一种碳化硅单晶生长用高纯碳化硅粉体的制备方法与流程

本发明涉及碳化硅单晶生长材料领域，具体涉及一种碳化硅单晶生长用高纯碳化硅粉体的制备方法。

背景技术：

近年来，高电阻率、高纯半绝缘碳化硅单晶衬底在高频高功率sic及gan基电子器件的应用越来越多。目前普遍采用pvt(物理气相传输)法生长高纯半绝缘碳化硅单晶，在pvt法中，采用sic粉料做为生长单晶的原料，因此sic粉料的各项参数直接影响了高纯半绝缘单品的生长质量以及电学性能。

商用sic粉料一般采用艾奇逊(acheson)法，即是碳热还原法来制备。然而，该法制备的sic粉料杂质含量较高，不适合sic单晶的生长。此外，sic粉料的制备方法还包括：溶胶—凝胶法、cvd法以及自蔓延法等。然而，这些方法要么成本高，不适于碳化硅粉料的批量化合成；要么纯度不高，不适用于碳化硅单晶生长。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种碳化硅单晶生长用高纯碳化硅粉体的制备方法，其制备成本低，且制备得到的碳化硅粉体纯度高。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种碳化硅单晶生长用高纯碳化硅粉体的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、把sio2粉体放入石墨坩埚内，然后把坩埚置入真空加热炉中；

步骤2、对真空加热炉抽真空，然后向真空加热炉灌入ch4/n2混合气体；

步骤3、开启加热器，对sio2粉体加热，并静置，得到含残碳的碳化硅粉体以及混合废气co+h2+n2+nh3+h2o；

步骤4、将石墨坩埚降至室温，将真空加热炉内的混合废气抽出，并进行电脉冲处理，然后排出；接着向真空加热炉注入空气至大气压下，取出石墨坩埚；

步骤5、将石墨坩埚内含残碳的碳化硅粉体取出，并将其放置在石英坩埚内，再把石英坩埚放回真空加热炉；

步骤6、对真空加热炉抽真空；然后向真空加热炉灌入o2和n2混合气体，进行加热并静置，进行除碳处理；

步骤7、石英坩埚降温后，取出其内的粉体，即得到适合单晶生长用的高纯sic粉料。

所述sio2粉体的纯度大于99.999%。

所述sio2粉体的粒径为50-200μm。

所述步骤2中，真空加热炉抽真空至10^-4pa之下，向真空加热炉灌入ch4/n2混合气体至70~90kpa。

所述步骤3中，sio2粉体加热的温度为1800^oc~2000^oc，静置时间为3小时以上。

所述步骤6中，真空加热炉抽真空至10^-4pa之下；向真空加热炉灌入o2和n2混合气体至0.7~1mpa，加热温度为500~650^oc，静置时间为1小时以上。

采用上述方案后，本发明具有以下有益效果：

一方面，本发明以ch4作为气相碳源，高纯度的sio2粉体为固相硅源。在真空下，重新注入气相碳源，碳源均匀分布在固体硅源当中；可以避免使用双固相源，液相／固相源在预先混均匀，或是填加活化剂时，造成不必要的污染，提高了碳化硅纯度。而且利用气相／固相的合成sic粉料，气相原料的杂质并不会留在sic成品料中。过量的ｃ源参于合成，可以确保所有si源的转换，多余的ｃ都是来自ch4，本身不存在杂质，同时在干静与高温条件下，通o2气体氧化残留的c成气体co2，就可轻易的把c从粉体中分离出来。所以，本发明能够制备出高纯度的碳化硅粉体。

另一方面，本发明用高纯度sio2粉体、ch4、n2、o2作为原料，原料易取得，且成本相对低。生产过程中只产生气体废料，这废气经电脉冲处理后，最终的产物都是对环境无害的气相物质。所以，本发明制备成本低切环保无污染。

附图说明

图1为步骤1-4的反应示意图；

图2为为步骤5-7的反应示意图。

标号说明：

真空加热炉10；加热器20；石墨坩埚30；石英坩埚40。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明揭示了一种碳化硅单晶生长用高纯碳化硅粉体的制备方法，其包括以下步骤：

步骤1、把高纯度的sio2(纯度>99.999%)粉体放入石墨坩埚30内，然后把坩埚置入真空加热炉10中，如图1示。sio2粉体大小依所需要产品规格而定，一般粒径为50~200μm。

步骤2、把真空加热炉10真空抽至10^-4pa之下；然后开始对真空加热炉10灌入ch4/n2混合气体至70~90kpa。n2作为保护与输运气体与催化气体，ch4作为气相碳源。

步骤3、用加热器20对sio2粉体加热至1800^oc~2000^oc，静置3小时以上。最后产品是残碳的碳化硅粉体（sic+c），副产品是混合废气(co+h2+n2+nh3+h2o)。

步骤4、降至室温，把反应炉内的混合废气抽出，经由集气槽后再进行电脉冲处理，排出最终的混合气co2+n2+h2o+no2。再注入空气至大气压下，取出石墨坩埚30。

步骤5、把石墨坩埚30内含残碳的碳化硅粉体（sic+c）取出，然后改放置在石英坩埚40内，再把石英坩埚40放回真空加热炉10，如图２示。

步骤6、把真空加热炉10真空抽至10^-4pa之下。然后对真空加热炉10灌入o2/n2混合气体至0.7~1mpa，加热至500~650^oc，静置1小时以上，进行除碳工序，把粉体中的c反应成co2。

步骤7、降温后取出，即可得适合单晶生长用的高纯sic粉料。

本发明关键在于，本发明以ch4作为气相碳源，高纯度的sio2粉体为固相硅源。在真空下，重新注入气相碳源，碳源均匀分布在固体硅源当中；这可以避免使用双固相源，液相／固相源在预先混均匀，或是填加活化剂时，造成不必要的污染。n2做为保护与输运气体与催化气体时，可以催化c与si的合成。此外，在步骤3中，利用1800~2000^oc的反应来抑止氮化物的产生，同时由ch4分解出2h2+c，这时h2的存在有助于合成高纯sic粉料中n浓度的降低。

利用气相／固相的合成sic粉料，固体杂质主要来自sio2粉体，商业化高纯度的sio2粉体易取得且技术成熟。气相原料的杂质并不会留在sic成品料中。过量的ｃ源参于合成，可以确保所有si源的转换，多余的ｃ都是来自ch4，本身不存在杂质，同时在干静与高温条件下，通o2气体氧化残留的c成气体co2，就可轻易的把c从粉体中分离出来。

所以，本发明专利用高纯度的sio2粉体、ch4、n2、o2为原料，原料易取得，且成本相对低。生产过程中只产生气体废料，这废气经电脉冲处理后，最终的产物都是对环境无害的气相物质。

以上所述，仅是本发明实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。