[發明專利]一種用于第三代半導體晶體生長的TaC涂層坩堝及制備方法

有效

• 申請號: 202110388484.1
• 申請日: 2021-04-12
• 公開（公告）號: CN113122918B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 孟凡桂;董天下
• 申請（專利權）人: 中南林業科技大學
• 主分類號: C30B25/02
• 分類號: C30B25/02;C30B35/00;C04B41/87
• 代理公司: 長沙國科天河知識產權代理有限公司 43225
• 代理人: 陳俊好

本發明公開一種用于第三代半導體晶體生長的TaC涂層坩堝及制備方法，該TaC涂層坩堝包括基體和TaC涂層，基體為石墨坩堝，TaC涂層生長在石墨坩堝的表面；TaC涂層與基體為反應結合，界面結合強度在3～8MPa之間。TaC涂層與基體為反應結合，界面結合強度高，不易發生脫落；此外，在氣象生長條件下，TaC涂層坩堝不易被腐蝕破壞，使用壽命長，制備的晶體不會由于坩堝被破壞而污染。該制備方法利用K₂TaF₇和金屬Ta粉在熔鹽介質中發生歧化反應而生成高活性金屬原子，該高活性金屬原子直接和基體發生反應形成預涂層，經高溫處理后在基體表面形成TaC涂層。TaC涂層與基體為反應結合，有效解決了TaC涂層與基體熱失配的問題。

技術領域

本發明涉及第三代半導體生產技術領域，尤其是一種用于第三代半導體晶體生長的TaC涂層坩堝及制備方法。

背景技術

作為經濟發展的重要推動力，5G讓半導體領域進入一個新起點，推動著第三代半導體的蓬勃發展。以SiC、 AlN、GaN為代表的第三代半導體具有禁帶帶隙寬、擊穿場強高、熱導電性能好、飽和電子漂移速度高等優異性能，具有高頻高效、耐高溫、耐高壓等特性，是固態光源和電子電力，微波射頻器件的“核芯”，在新一代5G通訊，新能源汽車，激光器，光伏發電，半導體照明等領域具有廣闊的應用前景。第三代半導體的外延和單晶生長是在高溫、含有腐蝕性氣體(如H₂和NH₃)的環境中進行的，必須采用適合材質的坩堝來進行生長。傳統的坩堝如石墨坩堝、SiC涂層坩堝和熱解BN 坩堝因易參與反應而對晶體造成污染，在一些氣象生長條件下，坩堝會被腐蝕破壞，使得坩堝的使用壽命縮短，制備的晶體質量下降，增加了成本。

發明內容

本發明提供一種用于第三代半導體晶體生長的TaC涂層坩堝及制備方法，用于克服現有技術中會對晶體造成污染，對坩堝造成破壞等缺陷。

為實現上述目的，本發明提出一種用于第三代半導體晶體生長的 TaC涂層坩堝，所述TaC涂層坩堝包括基體和TaC涂層，所述基體為石墨坩堝，所述TaC涂層生長在所述石墨坩堝的表面；所述TaC涂層與基體為反應結合，界面結合強度在3～8MPa之間。

為實現上述目的，本發明還提出一種用于第三代半導體晶體生長的TaC涂層坩堝的制備方法，包括以下步驟：

S1：選取石墨坩堝為基體，并對石墨坩堝進行預處理；

S2：以鈉鹽和鉀鹽為熔鹽介質，以K₂TaF₇和金屬Ta粉為反應物，將熔鹽介質和反應物混合，獲得熔鹽混合物；

將經過S1的石墨坩堝包埋進所述熔鹽混合物中，進行熔鹽反應，隨爐冷卻至室溫，得到覆有預涂層的坩堝生坯；

S3：在真空或者惰性氣氛下，對所述坩堝生坯進行燒結，隨爐冷卻至室溫后，得到TaC涂層坩堝。

與現有技術相比，本發明的有益效果有：

1、本發明提供的用于第三代半導體晶體生長的TaC涂層坩堝包括基體和TaC涂層，基體為石墨坩堝，TaC涂層生長在石墨坩堝的表面； TaC涂層與基體為反應結合，界面結合強度在3～8MPa之間。由于本發明提供的TaC涂層坩堝其TaC涂層與基體為反應結合，界面結合強度高，不易發生脫落；此外，在氣象生長條件下，TaC涂層坩堝不易被腐蝕破壞，使用壽命長，制備的晶體不會由于坩堝被破壞而污染。

2、本發明提供的用于第三代半導體晶體生長的TaC涂層坩堝的制備方法利用K₂TaF₇和金屬Ta粉在熔鹽介質中發生歧化反應而生成高活性金屬原子，該高活性金屬原子直接和基體發生反應形成預涂層，經高溫處理后在基體表面形成TaC涂層。TaC涂層與基體為反應結合，有效解決了TaC涂層與基體熱失配的問題。涂層化學穩定性好、不易剝落、結合強度高、致密性好。本發明提供的制備方法具有成本低、周期短、對工藝設備要求簡單等優點，構件形狀不受限制，可用于制備復雜形狀構件。