JP7096315B2 - 高純度顆粒α相炭化珪素粉末の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は二酸化珪素－カーボン複合体を用いた高純度顆粒α相炭化珪素粉末の製造方法に関するもので、より詳しくは液状の珪素化合物及び炭素化合物を出発原料として使用してゾルゲル工程で二酸化珪素網目構造内に炭素化合物が均質に分散されたゲルを製造した後、前記ゲルの内部の炭素化合物が移動しないように乾燥させ、これを熱処理して前記炭素化合物を熱分解することにより、大きさが５ｎｍ以下の炭素粒子が均一に分布された二酸化珪素－カーボン複合体を製造し、製造された二酸化珪素－カーボン複合体を用いて熱炭素還元反応によって炭化珪素を製造する。より詳しくは二酸化珪素－カーボン複合体内の炭素／珪素のモル比、熱処理温度及び維持時間の調節によって平均粒度を調節することができる高純度顆粒α相炭化珪素粉末の製造方法に関するものである。

最近、電力半導体市場で半導体の小型化及び電力損失の最小化のために大きなバンドギャップと高い絶縁破壊特性を有する材料の必要性が高まっており、現在、珪素電力用半導体素子の代わりをする炭化珪素電力半導体の需要が急増しており、それによる炭化珪素単結晶生産のための投資が増えており、炭化珪素単結晶市場の規模も急速に大きくなっている。

電力半導体用炭化珪素単結晶を製造するために、Ｓｉ溶液でＳｉＣ単結晶を成長させるＬＰＥ（ｌｉｑｕｉｄ ｐｈａｓｅ ｅｐｉｔａｘｙ）方法、ＣＶＤ法及びＰＶＴ（ｐｈｙｓｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ）方法などの多様な単結晶成長工程技術が開発されているが、現在まではＰＶＴ（ｐｈｙｓｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ）方法で欠陷を最小化した８インチ炭化珪素単結晶ウエハーが商用化されている。ＰＶＴ方法による炭化珪素単結晶成長工程では原料として使われる炭化珪素粉末の大きさ及び純度だけではなく粉末の充填密度などのさまざまな粉末特性が炭化珪素単結晶の特性及び成長速度を決定する重要な要因と知られているが、単結晶の成長に使われる炭化珪素粉末の特性についての情報及び市場はオープンされずに単結晶及びウエハー生産業で独自的に生産され、炭化珪素原料粉末は内在化している実情である。

代表的な炭化珪素顆粒粉末の製造方法としてアチソン（Ａｃｈｅｓｏｎ）法が広く適用されている。アチソン法は工程が単純で低価の出発原料を使うから大量の炭化珪素粉末を経済的に製造することができる利点があるが、製造された炭化珪素の純度が９９．９９％以下であり、炭化珪素塊（ｉｎｇｏｔ）として製造されるので炭化珪素塊を粉砕する粉末化工程が要求され、工程中に不純物の流入の機会を提供することになって酸洗のような追加的な精製工程を遂行しなければならない。よって、前記アチソン法で製造された炭化珪素粉末は純度が高くなくて炭化珪素単結晶製造用原料として適用するのには限界がある。

米国登録特許第５，８６３，３２５号（特許文献１）では、前記工程で製造された炭化珪素粉末の金属不純物は数ｐｐｍの高純度炭化珪素顆粒粉末が合成されており、前記製造された炭化珪素粉末を単結晶原料として使うための最適化した熱処理工程が報告されたことがある。前記特許文献１の発明では、１８００℃でβ相の炭化珪素粉末を製造した後、１９００～２１００℃の温度で３～６回の熱サイクル処理を実施して粉末の粒度を２００μｍ級に成長させたが、熱処理時間と熱処理工程時の多くのサイクルが繰り返される複雑な工程が欠点として指摘される。

また、米国登録特許公報第６，６２７，１６９号（特許文献２）では、熱炭素還元工程の際に発生するＣＯ気体の量を測定して炭化珪素粉末の平均粒度を調節する技術が報告されたことがあるが、一般的に知られた単結晶成長用に要求される炭化珪素粉末の大きさに及ぶことができなかった。

また、韓国登録特許第１０－１６７８６２２号（特許文献３）では、二酸化珪素－カーボン多孔質複合体を形成した後、金属の珪素を添加した後、１２００～１４００℃の温度で１次加熱した後、～１８００℃の温度で最終熱処理を実施する方法が提案されている。

