[發明專利]一種透明彩色碳化硅多晶板的制備方法

在審

• 申請號: 202010412604.2
• 申請日: 2020-05-15
• 公開（公告）號: CN111411396A
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發明（設計）人: 李祥彪;楊培培;仲崇貴
• 申請（專利權）人: 南通大學
• 主分類號: C30B28/12
• 分類號: C30B28/12;C30B29/36
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 許潔

本發明公開了一種透明彩色碳化硅多晶板的制備方法，通過使用圖形化碳化硅單晶或多晶襯底片，將襯底背面固定在石墨坩堝頂部上蓋內側，石墨坩堝底部放入碳化硅原料，將石墨坩堝放入高溫生長爐中，使石墨坩堝底部位于高溫區，頂部位于較低溫度區，從而在石墨坩堝軸向形成溫度梯度，采用物理氣相傳輸法在所述圖形化碳化硅襯底上生長出碳化硅多晶塊，經切割研磨拋光，可以得到透明彩色碳化硅多晶板。本發明制備方法簡單，所述透明彩色碳化硅多晶板相比較于傳統碳化硅陶瓷，其致密性更好，成分純度高，熱導率更高。

技術領域

本發明涉及一種碳化硅多晶制備方法，具體涉及一種透明彩色碳化硅多晶板的制備方法。

背景技術

碳化硅材料主要在兩類領域中有重要的應用。一類為碳化硅單晶形態。主要應用于半導體領域，作為第三代半導體材料，其具有寬禁帶、高熱導率、大飽和電子漂移速率及大擊穿電壓等特點，同時也具備較低的介電常數和極好的化學穩定性。上述特性使其在高溫、高頻、大功率及耐輻射器件上具有重要的應用價值。碳化硅材料特性使其器件在應用集成化、微型化等方面得到重點關注。另一類則為碳化硅陶瓷形態。碳化硅陶瓷具有極好的力學特性，其具有較高的抗彎強度、極好的耐腐蝕性、優秀的抗氧化性及較高的耐磨損性。碳化硅陶瓷材料的結構及特性使其在高溫條件下仍具有極好的力學性能。因而碳化硅陶瓷器件可以在很高的溫度下穩定工作，其工作溫度可以達到1500℃以上。而且碳化硅陶瓷具有極好的熱傳導性，其已被廣泛應用于航空航天、電力電子及通信等設備領域。

苛刻的使用環境對于材料的要求也更高。傳統碳化硅陶瓷材料的致密性和熱導率均勻性等方面的局限使其在應用領域受到限制。而碳化硅單晶材料盡管性能方面更為優越，但其制備技術難度大、成本高，目前市場上最大尺寸碳化硅單晶材料產品為6英寸直徑，沒有更大尺寸產品出售。當前碳化硅陶瓷產品通常使用稀土氧化物作為燒結助劑，從而提高碳化硅陶瓷的致密性，但會影響其力學性能。

發明內容

發明目的：針對上述問題，本發明提供了一種透明彩色碳化硅多晶板的制備方法，通過采用石墨坩堝作為生長容器，石墨坩堝由石墨坩堝蓋和石墨坩堝腔體組成；使用圖形化碳化硅單晶或多晶襯底片，將襯底片背面固定在石墨坩堝蓋內側，石墨坩堝底部放入碳化硅原料，將石墨坩堝放入高溫生長爐中，使石墨坩堝底部位于高溫區，頂部位于較低溫度區，采用物理氣相傳輸法在圖形化碳化硅襯底上生長出碳化硅多晶塊；其中，圖形化碳化硅單晶或多晶襯底片的厚度為0.2-1毫米，在碳化硅多晶塊生長過程中，生長溫度為1800℃-2400℃，生長壓力保持1-5kPa，生長時間大于30小時，石墨坩堝軸向溫度梯度范圍在3℃-8℃每厘米。

技術方案：為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

一種透明彩色碳化硅多晶板的制備方法，包括如下步驟：

步驟1、準備裝置：采用石墨坩堝作為生長容器，所述石墨坩堝由石墨坩堝蓋和石墨坩堝腔體組成；

步驟2、放置原料：使用圖形化碳化硅單晶或多晶襯底片，將所述圖形化碳化硅單晶或多晶襯底片背面固定在石墨坩堝蓋內側，石墨坩堝底部放入碳化硅原料，將石墨坩堝放入高溫生長爐中，使石墨坩堝底部位于高溫區，頂部位于較低溫度區；

步驟3、生長碳化硅多晶塊：采用物理氣相傳輸法在所述圖形化碳化硅襯底上生長出碳化硅多晶塊；其中，所述圖形化碳化硅單晶或多晶襯底片的厚度為0.2-1mm，在碳化硅多晶塊生長過程中，生長溫度為1800℃-2400℃，生長壓力保持1-5kPa，生長時間大于30h，石墨坩堝軸向溫度梯度范圍在3℃-8℃每厘米。

進一步的，所述步驟1中，所述石墨坩堝為圓柱殼形，所述石墨坩堝蓋通過螺紋與所述石墨坩堝腔體封閉相連。

進一步的，所述步驟2中，所述圖形化碳化硅單晶或多晶襯底片的開孔深度為10μm-50μm，圖形寬度10μm-50μm，圖形間距10μm-50μm。