碳化硅/石墨复合物与包括所述复合物的物件及组合件制造技术

本发明专利技术描述一种包含(i)内部块状石墨材料及(ii)外部碳化硅基质材料的碳化硅‑石墨复合物，其中所述内部块状石墨材料及外部碳化硅基质材料在其间的界面区域处彼此相互渗透，且其中石墨存在于所述外部碳化硅基质材料中的包含物中。此材料可通过在化学反应条件下使前驱体石墨物件与一氧化硅(SiO)气体接触来形成，所述化学反应条件可有效地将所述前驱体石墨物件的外部部分转化为石墨存在于内部包含物中的碳化硅基质材料，且其中所述碳化硅基质材料及内部块状石墨材料在其间的界面区域处彼此相互渗透。此碳化硅‑石墨复合物适用于许多应用，诸如在制造太阳能电池或其它光学、光电、光子、半导体及微电子产品中的植入式硬掩模，以及在诸如光束线组合件、光束操控镜头、电离腔室衬垫、光束光阑及离子源腔室的离子植入系统材料、组件及组合件中。

Silicon carbide / graphite composite and objects and assemblies containing the composite

The present invention describes a silicon carbide graphite composite containing (I) internal lump graphite material and (II) external silicon carbide matrix material, in which the internal lump graphite material and the external silicon carbide matrix material permeate each other at the interface area between them, and the stone ink exists in the external silicon carbide matrix material. In the inclusion. The material can be formed by contacting the precursor graphite object with a silicon oxide (SiO) gas in a chemical reaction condition, and the chemical reaction conditions can effectively convert the external part of the precursor graphite object to the silicon carbide matrix material in the internal inclusion, and the silicon carbide matrix material and the matrix material of the graphite material and the material of the silicon carbide matrix. Internal bulk graphite materials permeate each other at the interface region. This silicon carbide graphite complex is suitable for many applications, such as implantable hard masks in the manufacture of solar cells or other optical, photoelectric, photons, semiconductors, and microelectronic products, and the implantation of ions in the beam line assembly, the beam manipulation lens, the ionizing chamber liner, the beam aperture and the ion source chamber. System materials, components and components.