一种碳化硅石墨复合坩埚及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种碳化硅石墨复合坩埚及其制备方法与应用，所述制备方法包括如下步骤：（1）含氧气氛下热处理石墨坩埚的内腔；（2）热处理完成后，内腔表面涂覆含硅浆料，烘干固化，得到含硅涂层；（3）真空环境下加热石墨坩埚，冷却后，得到所述碳化硅石墨复合坩埚。本发明专利技术制备得到的碳化硅石墨复合坩埚可以作为TSSG法生长SiC单晶的容器和Si源，能够稳定生长过程中Si元素的含量，适合长时间稳定生长SiC单晶。适合长时间稳定生长SiC单晶。适合长时间稳定生长SiC单晶。

【技术实现步骤摘要】
一种碳化硅石墨复合坩埚及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于半导体
，涉及一种石墨坩埚，尤其涉及一种碳化硅石墨复合坩埚及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]碳化硅是代表性的第三代宽禁带半导体材料，在新能源汽车、储能等领域有着广泛的应用前景。顶部籽晶溶液法(TSSG)是生长SiC晶体的常见方法，TSSG一般使用石墨坩埚盛放Si原料和助溶剂，采用感应加热或电阻加热方法，使Si原料和助溶剂熔化形成溶液，石墨坩埚的碳元素逐渐溶解于溶液中，并接近饱和浓度。由于籽晶处的溶液温度低，处于溶质过饱和状态，使得SiC在籽晶上逐渐析出并生长。
[0003]在TSSG法中，籽晶附近处SiC的析出消耗了溶液中的Si和C。不同于C元素，Si元素并不能从石墨坩埚处得到补充。因此，石墨坩埚中的Si元素含量呈现逐渐下降的状态，这一方面会导致溶液从SiC饱和逐渐向其它碳化物饱和转变，导致SiC析出过程停止；另一方面，SiC籽晶附近的Si元素含量的减少也会导致生长不稳定，晶体内出现溶剂包裹等缺陷。因此，为了保持TSSG法中SiC单晶的稳定生长，需要在生长SiC过程中提供Si源。
[0004]为了稳定生长SiC，可在石墨坩埚表面制备富含Si的涂层。CN103787694A公开了一种原位反应法制备石墨坩埚表面的SiC涂层的方法，包括如下步骤：将打磨好的涂层用石墨坩埚埋覆于发热用石墨坩埚内的硅粉中，得预反应物料；预反应物料放置在超音频感应加热炉中，在1300℃、惰性气体保护下反应60
‑
90min。即CN103787694A利用原位反应在石墨坩埚的表面通过固相反应生成了厚度均匀的SiC涂层。
[0005]CN105503265A公开了一种石墨加热炉内石墨热场表面制备SiC涂层的方法，包括将炉内气压抽至1~10
‑2Pa，然后将石墨加热炉内温度提升至100~150℃；维持炉内气压不变，将溶度为30
‑
50%的硅溶胶溶液从炉内顶部吸入真空炉内，溶液吸入的流量为100
‑
1000mL/min，时间为1
‑
5min；在100
‑
150℃保温1h后，将石墨加热炉内温度提升至200
‑
400℃，升温速率为3
‑
6℃每分钟，保温1
‑
2h；将石墨加热炉内温度升高至1450
‑
1600℃，升温速率为4
‑
8℃每分钟，保温2
‑
6h，停止保温，冷却后，加热炉内碳素材料表面具有碳化硅涂层。
[0006]上述现有技术在石墨坩埚内表面处的SiC的厚度较薄，难以为TSSG法生长SiC单晶体提供稳定的Si源。
[0007]为此，需要提供一种能够制备厚度较厚且无溶剂夹杂的SiC单晶的碳化硅石墨复合坩埚及其制备方法与应用。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种碳化硅石墨复合坩埚及其制备方法与应用，所述制备方法得到的碳化硅石墨复合坩埚可以作为TSSG法生长SiC单晶的容器和Si源，能够稳定生长过程中Si元素的含量，适合长时间稳定生长SiC单晶。
[0009]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0010]第一方面，本专利技术提供了一种碳化硅石墨复合坩埚的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
[0011]（1）含氧气氛下热处理石墨坩埚的内腔；
[0012]（2）热处理完成后，内腔表面涂覆含硅浆料，烘干固化，得到含硅涂层；
[0013]（3）真空环境下加热石墨坩埚，冷却后，得到所述碳化硅石墨复合坩埚。
[0014]本专利技术提供的制备方法，首先在含氧气氛下热处理石墨坩埚，使坩埚内腔表面的石墨与氧气发生反应，生成的CO2气体随着气体离开坩埚内腔；随着热处理的持续，石墨坩埚的内腔表面形成多孔结构；而后，通过涂覆含硅浆料，在石墨坩埚的内腔表面形成含硅涂层；在真空环境下进行加热，使含硅涂层中的Si渗入石墨坩埚内表面的孔洞中与石墨反应，生成碳化硅。最后随炉冷却，得到所述碳化硅石墨复合坩埚；本专利技术制备方法所得碳化硅石墨复合坩埚具有较厚的SiC层厚度，可以作为TSSG法生长SiC单晶的容器和Si源，能够稳定生长过程中Si元素的含量，适合长时间稳定生长SiC单晶。