また、韓国公開特許第１０－２０１５－０１２３１１４（特許文献４）では、炭素源と珪素源の混合物から炭化工程（８００～１１００℃）及び合成工程（～１９００℃）を経て微粒の炭化珪素粉末を形成した後、炭素源をさらに混合する工程を実施し、２１００～２２００℃温度で熱処理を実施することにより、１～３００μｍの大きさを有するα相又はβ相の炭化珪素粉末を提供する方法が提案されている。

前述した従来方法によれば、炭化珪素顆粒粉末を製造するのに繰り返される熱処理及び原料の追加的な混合などの過程が要求されて経済的な製造が難しいという問題があるので、高純度α相炭化珪素顆粒粉末を経済的に製造することができる工程改善が要求される。

米国登録特許第５，８６３，３２５号公報 米国登録特許第６，６２７，１６９号公報 韓国登録特許第１０－１６７８６２２号公報 韓国公開特許第１０－２０１５－０１２３１１４号公報

前述した従来の炭化珪素顆粒粉末の製造方法で指摘された問題点である高純度出発原料の使用、複雑な製造工程、顆粒粉末の収率及び純度の改善必要性などを解決することを本発明が解決しようとする課題とする。

また、本発明の他の目的は、前記方法で製造された高純度顆粒α相炭化珪素粉末を提供することである。

前述した課題の解決のために、本発明は、Ｉ）液状の珪素化合物及び炭素化合物を含む出発原料をゾルゲル工程で反応させることにより、二酸化珪素網目構造内に炭素化合物が分散されているゲルを製造する段階と、ＩＩ）前記ゲルを１次熱処理して前記炭素化合物を熱分解することにより、ナノサイズの炭素粒子を含む二酸化珪素－カーボン複合体を製造する段階と、ＩＩＩ）前記二酸化珪素－カーボン複合体を前記１次熱処理より高温で２次熱処理して顆粒α相炭化珪素粉末を得る段階とを含む、高純度顆粒α相炭化珪素粉末の製造方法を提供する。

前記珪素化合物は、オルト珪酸テトラエチル（ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌ ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ、ＴＥＯＳ）、オルト珪酸テトラメチル（ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ、ＴＭＯＳ）及びこれらの組合せからなる群から選択されるものを含むことができる。

前記炭素化合物は、フェノール樹脂、蔗糖（ｓｕｃｒｏｓ）、麦芽糖（ｍａｌｔｏｓｅ）、フラン（ｆｒａｎｃ）、乳糖（ｌａｃｔｏｓｅ）、ポリイミド（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）、キシレン（ｘｙｌｅｎｅ）及びこれらの組合せからなる群から選択されるものを含むことができる。

前記出発原料において珪素原子と炭素原子のモル比（Ｃ／Ｓｉ）は１：１．６～３．０であることができる。

前記ゾルゲル工程は、前記出発原料を溶媒に投入し、触媒剤を添加してから撹拌することができる。

前記触媒剤は、シュウ酸、マレイン酸、硝酸、塩酸、アクリル酸、トルエンスルホン酸及びこれらの組合せからなる群から選択されるものを含む酸（ａｃｉｄ）と、アルカリ金属の水酸化物、アンモニア水、ヘキサメチレンテトラアミン及びこれらの組合せからなる群から選択されるものを含む塩基（ｂａｓｅ）とを含むことができる。