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】碳化硅/石墨复合物与包括所述复合物的物件及组合件相关申请案的交叉引用特此根据35USC119请求2015年8月20日申请的碳化硅/石墨复合物与包括所述复合物的物件及组合件(SILICONCARBIDE/GRAPHITECOMPOSITEANDARTICLESANDASSEMBLIESCOMPRISINGSAME)的美国临时专利申请案62207375及2015年12月9日申请的碳化硅/石墨复合物与包括所述复合物的物件及组合件(SILICONCARBIDE/GRAPHITECOMPOSITEANDARTICLESANDASSEMBLIESCOMPRISINGSAME)的美国临时专利申请案62265376的权益。出于所有目的，此类美国临时专利申请案的揭示内容特此以全文引用的方式全部并入本文中。
本专利技术涉及碳化硅/石墨复合物及包括所述复合物的材料、物件及组合件。
技术介绍
在LED的制造中(例如，在腔室中利用以供生长LED的基座物件中)及诸如用于制造太阳能电池的植入式硬掩模中的离子植入中及光束操控镜头、腔室衬垫、光束光阑及源极腔室中的离子植入机中利用石墨组件及组合件。在这些应用中，尽管石墨具有使其优越的相关特性，但其也具有作为建构材料的缺陷，例如不适当化学抗性、摩擦特性及对粒子生成的易感性。借助于说明，通过在生长LED，尤其高亮度LED中所利用的许多工艺性化学品来侵蚀及腐蚀用于生长LED的石墨基座。在离子植入中，由石墨或玻璃态碳-浸染的石墨形成的光束线易遭受腐蚀且因光束照射、溅射及剥蚀机制生成粒子。在各种前述应用中，因碳化硅的有利的特性，包含硬度、化学抗性及有利的摩擦特性，已考虑此类石墨组件及组合件上的碳化硅涂层。然而，由于其在变温制度中需要热稳定性且由于SiC及石墨在耐热震性方面明显地不同，因此尚未成功地实施对应的经SiC涂布的石墨结构。因此，由于与导致SiC断裂的光束照射相关联的较高热震，离子植入机应用中的经SiC涂布的石墨结构容易失效，且当即使经历较小温度变化时，在这些及其它应用中，SiC与石墨之间的热膨胀系数(CTE)不匹配可实现从石墨基底材料分层SiC涂层。因此，本领域继续探寻用于此类应用的石墨物件及组合件的改进。
技术实现思路
本专利技术涉及碳化硅/石墨复合物及包括所述复合物的材料、物件及组合件。在一个方面中，本专利技术涉及一种碳化硅-石墨复合物，其包括(i)内部块状石墨材料及(ii)外部碳化硅基质材料，其中所述内部块状石墨材料及外部碳化硅基质材料在其间的界面区域处彼此相互渗透，且其中石墨存在于所述外部碳化硅基质材料中的包含物中。在另一方面中，本专利技术涉及一种碳化硅-石墨复合物，其包括(i)内部块状石墨材料及(ii)外部碳化硅基质材料，其中内部块状石墨材料及外部碳化硅基质材料在其间的界面区域处彼此相互渗透，且其中石墨存在于外部碳化硅基质材料中的包含物中；所述碳化硅-石墨复合物通过选自由以下组成的群的任何两个或更多个特征表征：(i)所述内部块状石墨材料的厚度与所述外部碳化硅基质材料的厚度的比率在5至10,000的范围内；(ii)所述外部碳化硅基质材料具有在150μm至1000μm范围内的厚度；(iii)所述碳化硅-石墨复合物中的石墨的粒径在5μm至20μm的范围内；(iv)所述碳化硅-石墨复合物的密度在1.6g/cc至2.4g/cc复合物的范围内；(v)所述复合物的热膨胀系数(CTE)在4×10-6/℃至6.5×10-6/℃的范围内；(vi)所述复合物的表征参数CP在0.5％/cm-1至3.2％/cm-1的范围内；其中CP通过关系式CP＝Wg/[S/V]来定义，其中：Wg为经受与一氧化硅接触以进行产生复合物的反应的石墨材料的重量增加百分比(％)；且S/V为产物复合物的表面积-体积比，其中S为以平方厘米计的复合物的表面积，且V为以立方厘米计的复合物的体积；(vii)所述复合物上不含任何碳化硅罩盖层；(viii)所述复合物为玻璃状无碳复合物；(ix)所述复合物的形成包括所述内部块状石墨材料的孔隙中的石墨粉颗粒的转化结合；(x)所述复合物不含游离硅；及(xi)所述复合物掺杂有氮。本专利技术的另一方面涉及一种包括此碳化硅-石墨复合物的材料、物件或组合件，例如用于制造太阳能电池的植入式硬掩模或离子植入装置材料、组合件或组件，诸如光束线组合件、光束操控镜头、电离腔室衬垫、光束光阑及源极腔室。本专利技术的另一方面涉及一种制备此碳化硅-石墨复合物的方法，其包括在化学反应条件下使石墨物件与一氧化硅(SiO)气体接触，所述化学反应条件可有效地将石墨物件的外部部分转化为石墨存在于内部包含物中的碳化硅基质材料，且其中碳化硅基质材料及内部块状石墨材料在其间的界面区域处彼此相互渗透。