[发明专利]一种碳化硅晶体生长用大粒径碳化硅粉料的合成方法

说明书

本发明提供了一种碳化硅晶体生长用大粒径碳化硅（SiC）粉料的合成方法。采用高纯碳粉和高纯硅粉为原料并混合均匀，将混合均匀后的粉末原料分为数份置于坩埚中，每份粉末原料之间用石墨片隔开，将坩埚放入加热炉中，抽真空到炉内部压力小于10‑3Pa后，充入压力为1×104Pa～9×104Pa范围内的惰性气体，再将炉内温度由室温升到SiC粉料合成温度并在此温度和惰性气体压力范围内保持5～30小时，然后将炉内温度降至室温，即可得到碳化硅晶体生长用大粒径(SiC)粉料。本发明制备出的大粒径SiC粉料弥补了现有技术合成的SiC粉料粒径偏小的不足，该方法和装置简单、易于推广、适合大规模工业生产。

技术领域

本发明涉及一种碳化硅晶体生长用大粒径（粒径大于500 um）碳化硅（SiC）粉料的合成方法，属于无机非金属材料领域。

背景技术

在信息技术迅猛发展的今天，半导体技术的革新扮演着越来越重要的角色。以碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）为代表的宽禁带半导体材料，是继硅（Si）、砷化镓（GaAs）之后的第三代半导体。与Si和GaAs为代表的传统半导体材料相比，SiC在耐击穿电压、抗辐射、工作温度等性能方面具有很大优势。作为目前发展最成熟的宽带隙半导体材料，SiC 具有高击穿场强、高热导率、高饱和电子漂移速率和高键合能等优点，其优异性能可以满足现代电子技术对高频、高功率、高温以及抗辐射的新要求，因而被看作是半导体材料领域最有前景的材料之一。此外，由于六方SiC与GaN相近的晶格常数及热膨胀系数，因此也成为制造高亮度发光二极管的理想衬底材料。

SiC粉料的质量在物理气相传输法生长碳化硅晶体时有着重要的作用，直接影响晶体的结晶质量和生长长度。随着碳化硅衬底在电子电子器件方面的大规模应用，高质量和大尺寸碳化硅晶体的需求越来越迫切，对碳化硅粉料的质量和粒径的要求也越来越高。因此粒径可控的大粒径SiC粉料的制备对于碳化硅晶体的生长非常重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种碳化硅晶体生长用大粒径碳化硅（SiC）粉料的合成方法。

一种碳化硅晶体生长用大粒径碳化硅（SiC）粉料的合成方法，包括以下步骤：

采用高纯硅粉和高纯碳粉为原料，采用高纯硅粉和高纯碳粉为原料并混合均匀，将混合均匀后的粉末原料分为数份置于坩埚中，每份粉末原料之间用石墨片隔离；

将上述坩埚放入加热炉中，抽真空到炉内部压力小于10-3Pa后，充入压力为1×104Pa到9×104Pa范围内的惰性气体；

再将炉内温度由室温升到SiC粉料合成温度并在此温度和惰性气体压力为1×104Pa到9×104Pa范围内保持5～30小时；

然后将炉内温度降至室温，即可得到碳化硅晶体生长用的大粒径SiC粉料。

进一步地，高纯硅粉和高纯碳粉的纯度均大于99.998%。

更进一步地，高纯硅粉和高纯碳粉的粒径均小于200um。

更进一步地，高纯硅粉和高纯碳粉为原料的摩尔比范围为1:1～1.5:1，优选1:1。

更进一步地，石墨片的密度为1.0 g/cm3～1.9 g/cm3。

更进一步地，石墨片的形状为圆形。

更进一步地，石墨片的直径比坩埚内径小0.2～2mm。

更进一步地，石墨片与相邻石墨片之间的距离为10～150mm，优选20～50mm。

更进一步地，数份为2～11份，隔离用的石墨片数量为1～10个。

更进一步地，加热炉包括高频感应加热炉、中频感应加热炉、石墨电阻加热炉。