前記撹拌は、４００～２０００ｒｐｍの速度及び２５～６０℃の温度で遂行することができる。

前記ゲルを１次熱処理するに先立ち、前記ゲルを乾燥する段階をさらに含むことができる。

前記１次熱処理は、前記ゲルを２～５℃／ｍｉｎの昇温速度で１１００～１２５０℃まで加熱して二酸化珪素－カーボン複合体を製造することができる。

前記二酸化珪素－カーボン複合体に含まれた炭素粒子の平均粒度は５ｎｍ以下であることができる。

前記二酸化珪素－カーボン複合体を２次熱処理するに先立ち、前記二酸化珪素－カーボン複合体を３００μｍ以下の大きさに分級する段階をさらに含むことができる。

前記２次熱処理は、前記二酸化珪素－カーボン複合体を５～１５℃／ｍｉｎの昇温速度で２０００～２１００℃まで加熱して顆粒α相炭化珪素粉末を得ることができる。

前記製造方法は、追加的な原料の投入がないことができる。

前記顆粒α相炭化珪素粉末は、平均粒度が７０～５００μｍ、粒度分布（ｄ_９０／ｄ_１０）が５以下、純度が９９．９９９５重量％以上であることができる。

本発明の製造方法によれば、平均粒度が７０～５００μｍであり、粒度分布（ｄ_９０／ｄ_１０）が５以下であって粒度が均一であり、金属不純物の含量が１０ｐｐｍ以下の高純度顆粒α相炭化珪素粉末を複雑な熱処理工程及び追加原料の混合工程なしに簡素化した工程で製造することができるから経済性及び収率を高めることができる。

また、本発明の製造方法によれば、二酸化珪素－カーボン複合体の製造に使われる珪素源と炭素源の組成変化及び熱処理温度及び維持時間によって炭化珪素粉末の大きさ、粒度及び純度を効果的に制御することが可能である。

以上の本発明の目的、他の目的、特徴及び利点は添付図面に基づく以下の好適な実施例によって易しく理解可能であろう。しかし、本発明はここで説明する実施例に限定されず、他の形態に具体化することもできる。むしろ、ここで紹介する実施例は開示の内容が徹底的で完全になるように、かつ通常の技術者に本発明の思想が充分に伝達されるようにするために提供するものである。

各図の説明において類似の参照符号を類似の構成要素に付けた。添付図面において、構造物の寸法は本発明の明確性のために実際より拡大して示すものである。第１、第２などの用語は多様な構成要素を説明するのに使うことができるが、前記構成要素は前記用語に限定されてはいけない。前記用語は一構成要素を他の構成要素と区別する目的のみで使われる。例えば、本発明の権利範囲を逸脱しない範疇内で第１構成要素は第２構成要素と名付けることができ、同様に第２構成要素も第１構成要素と名付けることができる。単数の表現は文脈上明らかに他に指示しない限り、複数の表現を含む。

本明細書で、“含む”又は“有する”などの用語は明細書上に記載した特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品又はこれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするものであり、一つ又はそれ以上の他の特徴、数字、段階、動作、構成要素、部分品又はこれらを組み合わせたものなどの存在又は付加の可能性を予め排除しないものと理解されなければならない。また、層、膜、領域、板などの部分が他の部分“上に”あると言う場合、これは他の部分の“すぐ上に”ある場合だけではなく、その中間に他の部分がある場合も含む。反対に、層、膜、領域、板などの部分が他の部分の“下に”あると言う場合、これは他の部分の“すぐ下に”ある場合だけではなく、その中間に他の部分がある場合も含む。

他に明示しない限り、本明細書で使用した成分、反応条件、ポリマー組成物及び配合物の量を表現する全ての数字、値及び／又は表現は、このような数字が本質的に他のものの中でこのような値を得るのに発生する測定の多様な不確実性が反映された近似値であるので、全ての場合に“約”という用語で修飾されるものと理解されなければならない。また、以下の記載で数値範囲を開示する場合、このような範囲は連続的であり、他に指示しない限り、このような範囲の最小値から最大値が含まれた前記最大値までの全ての値を含む。さらに、このような範囲が整数を指示する場合、他に指示しない限り、最小値から最大値が含まれた前記最大値までを含む全ての整数が含まれる。

本発明は液状の珪素化合物及び炭素化合物を原料として使用して製造したもので、炭素化合物の熱分解によって生成されたナノサイズの炭素粒子が均一に分布されている二酸化珪素－カーボン（ＳｉＯ_２－Ｃ）複合体及びその製造方法に関するものである。

また、本発明は、前述した二酸化珪素－カーボン（ＳｉＯ_２－Ｃ）複合体を特定の加熱温度で熱処理工程で熱炭素還元反応させて製造した高純度顆粒α相炭化珪素粉末及びその製造方法に関するものである。

本発明が特徴とするナノサイズ炭素が均一に分布された二酸化珪素－カーボン（ＳｉＯ_２－Ｃ）複合体の製造方法と、高純度顆粒α相炭化珪素粉末の製造方法を一連の製造段階で示せば次のようである。

