[发明专利]一种透明彩色碳化硅多晶板的制备方法

说明书

本发明公开了一种透明彩色碳化硅多晶板的制备方法，通过使用图形化碳化硅单晶或多晶衬底片，将衬底背面固定在石墨坩埚顶部上盖内侧，石墨坩埚底部放入碳化硅原料，将石墨坩埚放入高温生长炉中，使石墨坩埚底部位于高温区，顶部位于较低温度区，从而在石墨坩埚轴向形成温度梯度，采用物理气相传输法在所述图形化碳化硅衬底上生长出碳化硅多晶块，经切割研磨抛光，可以得到透明彩色碳化硅多晶板。本发明制备方法简单，所述透明彩色碳化硅多晶板相比较于传统碳化硅陶瓷，其致密性更好，成分纯度高，热导率更高。

技术领域

本发明涉及一种碳化硅多晶制备方法，具体涉及一种透明彩色碳化硅多晶板的制备方法。

背景技术

碳化硅材料主要在两类领域中有重要的应用。一类为碳化硅单晶形态。主要应用于半导体领域，作为第三代半导体材料，其具有宽禁带、高热导率、大饱和电子漂移速率及大击穿电压等特点，同时也具备较低的介电常数和极好的化学稳定性。上述特性使其在高温、高频、大功率及耐辐射器件上具有重要的应用价值。碳化硅材料特性使其器件在应用集成化、微型化等方面得到重点关注。另一类则为碳化硅陶瓷形态。碳化硅陶瓷具有极好的力学特性，其具有较高的抗弯强度、极好的耐腐蚀性、优秀的抗氧化性及较高的耐磨损性。碳化硅陶瓷材料的结构及特性使其在高温条件下仍具有极好的力学性能。因而碳化硅陶瓷器件可以在很高的温度下稳定工作，其工作温度可以达到1500℃以上。而且碳化硅陶瓷具有极好的热传导性，其已被广泛应用于航空航天、电力电子及通信等设备领域。

苛刻的使用环境对于材料的要求也更高。传统碳化硅陶瓷材料的致密性和热导率均匀性等方面的局限使其在应用领域受到限制。而碳化硅单晶材料尽管性能方面更为优越，但其制备技术难度大、成本高，目前市场上最大尺寸碳化硅单晶材料产品为6英寸直径，没有更大尺寸产品出售。当前碳化硅陶瓷产品通常使用稀土氧化物作为烧结助剂，从而提高碳化硅陶瓷的致密性，但会影响其力学性能。

发明内容

发明目的：针对上述问题，本发明提供了一种透明彩色碳化硅多晶板的制备方法，通过采用石墨坩埚作为生长容器，石墨坩埚由石墨坩埚盖和石墨坩埚腔体组成；使用图形化碳化硅单晶或多晶衬底片，将衬底片背面固定在石墨坩埚盖内侧，石墨坩埚底部放入碳化硅原料，将石墨坩埚放入高温生长炉中，使石墨坩埚底部位于高温区，顶部位于较低温度区，采用物理气相传输法在图形化碳化硅衬底上生长出碳化硅多晶块；其中，图形化碳化硅单晶或多晶衬底片的厚度为0.2-1毫米，在碳化硅多晶块生长过程中，生长温度为1800℃-2400℃，生长压力保持1-5kPa，生长时间大于30小时，石墨坩埚轴向温度梯度范围在3℃-8℃每厘米。

技术方案：为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种透明彩色碳化硅多晶板的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、准备装置：采用石墨坩埚作为生长容器，所述石墨坩埚由石墨坩埚盖和石墨坩埚腔体组成；

步骤2、放置原料：使用图形化碳化硅单晶或多晶衬底片，将所述图形化碳化硅单晶或多晶衬底片背面固定在石墨坩埚盖内侧，石墨坩埚底部放入碳化硅原料，将石墨坩埚放入高温生长炉中，使石墨坩埚底部位于高温区，顶部位于较低温度区；

步骤3、生长碳化硅多晶块：采用物理气相传输法在所述图形化碳化硅衬底上生长出碳化硅多晶块；其中，所述图形化碳化硅单晶或多晶衬底片的厚度为0.2-1mm，在碳化硅多晶块生长过程中，生长温度为1800℃-2400℃，生长压力保持1-5kPa，生长时间大于30h，石墨坩埚轴向温度梯度范围在3℃-8℃每厘米。

进一步的，所述步骤1中，所述石墨坩埚为圆柱壳形，所述石墨坩埚盖通过螺纹与所述石墨坩埚腔体封闭相连。

进一步的，所述步骤2中，所述图形化碳化硅单晶或多晶衬底片的开孔深度为10μm-50μm，图形宽度10μm-50μm，图形间距10μm-50μm。