[发明专利]一种掺杂稀土元素的碳化硅粉料及其制备方法

说明书

本申请公开了一种掺杂稀土元素的碳化硅粉料的制备方法，所述制备方法包括下述步骤：(1)将含稀土元素物质与高纯硅粉进行高温反应，得到稀土元素的硅化物；(2)将所述稀土元素的硅化物、高纯硅粉和高纯碳粉进行合成反应，得到掺杂稀土元素的高纯碳化硅粉料；所述稀土元素选自铈、镧、镨、钕、钪和钇中的至少一种。本申请方法利用含稀土元素物质，得到掺杂稀土元素的碳化硅粉料，所述稀土元素部分包覆在碳化硅粉料表面，部分进入到碳化硅粉料的晶格中，提高了稀土元素在碳化硅粉料中的分布均匀性；本申请的制备方法简单，条件易控制，制得的掺杂稀土元素的碳化硅粉料不仅稀土元素掺杂均匀，且纯度较高。

技术领域

本申请涉及一种掺杂稀土元素的碳化硅粉料及其制备方法，属于半导体材料的技术领域。

背景技术

碳化硅(SiC)作为第三代半导体材料，因其具有禁带宽度大、饱和电子迁移率高、击穿场强大、热导率高等优异性质，而被广泛应用于电力电子、光电子器件等领域。高质量晶体是半导体和信息产业发展的基石，它的制备水平制约了下游器件的制备与性能。

目前，物理气相传输(PVT)法是生长碳化硅晶体的主要方法，物理气相传输法生长碳化硅晶体所用的设备简单，并且工艺容易控制。但是PVT法生长碳化硅晶体的过程中，会产生位错、多型等缺陷。现有技术中为抑制碳化硅晶体生长中多型的产生，在晶体生长工艺中往往会添加助剂。目前业界已知并广泛应用的方法为掺杂镧系化合物，其中最普遍的为铈(Ce)的化合物。

专利US20090053125A1公开了在4H-SiC单晶生长过程中添加Ce的硅化物或碳化物，可以抑制多型缺陷的产生。该专利中，CeSi₂或CeC₂被置于小石墨坩埚内分散埋入SiC粉源中，在晶体生长过程中升华进入气相，最终掺杂进入碳化硅晶格间，从而促进4H-SiC的生长并抑制其它多型的产生。从工艺角度：将铈的硅化物或碳化物置于小石墨坩埚中再埋入粉源中，铈的化合物无法均匀分布在粉料中，必然导致整个长晶工艺中，气相组分里的铈在时间和空间上分布的不均匀性，对晶型的抑制也不利。同理，单纯地将掺杂剂与碳化硅粉料搅拌混合，掺杂剂未进入粉料中，即便空间上达到均匀分布，由于铈的硅化物或碳化物的熔点、升华速度等与碳化硅存在差异，在整个长晶工艺中，时间上依然会存在不均匀分布的现象。小石墨坩埚的引入相当于对长晶体系引入了新变量。对于高纯碳化硅单晶生长工艺，需要控制纯度的变量增加，工艺变得更复杂，对碳化硅晶体的生长过程中对多型的抑制效果不理想。

发明内容

为了解决上述问题，本申请提供了一种掺杂稀土元素的碳化硅粉料及其制备方法。该方法利用含稀土元素物质，首先制得稀土元素的硅化物，再将稀土元素的硅化物与高纯硅碳粉进行合成，使得稀土元素均匀掺杂碳化硅粉料；利用该掺杂稀土元素的碳化硅粉料生长晶体，生长过程中碳化硅粉料中的稀土元素会随着粉料的升华被逐步释放，能有效抑制多型的产生。

根据本申请的一个方面，提供了一种掺杂稀土元素的碳化硅粉料的制备方法，所述制备方法包括下述步骤：

(1)将含稀土元素物质与高纯硅粉进行高温反应，得到稀土元素的硅化物；

(2)将步骤(1)的稀土元素的硅化物、高纯硅粉和高纯碳粉进行合成反应，得到掺杂稀土元素的高纯碳化硅粉料；

本申请制备方法中，首先利用含稀土元素物质与高纯硅粉进行高温反应，得到稀土元素的硅化物；且将所述稀土元素的硅化物与高纯硅粉和高纯碳粉进行反应，首先高纯碳粉与高纯碳粉反应生成碳化硅，然后稀土元素的硅化物掺杂包裹进碳化硅晶粒内部。利用该掺杂稀土元素的碳化硅粉料生长晶体时，稀土元素的硅化物的熔点在1600℃左右，碳化硅升华时，稀土元素的硅化物也会挥发，从而实现时间和空间上的稀土元素的掺杂，保证长晶工艺从始至终能对多型有效抑制。

进一步地，所述稀土元素选自镧系元素、钪和钇中的至少一种；优选地，所述稀土元素选自铈、镧、镨、钕、钪和钇中的至少一种。更优选地，所述稀土元素为铈。