Ｉ）液状の珪素化合物及び炭素化合物を含む出発原料をゾルゲル工程で加水分解反応及びゲル化反応させることにより、二酸化珪素網目構造内に炭素化合物が均質に分散されているゲルを製造する段階と、
ＩＩ）前記ゲルを乾燥し、乾燥されたゲルを２～５℃／ｍｉｎの昇温速度で１１００～１２５０℃まで加熱して１次熱処理することにより、前記炭素化合物が熱分解して生成されたナノサイズの炭素粒子が均一に分布されている二酸化珪素－カーボン複合体を製造する段階と、
ＩＩＩ）前記二酸化珪素－カーボン複合体を不活性雰囲気又は真空雰囲気で５～１５℃／ｍｉｎの昇温速度で２０００～２１００℃温度まで加熱する２次熱処理工程で熱炭素還元反応させて顆粒α相炭化珪素粉末を得る段階。

以下、本発明を一具現例に基づいてより詳細に説明する。

本発明の前記Ｉ）段階では、液状の珪素化合物及び炭素化合物を出発原料として使い、これらの出発原料を混合した後、触媒剤を添加して珪素化合物を加水分解させるゾルゲル工程によって二酸化珪素網目構造内に炭素化合物が均一に分散されたゲルを製造する段階を経る。
本発明の好適な具現例によれば、前記液状の珪素化合物としては、全てのシリコンアルコキシド類及びポリエチルシリケートの中で選択される１種以上を使うことができる。具体的に、前記珪素化合物は、オルト珪酸テトラエチル（ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌ ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ、ＴＥＯＳ）、オルト珪酸テトラメチル（ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ、ＴＭＯＳ）及びこれらの組合せからなる群から選択されるものを含むことができる。

本発明の好適な具現例によれば、前記炭素化合物としては、有機炭素化合物であるフェノール樹脂類及び多糖類（ｓｕｃｒｏｓｅ）の中で選択される１種以上を使うことができる。具体的に、前記炭素化合物は、フェノール樹脂、蔗糖（ｓｕｃｒｏｓｅ）、麦芽糖（ｍａｌｔｏｓｅ）、フラン（ｆｒａｎｃ）、乳糖（ｌａｃｔｏｓｅ）、ポリイミド（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）、キシレン（ｘｙｌｅｎｅ）及びこれらの組合せからなる群から選択されるものを含むことができる。

本発明の好適な具現例によれば、前記出発原料において珪素原子と炭素原子のモル比（Ｃ／Ｓｉ）は１：１．６～３．０であることができる。前記炭素原子のモル比が増加するほど、製造された炭化珪素粉末の粒度は微細に減少する傾向を現す。一方、炭素原子のモル比が１．６未満であれば炭化珪素合成の際に合成収率が急激に減少することがあり、３．０を超えれば過量の炭素が炭化珪素への相変化を抑制し、β相炭化珪素粉末の相変化による顆粒のα相炭化珪素粉末の生成が難しく、よって製造された炭化珪素粉末の粒度が小さく、粒度分布（ｄ_９０／ｄ_１０）が広くなることがある。

前記出発原料の混合では、通常の撹拌方法で４００～２０００ｒｐｍの速度で常温（２５℃）～６０℃で撹拌して均質な液状ゾル（ｓｏｌ）を製造することができる。

本発明の好適な具現例によれば、前記出発原料の混合過程で通常の撹拌速度より高い速度で撹拌することが特徴的である。これは、前記炭素化合物が含んでいる炭素源の大きさを小さくて均質にして二酸化珪素網目構造に均質に分布させるためである。

本発明の好適な具現例によれば、前記出発原料の溶解に使われる溶媒は、水、アルコール又はアルコール水溶液であり、前記溶媒は、前記珪素化合物１モルに対して１０モル以下、好ましくは１～５モルの範囲で使うことができる。具体的に、前記溶媒は、水、メタノール、エタノール、メタノール水溶液又はエタノール水溶液を使うことができる。また、出発原料の均一な混合と不純物混入の防止のために、全ての容器及び装置に金属及び金属化合物の流入の少ないテフロンをコートして使用することによって混合することができる。

本発明の好適な具現例によれば、前記出発原料を混合して撹拌するとき、珪素化合物の加水分解反応及びゲル化反応の触媒剤として酸又は塩基水溶液を添加し、前記酸又は塩基水溶液は前記珪素化合物内の珪素元素（Ｓｉ）に対して酸又は塩基のモル比が０．２以下、具体的には０．０１～０．２モルであり、水のモル比が１０以下、具体的には１～１０モルになるように酸又は塩基と水を混合したものであることができる。

