より少なくとも５００℃低い、請求項７６に記載の体積形状物。
  80. 該バインダーの揮発温度は、該炭化ケイ素粒子の揮発温度より少なくとも７００℃低い、請求項７６に記載の体積形状物。
  81. 該バインダーの揮発温度は、該炭化ケイ素粒子の揮発温度より少なくとも１，０００℃低い、請求項７６に記載の体積形状物。
  82. 炭化ケイ素ブールの蒸着成長に使用するための超純粋な炭化ケイ素粒子とバインダーの複合材料の体積形状物であって、
    ａ． 少なくとも９９．９９９％純粋であり、約０．１μｍ〜約２０．０μｍのＤ５０粒径を有する炭化ケイ素粒子と；
    ｂ． 該炭化ケイ素粒子を結合し、それによって体積形状物を画定するバインダーと；
    を有し、
    ｃ． 該バインダーは、炭素およびケイ素を含む架橋ポリマー材料を含み、
    ｄ． 該バインダーの揮発温度は約３００℃〜９００℃とされ、これにより、バインダーはブールの成長を妨げることができず、ブールの品質に悪影響を与えることができないようにした体積形状物。
  83. 約１０ＧＰａから約３００ＧＰａの弾性モジュールを有する、請求項８２に記載の体積形状物。
  84. 約３００Ｋｇ／ｍｍ２から約２，０００Ｋｇ／ｍｍ２の硬度を有する、請求項８２に記載の体積形状物。
  85. 炭化ケイ素ブールの蒸着成長に使用するための超純粋な炭化ケイ素粒子とバインダーの複合材料の体積形状物であって、
    ａ．少なくとも９９．９９９％の純度であり、５μｍ以下の平均粒子サイズで、１０％以下が１０μｍより大きい炭化ケイ素粒子と
    ｂ． 該炭化ケイ素粒子を一緒に結合し、それによって体積形状物を画定するバインダーと；
    を有し、
    ｃ． 該バインダーは、炭素およびケイ素を含む架橋ポリマー材料を含み、
    ｄ． 該バインダーの揮発温度は約３００℃〜９００℃で、これにより、ブールの成長を妨げることができず、ブールの品質に悪影響を与えることができないようにした体積形状物。
  86. 蒸着装置内でブールを成長させる方法であって、
    ａ． 超純炭化ケイ素粒子とバインダーの複合材料の体積形状物を蒸着装置に配置するステップで、該体積形状物は、
    ｉ． 非酸化物形成表面を有する少なくとも９９．９９９９％の純度のポリマー由来の炭化ケイ素粒子と
    ｉｉ． 炭化ケイ素粒子を一緒に結合し、それによって体積形状物を画定するバインダーとを有し；
    ｉｉｉ． 該バインダーは、シリコン、炭素、およびブールに機能性を提供するための添加剤を含み、
    ｉｖ． 該バインダーは、ポリマー由来の炭化ケイ素粒子の揮発温度以下の揮発温度を有し、添加剤は、ポリマー由来のセラミックＳｉＣ粒子の揮発温度付近の揮発温度を有する蒸着装置に配置するステップ、
    ｂ． 該体積形状物を蒸発させて蒸気を形成するステップと；
    ｃ． 基材上に該蒸気を堆積させてブールを形成するステップと；
    ｄ． これにより、該バインダーはブールに機能性を提供せず、添加剤はブールに所定の機能を提供することができるようにした方法。
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