[发明专利]一种高纯碳化硅、碳化硅晶圆及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高纯碳化硅、碳化硅晶圆及其制备方法，其中，所述高纯碳化硅的制备方法包括步骤：将天然硅石粉碎后进行第一次酸洗，得到硅石粉；将石墨烯粉碎后与硅石粉混匀，然后在保护气体气氛或提纯气体气氛下进行第一次烧结，然后将第一次烧结产物进行第二次酸洗，再在氧化气体气氛下进行第二次烧结，得到中间产物A；将中间产物A与硅石粉混匀，然后在保护气体气氛或提纯气氛下进行第三次烧结，然后将第三次烧结产物进行第三次酸性，得到中间产物B；将中间产物B与粉碎后的石墨烯混匀，然后在保护气体气氛或提纯气氛下进行第四次烧结，即得到高纯碳化硅。本发明解决了现有技术中高纯碳化硅制备工艺复杂、成本过高的问题。

技术领域

本发明涉及新材料技术领域，尤其涉及一种高纯单晶硅、碳化硅晶圆及其制备方法。

背景技术

碳化硅是第三代半导体材料，与硅半导体材料相比，具有较多的优点。碳化硅单晶材料的禁带宽度为3.26 eV，为硅晶的3倍左右，热导率高，约为硅晶的3.3倍，电子饱和迁移速率高，约为硅晶的2.5倍，此外，还具有硅晶10倍的击穿电场。因此，碳化硅可以满足现代电子技术对高温、高功率、高压、高频以及抗辐射等恶劣条件的新要求，被称之为革命性半导体材料，在国防、航空、航天、石油勘探、光存储等领域有着重要应用前景，在宽带通讯、太阳能、汽车制造、半导体照明、智能电网等众多战略行业可以降低50%以上的能量损失，最高可以使装备体积减小75%以上，对人类科技的发展具有里程碑的意义。

碳化硅是由元素Si与C组成的唯一化合物，但它具有同质多型的特点，主要分为六方晶系和四方晶系，不同的SiC结晶形态决定了其禁带宽度的差异和应用领域，但均大于Si和GaAs的禁带宽度。目前， 碳化硅晶棒的生长技术主要包括高温化学气相沉积法（HTCVD）和高温升华法（HTCVT）两种。通过HTVCD长晶技术生长的SiC单晶纯度较高，尺寸较大，还能有效减少SiC单晶体中的各种缺陷，高质量的SiC单晶的生产对环境的要求十分严格，沉积的温度，沉积室压力，本底真空，各反应气体分压均会对SiC的生产质量有较大影响。除了SiC的生产条件比较苛刻，SiC的产能也是比较受到限制的，而且品质不太稳定。与硅晶相比，硅晶的尺寸较大，能生长到6~12寸，而SiC的尺寸为4~6寸，在生长速度方面，硅晶每小时能生长1~10mm，而SiC每小时只能生长0.2~1mm，且生长的高度仅为2~3英尺，这极大地限制了SiC半导体产量和应用能力。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高纯单晶硅、碳化硅晶圆及其制备方法，旨在解决现有技术中高纯碳化硅制作工艺复杂、成本过高的问题。

本发明的技术方案如下：

一种高纯碳化硅的制备方法，其中，包括步骤：

将天然硅石粉碎后进行第一次酸洗，得到硅石粉；

将石墨烯粉碎后与硅石粉混匀，然后在保护气体气氛或提纯气体气氛下进行第一次烧结，然后将第一次烧结产物进行第二次酸洗，再在氧化气体气氛下进行第二次烧结，得到中间产物A；

将中间产物A与硅石粉混匀，然后在保护气体气氛或提纯气氛下进行第三次烧结，然后将第三次烧结产物进行第三次酸性，得到中间产物B；

将中间产物B与粉碎后的石墨烯混匀，然后在保护气体气氛或提纯气氛下进行第四次烧结，即得到高纯碳化硅。

所述的高纯碳化硅的制备方法，其中，所述在保护气体气氛或提纯气氛下进行第四次烧结的步骤之后，还包括: 将第四次烧结产物进行第四次酸性，再在氧化气体气氛下进行第五次烧结。