本発明の好適な具現例によれば、前記珪素化合物の加水分解及びゲル化反応に使われる触媒剤としての酸は、シュウ酸、マレイン酸、硝酸、塩酸、アクリル酸、トルエンスルホン酸及びこれらの組合せからなる群から選択されるものを含むことができ、塩基はアルカリ金属の水酸化物（代表的に、水酸化ナトリウム）、アンモニア水、ヘキサメチレンテトラアミン及びこれらの組合せからなる群から選択されるものを含むことができる。

本発明の前記ＩＩ）段階では、前記ゲルを乾燥し、乾燥されたゲルを１１００～１２５０℃で一定時間熱処理することにより、前記炭素化合物の熱分解によって生成されたナノサイズの炭素粒子が均一に分布されている二酸化珪素－カーボン複合体を製造する段階を経る。

本発明の好適な具現例によれば、前記ゲルを蒸溜水に浸漬してアルコール成分を希釈した後、オーブンなどで４０～８０℃の温度で乾燥させ、乾燥されたゲルを不活性雰囲気又は真空雰囲気で昇温速度２～５℃／ｍｉｎで１１００～１２５０℃まで昇温させ、０．５～３時間の間に１次熱処理することにより、ナノサイズの炭素粒子が均質に分布された二酸化珪素－カーボン（ＳｉＯ_２－Ｃ）複合体を製造することができる。

以上で説明した製造方法によって製造された二酸化珪素－カーボン（ＳｉＯ_２－Ｃ）複合体は二酸化珪素網目構造の間に５ｎｍ以下の炭素粒子が均一に分布されているものであることができる。このように製造された二酸化珪素－カーボン複合体は本発明による高純度顆粒α相炭化珪素粉末の製造のための原料として好ましく使われることができる。

一方、本発明の好適な具現例によれば、前記二酸化珪素－カーボン複合体を高純度顆粒α相炭化珪素粉末のための原料として使うに先立ち、一定の大きさに分級することができる。これは最終的に得られる顆粒α相炭化珪素粉末の粒度分布（ｄ_９０／ｄ_１０）を均一にするためであり、例えば、前記二酸化珪素－カーボン複合体を３００μｍ以下の大きさに分級し、これを後述する２次熱処理の対象とすることができる。

本発明の前記ＩＩＩ）段階は前記二酸化珪素－カーボン複合体を不活性雰囲気又は真空雰囲気で５～１５℃／ｍｉｎの昇温速度で２０００～２１００℃まで加熱して２次熱処理する工程で、熱炭素還元反応によって高純度顆粒のα相炭化珪素粉末を製造する段階である。

本発明の好適な具現例によれば、前記二酸化珪素－カーボン複合体を高純度真空炉、例えば高純度黒鉛真空炉に高充填率で装入した後、アルゴン不活性雰囲気又は真空（１０^－１Ｔｏｒｒ以下）雰囲気で２次熱処理工程を遂行するにあたり、熱処理温度と維持時間を変化させることにより、狭い粒度分布を有する高純度顆粒α相炭化珪素粉末を多様な平均粒度に調節して製造することができる。

本発明の好適な具現例によれば、顆粒のα相炭化珪素粉末製造のための２次熱処理工程は、不活性雰囲気又は真空雰囲気で５～１５℃／ｍｉｎの昇温速度で２０００～２１００℃まで加熱し、１０分～５時間維持しながら熱処理する工程を遂行して高純度炭化珪素顆粒粉末を製造することができる。

本発明の好適な具現例によれば、前記方法で製造された炭化珪素粉末は平均粒度７０～５００μｍの大きさを有し、粒度分布（ｄ_９０／ｄ_１０）は５以下の均一な粒度を有し、不純物含量が１０ｐｐｍ以下であり、純度が９９．９９９５重量％以上であることができる。

本発明によれば、ゾルゲル工程によって二酸化珪素網目構造内に炭素化合物が均質に分散されたゲルを製造し、このように製造されたゲルを乾燥及び熱処理することにより、熱分解によって生成されたナノサイズの炭素粒子が均一に分布されている二酸化珪素－炭素複合体を製造することができ、これを用いて高純度顆粒α相炭化珪素粉末を製造することができる。