[0015]示例性的，本专利技术所述石墨坩埚的外径为150
‑
300mm，内径为130
‑
280mm，高度为100
‑
300mm。
[0016]本专利技术所述石墨坩埚的外径为150
‑
300mm，例如可以是150mm、180mm、200mm、250mm、280mm或300mm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0017]本专利技术所述石墨坩埚的内径为130
‑
280mm，例如可以是130mm、150mm、180mm、185mm或190mm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0018]本专利技术所述石墨坩埚的高度为100
‑
300mm，例如可以是100mm、150mm、200mm、250mm或300mm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0019]优选地，步骤（1）所述热处理的温度为700
‑
1000℃，例如可以是700℃、750℃、800℃、850℃、900℃、950℃或1000℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用，优选为780
‑
820℃。
[0020]优选地，步骤（1）所述热处理的时间为2
‑
20h，例如可以是2h、5h、10h、15h、18h或20h，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用，优选为10
‑
15h。
[0021]石墨坩埚内腔形成多孔结构的质量与热处理的温度与时间相关，本专利技术通过控制热处理的温度与时间，使石墨坩埚内腔形成的多孔结构符合工艺要求，有利于含硅涂层中硅的后续渗入。
[0022]优选地，步骤（1）所述含氧气氛所用气体包括空气和/或氧气。
[0023]优选地，步骤（1）所述含氧气氛所用气体的流量为100
‑
1000mL/min，例如可以是100mL/min、300mL/min、500mL/min、800mL/min或1000mL/min，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用，优选为450
‑
550mL/min。
[0024]优选地，步骤（2）所述含硅浆料由质量比(4
‑
6):1:(2
‑
4)的硅粉、树脂以及溶剂组成。
[0025]本专利技术步骤（2）所述含硅浆料中，硅粉与树脂的质量比为(4
‑
6):1，例如可以是4:1、4.5:1、5:1、5.5:1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅石墨复合坩埚的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：（1）含氧气氛下热处理石墨坩埚的内腔；（2）热处理完成后，内腔表面涂覆含硅浆料，烘干固化，得到含硅涂层；（3）真空环境下加热石墨坩埚，冷却后，得到所述碳化硅石墨复合坩埚。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述热处理的温度为700
‑
1000℃；步骤（1）所述热处理的时间为2
‑
20h。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述含氧气氛所用气体包括空气和/或氧气；步骤（1）所述含氧气氛所用气体的流量为100
‑
1000mL/min。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述含硅浆料由质量比(4
‑
6):1:(2
‑
4)的硅粉、树脂以及溶剂组成。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述加热的温度为1600
‑
1800℃，时间为5
‑
15h。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：（1）含氧气氛下热处理石墨坩埚的内腔；所述热处理的温度为700
‑
1000℃，时间为2
‑
20h；所述含氧气氛所用气体包括空气和/或氧气，所用气体的流量为100
‑
1000mL/min；（2）热处理完成后，内腔表面涂覆含硅浆料，烘干固化，得到厚度为0.5
‑
3mm的含硅涂层；所述含硅浆料由质量比(4
‑
6):1:(2
‑<...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄秀松，郭超，母凤文，
申请(专利权)人：青禾晶元天津半导体材料有限公司，
类型：发明
国别省市：