本专利技术的又一方面涉及一种制备碳化硅-石墨复合物的方法，其包括在化学反应条件下使石墨物件与一氧化硅(SiO)气体接触，所述化学反应条件可有效地将石墨物件的外部部分转化为石墨存在于内部包含物中的碳化硅基质材料，且其中碳化硅基质材料及内部块状石墨材料在其间的界面区域处彼此相互渗透，其中所述化学反应条件可有效地产生碳化硅-石墨复合物，其中所述复合物通过选自由以下组成的群的任何两个或更多个特征表征：(i)所述内部块状石墨材料的厚度与所述外部碳化硅基质材料的厚度的比率在5至10,000的范围内；(ii)所述外部碳化硅基质材料具有在150μm至1000μm范围内的厚度；(iii)所述碳化硅-石墨复合物中的石墨的粒径在5μm至20μm的范围内；(iv)所述碳化硅-石墨复合物的密度在1.6g/cc至2.4g/cc复合物的范围内；(v)所述复合物的热膨胀系数(CTE)在4×10-6/℃至6.5×10-6/℃的范围内；(vi)所述复合物的表征参数CP在0.5％/cm-1至3.2％/cm-1的范围内；其中CP通过关系式CP＝Wg/[S/V]来定义，其中：Wg为经受与一氧化硅接触以进行产生复合物的反应的石墨材料的重量增加百分比(％)；且S/V为产物复合物的表面积-体积比，其中S为以平方厘米计的复合物的表面积，且V为以立方厘米计的复合物的体积；(vii)所述复合物上不含任何碳化硅罩盖层；(viii)所述复合物为玻璃状无碳复合物；(ix)所述复合物的形成包括所述内部块状石墨材料的孔隙中的石墨粉颗粒的转化结合；(x)所述复合物不含游离硅；且(xi)所述复合物掺杂有氮。本专利技术的其它方面、特征及实施例将从随后的说明书及所附权利要求书加完全地显而易见。附图说明图1为在200倍的放大倍数下的电子显微图(金相)，其展示本专利技术的碳化硅-石墨复合物的SiC基质材料及界面区域的微观结构。显微图经标记以指示包括经反应转化的石墨及底层块状石墨材料的SiC基质材料的大致厚度。如所说明，SiC基质材料含有石墨包含物且在界面处存在各自内部块状石墨材料及外部碳化硅基质材料的相互渗透。图2为在200倍的放大倍数下的电子显微图(金相)，其展示图1的复合物的界面区域中的微观结构，同样涉及内部块状石墨材料及外部碳化硅基质材料的相互渗透。图3为在200倍的放大倍数下的电子显微图(金相)，其展示图1复合物的SiC基质材料的上表面区域，展示此基质材料中的石墨包含物。图4为在100倍的放大倍数下的图1的复合物的扫描电子显微镜(SE本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳化硅‑石墨复合物，其包括(i)内部块状石墨材料及(ii)外部碳化硅基质材料，其中所述内部块状石墨材料及外部碳化硅基质材料在其间的界面区域处彼此相互渗透，且其中石墨存在于所述外部碳化硅基质材料中的包含物中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.08.20 US 62/207,375;2015.12.09 US 62/265,3761.一种碳化硅-石墨复合物，其包括(i)内部块状石墨材料及(ii)外部碳化硅基质材料，其中所述内部块状石墨材料及外部碳化硅基质材料在其间的界面区域处彼此相互渗透，且其中石墨存在于所述外部碳化硅基质材料中的包含物中。2.根据权利要求1所述的碳化硅-石墨复合物，其中所述(i)内部块状石墨材料及(ii)外部碳化硅基质材料中的每一者具有相应的厚度，其中所述内部块状石墨材料的厚度大于所述外部碳化硅基质材料的厚度。3.根据权利要求2所述的碳化硅-石墨复合物，其中所述内部块状石墨材料的厚度与所述外部碳化硅基质材料的厚度的比率在5至10,000的范围内。4.根据权利要求2所述的碳化硅-石墨复合物，其中所述内部块状石墨材料的厚度与所述外部碳化硅基质材料的厚度的比率在10至1000的范围内。5.根据权利要求1所述的碳化硅-石墨复合物，其中所述外部碳化硅基质材料具有在150μm至1000μm范围内的厚度。6.根据权利要求1所述的碳化硅-石墨复合物，其中所述碳化硅-石墨复合物中的石墨的粒径在5μm至20μm的范围内。7.根据权利要求1所述的碳化硅-石墨复合物，其中所述碳化硅-石墨复合物中的石墨的粒径在10μm至15μm的范围内。8.根据权利要求1所述的碳化硅-石墨复合物，其中所述碳化硅-石墨复合物的密度在1.6g/cc至2.4g/cc所述复合物的范围内。