本発明によれば、出発原料の組成変化と熱処理工程の温度及び加熱時間の調節などによって高純度顆粒のα相炭化珪素粉末の大きさを効果的に制御することができる。

本発明によれば、高純度顆粒α相炭化珪素粉末を合成するために、追加的な出発原料の投入工程を排除し、反復的な熱サイクルを有しない簡単な熱処理工程で熱炭素還元反応を進行させて最大５００μｍサイズの高純度の顆粒α相炭化珪素粉末を製造することができるので、炭化珪素粉末製造工程の信頼性を向上させ、製造された炭化珪素粉末は高い経済性を有し、単結晶成長工程に幅広く適用することができる。

したがって、本発明は工程上有利であり、超高純度炭化珪素粉末の製造コストを低めることができるから、従来のＰＶＴ（ｐｈｙｓｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ）方法による電力半導体製造用炭化珪素単結晶ウエハーの製造コストを低めることができる経済的な効果がある。

以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明するが、本発明が実施例によって限定されるものではない。

実施例１～３
高純度の顆粒α相炭化珪素粉末を製造するために、液状珪素化合物としては、金属不純物含量が２０ｐｐｍ以下のオルト珪酸テトラエチル（ＴＥＯＳ、ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌ ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）を使い、炭素化合物としては金属不純物含量が１００ｐｐｍ級の固状フェノールレジン（ノボラックタイプ）を使った。前記ＴＥＯＳ及びフェノールレジンは、熱処理後の残留炭素量を考慮して、珪素原子と炭素原子のモル比が１：１．６～３．０になるようにそれぞれ測量して準備した。

具体的に、表１に示す含量比で炭素化合物と珪素化合物を混合して撹拌した。すなわち、炭素化合物であるフェノールレジンを珪素化合物１モルに対して４モルのエタノールに溶解させた後、珪素化合物であるＴＥＯＳを添加し、２０００ｒｐｍの撹拌速度で常温で充分に混合して撹拌した。充分に混合された出発原料溶液に、珪素化合物の珪素元素（Ｓｉ）に対して硝酸０．０７モルと水２モルが混合された硝酸水溶液を添加し、常温でゲルになるまで撹拌した。

フェノールレジンが均質に分散されたゲルを高純度蒸溜水に浸漬してアルコール成分を低め、前記ゲルを約８０℃で約２４時間乾燥させた。乾燥されたゲルを高純度黒鉛るつぼに入れて石英反応炉に装入した後、窒素ガス雰囲気で５℃／ｍｉｎの速度で１２００℃まで昇温し、０．５時間の間に１次熱処理することによって二酸化珪素－炭素（ＳｉＯ_２－Ｃ）複合体を製造した。前記製造された二酸化珪素－炭素複合体内の熱分解された炭素の大きさは２ｎｍ以下であり、二酸化珪素－炭素複合体は３００μｍ以下の大きさに分級して顆粒α相炭化珪素粉末製造のための熱処理過程に使った。
前記分給された二酸化珪素－炭素複合体を高純度黒鉛るつぼに６０％の充填率で入れて高純度黒鉛真空炉（ｇｒａｐｈｉｔｅ ｆｕｒｎａｃｅ）に装入し、真空雰囲気（１０^－２ｔｏｒｒ）で１０℃／ｍｉｎの昇温速度で２０００℃まで加熱した後、３時間の間に２次熱処理することによって顆粒のα相炭化珪素粉末を製造した。

前記実施例１～３で製造した二酸化珪素－炭素複合体として顆粒α相炭化珪素粉末の特性は下記の表１にまとめて示す。

実施例４～５
前記実施例１と同様な方法で二酸化珪素－炭素複合体を製造し、炭素原子／珪素原子のモル比は２．３に固定した。

二酸化珪素－炭素複合体を高純度黒鉛るつぼに６０％の充填率で入れて高純度黒鉛真空炉（ｇｒａｐｈｉｔｅ ｆｕｒｎａｃｅ）に装入し、真空雰囲気（１０^－２ｔｏｒｒ）で２次熱処理するにあたり、昇温速度を１０℃／ｍｉｎにして２１００℃温度まで加熱し、維持時間をそれぞれ１時間、３時間に調節することにより、高純度の顆粒α相炭化珪素粉末を合成した。

