一种用于氮化铝单晶生长的钽金属件碳化方法技术

本发明专利技术公开了一种用于氮化铝单晶生长的钽金属件碳化方法，所述碳化方法包括如下步骤：1)碳化钽件的清洗：对碳化钽件进行清洗；2)裁剪碳毡片：依据碳化钽件的几何外形以及尺寸大小，将碳毡裁剪成设定形状的碳毡；3)组装：将裁剪好的碳毡、碳粉、碳化钽件层叠有秩地放置在加热筒内；4)碳化：对加热筒进行加热，以完成对碳化钽件的碳化；5)取出碳化钽件并清洗：从发热筒内取出碳化钽件并进行清洗；6)将步骤5)中清洗后的碳化钽件干燥后储藏备用。本申请的碳化方法能够充分利用发热筒内的容量空间，提高了空间利用率，切实有效地减少了能源浪费，且碳化钽件的碳化非常均匀。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于氮化铝单晶生长的钽金属件碳化方法。
技术介绍
氮化铝材料属于Ⅲ-Ⅴ族宽禁带半导体材料，其直接禁带宽度为6.2eV，氮化铝大尺寸单晶具有高的热导率和化学稳定性，由于其具有良好的理化性能，所以在高温、高频、高功率器件及深紫外光电子器件以及自旋半导体器件方面均具有广阔的应用前景；又铝Al和镓Ga、铟In元素隶属同族，其和氮元素均可形成六方纤锌矿结构的晶体材料，通过人为的技术手段可实现三元或者四元化合物，以此来制备具有带隙宽度可调节的晶体材料，进一步可形成带隙宽度可调的晶体材料。又氮化铝材料是氮化镓外延生长的理想衬底，所以氮化铝单晶具有很好的市场应用价值。目前，氮化铝体单晶的生长主要利用物理气相沉积法原理，采用中频感应炉将原料加热，氮化铝原料升华后重新在温度较低的衬底上形成有序沉积，从而完成氮化铝体单晶的生长。由于氮化铝体单晶生长温度较高，负压高温条件下的铝原子具有较高的活性，此给选择何种材质的坩埚用于氮化铝单晶生长带来了一定的难题。碳化钽具有较高的化学惰性使其成为了氮化铝单晶生长的首选材料。具有硬脆性的碳化钽不易加工成型，一般制备碳化钽坩埚的技术路线是先制备出钽坩埚，再将钽坩埚进行高温碳化，以此制备的碳化钽可以满足氮化铝单晶生长。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种用于氮化铝单晶生长的钽金属件碳化方法，该方法能够充分利用发热筒内的容量空间，提高了空间利用率，切实有效地减少了能源浪费，且碳化钽件的碳化非常均匀。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种用于氮化铝单晶生长的钽金属件碳化方法，所述碳化方法包括如下步骤：1)钽金属件的清洗：对钽金属件进行清洗；2)裁剪碳毡片：依据钽金属件的几何外形以及尺寸大小，将碳毡裁剪成设定形状的碳毡；3)组装：将裁剪好的碳毡、碳粉、钽金属件层叠有秩地放置在加热筒内；4)碳化：对加热筒进行加热，以完成对钽金属件的碳化；5)取出碳化钽件并清洗：从发热筒内取出碳化钽件并进行清洗；6)将步骤5)中清洗后的碳化钽件干燥后储藏备用。进一步，步骤1)具体为：将钽金属件浸没在丙酮中，超声处理2～30分钟后取出，再在无水乙醇中超声处理0～5分钟两次；用纯水清洗后将钽金属件置于浓度为5％～65％的硫酸氢钾溶液中超声处理3～60分钟，取出后在浓度适当的盐酸溶液中超声处理0～30分钟，用纯水清洗后再用无水乙醇清洗一次，吹干备用。进一步，步骤3)具体为：a.先将发热筒清理，之后将碳粉均匀平铺在发热筒底部，其厚度累铺5mm厚时，将裁剪好的碳毡缓缓地置于碳粉层上；b.在已置入的碳毡上均匀地平铺上一层设定厚度的碳粉，再在碳粉层上缓缓地放置裁剪好的碳毡，碳毡的几何形状、尺寸大小、放置方式基于钽金属件而定；c.将钽金属件固定在碳毡中，之后将碳粉均匀地填充在碳毡与钽金属件之间，直至碳粉将钽金属件淹没其中，碳粉上层面高于钽金属件上层面；d.将无孔碳毡轻放在碳粉层上，再将碳粉均匀地平铺在无孔碳毡上；e.重复操作步骤a、b、c、d，直至将所有钽金属件层叠有秩地其累放在发热筒内。进一步，步骤4)具体为：对加热筒进行加热，在高温2050～2300℃保持8～100小时，压力保持在1～9万帕。进一步，步骤5)具体为：从发热筒内取出的碳化后的碳化钽件后，将碳化钽物件表面的粘附物擦拭掉；将碳化钽物件浸入丙酮或酒精液体中超声处理2～30分钟，取出后再将碳化钽物件置于纯水中超声处理1～3次，每次0.5～5分钟；之后再将碳化钽物件放置在浓硫酸溶液中，在超声仪中水浴加热至50～70℃，维持20～60分钟，之后将碳化钽物件从浓硫酸中取出，用纯水将碳化钽物件表面的浓硫酸清除完后，再将碳化钽物件放置在盐酸溶液中超声处理5～30分钟，再将碳化钽物件纯水超声清洗1～5次。本专利技术具有以下有益技术效果：本专利技术的碳化钽件碳化方法能够充分利用发热筒内的容量空间，提高了空间利用率，切实有效地减少了能源浪费，且碳化钽件的碳化非常均匀。附图说明图1是本专利技术的碳化钽件碳化方法组装多个钽坩埚盖的示意图；图2是本专利技术的碳化钽件碳化方法组装一个钽坩埚盖和一个钽坩埚体的示意图；具体实施方式下面，参考附图，对本专利技术进行更全面的说明，附图中示出了本专利技术的示例性实施例。然而，本专利技术可以体现为多种不同形式，并不应理解为局限于这里叙述的示例性实施例。而是，提供这些实施例，从而使本专利技术全面和完整，并将本专利技术的范围完全地传达给本领域的普通技术人员。为了易于说明，在这里可以使用诸如“上”、“下”“左”“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。本申请提供了一种用于氮化铝单晶生长的碳化钽件碳化方法，所述碳化方法包括如下步骤：1)钽金属件的清洗：对钽金属件进行清洗；钽坩埚、钽坩埚盖在经过机械加工成型后，钽金属件表面有较多的物理或化学吸附物，如钽金属件表面的粘附油脂污物，同时，由于机械加工和长期暴露在空气中，钽金属件表面吸附有氧原子以及其他原子；将钽金属件浸没在丙酮中，超声处理2～30分钟后取出，再在无水乙醇中超声处理0～5分钟两次；用纯水清洗后将钽金属件置于浓度为5％～65％的硫酸氢钾溶液中超声处理3～60分钟，取出后在浓度适当的盐酸溶液中超声处理0～30分钟，用纯水清洗后再用无水乙醇清洗一次，吹干备用。2)裁剪碳毡片：依据钽金属件的几何外形以及尺寸大小，使用碳毡的裁剪模具将碳毡裁剪成一定形状的碳毡；为了更好地增加发热筒内空间利用率和有效减少能源浪费，同时使具有规则外形的钽金属件碳化的更为均匀，需要在发热筒内层错有秩地放置数层碳毡片。利用碳毡的裁剪模具将碳毡裁剪成大小适合的圆片，依据钽金属件的外形以及尺寸大小，裁剪出大小适合的环状碳毡。3)组装：将裁剪好的碳毡、碳粉、钽金属件层叠有秩地放置在加热筒内；组装时最大可能地使钽金属件周围均匀分布有一定厚度的碳粉，以使在碳化过程中有足够的碳原子向钽金属内部扩散并键合。裁剪后的石墨毡片、碳粉、碳化钽件层叠有秩地放置在加热筒内。4)碳化：对加热筒进行加热，以完成对钽金属件的碳化；均匀加热，缓慢降温。从室温向高温加热过程中，升降温速率均不宜过快；尤其是降温速率应适当降低。在高温2050～2300℃保持8～100小时，压力保持在1～9万帕。5)取出碳化钽件并清洗：从发热筒内取出碳化钽件并进行清洗；碳化后的碳化钽表面粘附有很多碳粉，需要清洗。从发热筒内取出的碳化钽物件后，需要将碳化钽表面的粘附物擦拭掉；将碳化钽物件浸入丙酮或酒精液体中超声处理2～30分钟，取出后再将碳化钽物件置于纯水中超声处理1～3次，每次0.5～5分钟；之后再将碳化钽物件放置在浓硫酸溶液中，在超声仪中水浴加热至50～70℃，时20～60分钟，之后将碳化钽物件从浓硫酸中取出，用纯水将碳化钽物件表面的浓硫酸清除完后，再将碳化钽物件放置在盐酸溶液中超声处理5～30分钟，再将碳化钽物件纯水超本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于氮化铝单晶生长的钽金属件碳化方法，其特征在于，所述碳化方法包括如下步骤：1)钽金属件的清洗：对钽金属件进行清洗；2)裁剪碳毡片：依据钽金属件的几何外形以及尺寸大小，将碳毡裁剪成设定形状的碳毡；3)组装：将裁剪好的碳毡、碳粉、钽金属件层叠有秩地放置在加热筒内；4)碳化：对加热筒进行加热，以完成对钽金属件的碳化；5)取出碳化钽件并清洗：从发热筒内取出碳化钽件并进行清洗；6)将步骤5)中清洗后的碳化钽件干燥后储藏备用。