9.根据权利要求1所述的碳化硅-石墨复合物，其中所述碳化硅-石墨复合物的密度在2.0g/cc至2.25g/cc所述复合物的范围内。10.根据权利要求1所述的碳化硅-石墨复合物，其中所述复合物的热膨胀系数CTE在4×10-6/℃至6.5×10-6/℃的范围内。11.根据权利要求1所述的碳化硅-石墨复合物，其中所述复合物通过使石墨与一氧化硅接触以进行产生所述复合物的反应而形成，且所述复合物具有在0.5％/cm-1至3.2％/cm-1范围内的表征参数Cp，其中CP通过以下关系式来定义：Cp＝Wg/[S/V]其中：Wg为经受与一氧化硅接触以进行产生所述复合物的反应的所述石墨材料的重量增加百分比(％)；且S/V为产物复合物的表面积-体积比，其中S为以平方厘米计的所述复合物的表面积，且V为以立方厘米计的所述复合物的体积。12.根据权利要求1所述的碳化硅-石墨复合物，其中所述复合物表征参数CP在0.5％/cm-1至2％/cm-1的范围内。13.根据权利要求1所述的碳化硅-石墨复合物，其中所述复合物表征参数CP在0.55％/cm-1至1.8％/cm-1的范围内。14.根据权利要求1所述的碳化硅-石墨复合物，其中所述复合物上不含任何碳化硅罩盖层。15.根据权利要求1所述的碳化硅-石墨复合物，其中所述复合物为玻璃状无碳复合物。16.根据权利要求1所述的碳化硅-石墨复合物，其中所述复合物的形成包括所述内部块状石墨材料的孔隙中的石墨粉颗粒的转化结合。17.根据权利要求1所述的碳化硅-石墨复合物，其中所述复合物不含游离硅。18.根据权利要求1所述的碳化硅-石墨复合物，其中所述复合物掺杂有氮。19.根据权利要求1所述的碳化硅-石墨复合物，其中所述复合物掺杂有按所述复合物的总重量计0.1重量％至1.2重量％的氮含量的氮。20.根据权利要求1所述的碳化硅-石墨复合物，其中所述复合物掺杂有按所述复合物的总重量计0.2重量％至0.9重量％的氮含量的氮。21.根据权利要求1所述的碳化硅-石墨复合物，其中所述复合物掺杂有按所述复合物的总重量计0.3重量％至0.7重量％的氮含量的氮。22.一种碳化硅-石墨复合物，其包括(i)内部块状石墨材料及(ii)外部碳化硅基质材料，其中所述内部块状石墨材料及外部碳化硅基质材料在其间的界面区域处彼此相互渗透，且其中石墨存在于所述外部碳化硅基质材料中的包含物中；所述碳化硅-石墨复合物通过选自由以下组成的群组的任何两个或更多个特征表征：(i)所述内部块状石墨材料的厚度与所述外部碳化硅基质材料的厚度的比率在5至10,000的范围内；(ii)所述外部碳化硅基质材料具有在150μm至1000μm范围内的厚度；(iii)所述碳化硅-石墨复合物中的石墨的粒径在5μm至20μm的范围内；(iv)所述碳化硅-石墨复合物的密度在1.6g/cc至2.4g/cc所述复合物的范围内；(v)所述复合物的热膨胀系数CTE在4×10-6/℃至6.5×10-6/℃的范围内；(vi)所述复合物的表征参数CP在0.5％/cm-1至3.2％/cm-1的范围内；其中CP通过以下关系式来定义：Cp＝Wg/[S/V]其中：Wg为经受与一氧化硅接触以进行产生所述复合物的反应的所述石墨材料的重量增加百分比(％)；及S/V为产物复合物的表面积-体积比，其中S为以平方厘米计的所述复合物的表面积，且V为以立方厘米计的所述复合物的体积；(vii)所述复合物上不含任何碳化硅罩盖层；(viii)所述复合物为玻璃状无碳复合物；(ix)所述复合物的形成包括所述内部块状石墨材料的孔隙中的石墨粉颗粒的转化结合；(x)所述复合物不含游离硅；及(xi)所述复合物掺杂有氮。23.一种材料、物件或组合件，其包括根据权利要求1至22中任一项所述的碳化硅-石墨复合物。24.根据权利要求23所述的材料、物件或组合件，其包括植入式硬掩模。25.根据权利要求23所述的材料、物件或组合件，其中所述植入式硬掩模设置于用于制造光学、光电、光子、半导体或微电子产品的制造设施中的植入装置中。26.根据权利要求25所述的材料、物件或组合件，其中所述制造设施中的所述植入装置经配置用于制造太阳能电池。27.根据权利要求23所述的材料、物件或组合件，其包括离子植入装置材料、组合件或组件。28.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·史考金斯，R·G·谢泼德，A·H·拉希德，J·L·伯尔，
申请(专利权)人：恩特格里斯公司，
类型：发明
国别省市：美国,US