前記実施例４～５で製造した顆粒α相炭化珪素粉末の特性は下記表２にまとめて示す。

本発明による顆粒α相炭化珪素粉末はＰＶＴ方法による炭化珪素単結晶製造工程の原料のための原料として適用可能である。

Claims (13)

1. Ｉ）液状の珪素化合物及び炭素化合物を含む出発原料をゾルゲル工程で反応させることにより、二酸化珪素網目構造内に炭素化合物が分散されているゲルを製造する段階と、
   ＩＩ）前記ゲルを１次熱処理して前記炭素化合物を熱分解することにより、ナノサイズの炭素粒子を含む二酸化珪素－カーボン複合体を製造する段階と、
   ＩＩＩ）前記二酸化珪素－カーボン複合体を前記１次熱処理より高温で２次熱処理してα相炭化珪素粉末を得る段階とを含み、
   前記ゾルゲル工程は、液状の前記珪素化合物及び液状の前記炭素化合物を４００～２０００ｒｐｍの速度で撹拌し、
   前記１次熱処理は、前記ゲルを２～５℃／ｍｉｎの昇温速度で１１００～１２５０℃まで加熱して二酸化珪素－カーボン複合体を製造する、高純度α相炭化珪素粉末の製造方法。
2. 前記珪素化合物は、オルト珪酸テトラエチル（ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌ ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ、ＴＥＯＳ）、オルト珪酸テトラメチル（ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ、ＴＭＯＳ）及びこれらの組合せからなる群から選択されるものを含む、請求項１に記載の高純度α相炭化珪素粉末の製造方法。
3. 前記炭素化合物は、フェノール樹脂、蔗糖、麦芽糖（ｍａｌｔｏｓｅ）、フラン、乳糖（ｌａｃｔｏｓｅ）、ポリイミド（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）、キシレン（ｘｙｌｅｎｅ）及びこれらの組合せからなる群から選択されるものを含む、請求項１に記載の高純度α相炭化珪素粉末の製造方法。
4. 前記出発原料において珪素原子と炭素原子のモル比（Ｃ／Ｓｉ）は、１：１．６～３．０である、請求項１に記載の高純度α相炭化珪素粉末の製造方法。
5. 前記ゾルゲル工程は、前記出発原料を溶媒に投入し、触媒剤を添加してから撹拌する、請求項１に記載の高純度α相炭化珪素粉末の製造方法。
6. 前記触媒剤は、
   シュウ酸、マレイン酸、硝酸、塩酸、アクリル酸、トルエンスルホン酸及びこれらの組合せからなる群から選択されるものを含む酸（ａｃｉｄ）、又は、
   アルカリ金属の水酸化物、アンモニア水、ヘキサメチレンテトラミン及びこれらの組合せからなる群から選択されるものを含む塩基（ｂａｓｅ）を含む、請求項５に記載の高純度α相炭化珪素粉末の製造方法。
7. 前記撹拌は、２５～６０℃の温度で遂行する、請求項１に記載の高純度α相炭化珪素粉末の製造方法。
8. 前記ゲルを１次熱処理するに先立ち、前記ゲルを乾燥する段階をさらに含む、請求項１に記載の高純度α相炭化珪素粉末の製造方法。
9. 前記二酸化珪素－カーボン複合体に含まれた炭素粒子の平均粒度は５ｎｍ以下である、請求項１に記載の高純度α相炭化珪素粉末の製造方法。
10. 前記二酸化珪素－カーボン複合体を２次熱処理するに先立ち、前記二酸化珪素－カーボン複合体を３００μｍ以下の大きさに分級する段階をさらに含む、請求項１に記載の高純度α相炭化珪素粉末の製造方法。
11. 前記２次熱処理は、前記二酸化珪素－カーボン複合体を５～１５℃／ｍｉｎの昇温速度で２０００～２１００℃まで加熱してα相炭化珪素粉末を得る、請求項１に記載の高純度α相炭化珪素粉末の製造方法。
12. 追加的な原料の投入がないことを特徴とする、請求項１に記載の高純度α相炭化珪素粉末の製造方法。
13. 前記α相炭化珪素粉末は、平均粒度が７０～５００μｍであり、ｄ _９０／ｄ_１０ が５以下である粒度分布を有し、純度が９９．９９９５重量％以上である、請求項１に記載の高純度α相炭化珪素粉末の製造方法。