【技术特征摘要】
1.一种用于氮化铝单晶生长的钽金属件碳化方法，其特征在于，所述碳化方法包括如下步骤：1)钽金属件的清洗：对钽金属件进行清洗；2)裁剪碳毡片：依据钽金属件的几何外形以及尺寸大小，将碳毡裁剪成设定形状的碳毡；3)组装：将裁剪好的碳毡、碳粉、钽金属件层叠有秩地放置在加热筒内；4)碳化：对加热筒进行加热，以完成对钽金属件的碳化；5)取出碳化钽件并清洗：从发热筒内取出碳化钽件并进行清洗；6)将步骤5)中清洗后的碳化钽件干燥后储藏备用。2.根据权利要求1所述的钽金属件碳化方法，其特征在于，步骤1)具体为：将钽金属件浸没在丙酮中，超声处理2～30分钟后取出，再在无水乙醇中超声处理0～5分钟两次；用纯水清洗后将钽金属件置于浓度为5％～65％的硫酸氢钾溶液中超声处理3～60分钟，取出后在浓度适当的盐酸溶液中超声处理0～30分钟，用纯水清洗后再用无水乙醇清洗一次，吹干备用。3.根据权利要求1所述的钽金属件碳化方法，其特征在于，步骤3)具体为：a.先将发热筒清理，之后将碳粉均匀平铺在发热筒底部，其厚度累铺5mm厚时，将裁剪好的碳毡缓缓地置于碳粉层上；b.在已置入的碳毡上均匀地平铺上一层设定厚度的碳粉，再在碳粉层上缓...

【专利技术属性】
技术研发人员：程章勇，
申请(专利权)人：北京华进创威电子有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11