一种大尺寸碳化硅晶圆及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种大尺寸碳化硅晶圆及其制备方法，其中，制备方法包括：在水溶液中对二氧化硅粉末进行球磨，制得二氧化硅水溶液；将所述二氧化硅水溶液与液态丙烯腈低聚物混合，经喷雾干燥，制得二氧化硅/液态丙烯腈低聚物复合材料；将所述二氧化硅/液态丙烯腈低聚物复合材料与石墨进行固相混合，经球磨后，制得二氧化硅/液态丙烯腈低聚物/石墨复合材料；依次在惰性气体的气氛以及空气气氛下，对所述二氧化硅/液态丙烯腈低聚物/石墨复合材料进行热处理，制得碳化硅粉末；将所述碳化硅粉末通过3D打印制得大尺寸碳化硅晶圆。本发明专利技术采用3D打印技术制备大尺寸碳化硅晶圆，制备工艺简单，且可根据实际需求制备得到不同尺寸的碳化硅晶圆。

【技术实现步骤摘要】
一种大尺寸碳化硅晶圆及其制备方法
本专利技术涉及无机非金属材料领域，尤其涉及一种大尺寸碳化硅晶圆及其制备方法。
技术介绍
碳化硅(SiC)因其宽禁带特性，相较于传统的硅基器件，具有更高的击穿电场强度和导热系数，是制造高温、高频、抗辐照、大功率半导体器件的理想衬底、外延和介质材料。同时，由于SiC相较于传统的硅基器件能承受更大的电流和电压、更高的开关速度、更小的能量损失、更耐高温，因此用SiC做成的功率模组可以相应的减少电容、电感、线圈散热组件的部件，使得整个功率器件模组更加轻巧、节能、输出功率更强，同时还增强了可靠性，优势十分明显。目前，半导体级的高纯度SiC单晶的制备方法主要分为以下三种：物理气相运输法(PVT)、溶液转移法(LPE)及高温化学气相沉积法(HT-CVD)，其中，溶液转移法仅用于实验室制备SiC晶圆，商业上主要采用PVT法和HT-CVD法，由于PVT的设备价格低于HT-CVD的设备，且工艺过程更简单，业界更加偏重采用PVT法，但PVT法对SiC粉体质量要求极高，SiC粉体的质量会对晶体的缺陷、位错密度等指标造成影响，且采用PVT法制备的SiC单晶的生长速率均极其缓慢，约0.1-0.2mm/h。因此，现有的制备SiC晶圆的技术仍有待于改进和发展。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足，本申请的目的在于提供一种大尺寸碳化硅晶圆及其制备方法，旨在解决现有的碳化硅晶圆的制备工艺复杂、产量低的技术问题。本专利技术的技术方案如下：提供了一种大尺寸碳化硅晶圆的制备方法，其中，包括步骤：提供二氧化硅粉末，在水溶液中对二氧化硅粉末进行球磨，制得二氧化硅水溶液；将所述二氧化硅水溶液与液态丙烯腈低聚物混合，经喷雾干燥，制得二氧化硅/液态丙烯腈低聚物复合材料；将所述二氧化硅/液态丙烯腈低聚物复合材料与石墨进行固相混合，经球磨后，制得二氧化硅/液态丙烯腈低聚物/石墨复合材料；依次在惰性气体的气氛以及空气气氛下，对所述二氧化硅/液态丙烯腈低聚物/石墨复合材料进行热处理，制得碳化硅粉末；将所述碳化硅粉末通过3D打印制得大尺寸碳化硅晶圆。在上述实现方式中，利用价格低廉的二氧化硅、石墨以及液态丙烯腈低聚物作为原料制备碳化硅粉末，工艺简单，且所制备的碳化硅粉末的纯度高，同时，采用3D打印技术制备大尺寸的碳化硅晶圆，制备工艺简单，过程可控，碳化硅晶圆的产量高，另外，可根据实际需求制备得到不同尺寸的碳化硅晶圆。可选地，所述依次在惰性气体的气氛以及空气气氛下，对所述二氧化硅/液态丙烯腈低聚物/石墨复合材料进行热处理，制得碳化硅粉末的步骤包括：在惰性气体的气氛下，对所述二氧化硅/液态丙烯腈低聚物/石墨复合材料进行热处理，得到碳化硅/碳复合材料；在空气气氛下，对所述碳化硅/碳复合材料进行氧化焙烧，得到碳化硅粉末。可选地，对所述二氧化硅/液态丙烯腈低聚物/石墨复合材料进行热处理的温度为1500-1800℃，时间为4-30h。可选地，对所述碳化硅/碳复合材料进行氧化焙烧的温度为350-800℃，时间为2-10h。可选地，将所述碳化硅粉末通过3D打印制得大尺寸碳化硅晶圆的步骤包括：将所述碳化硅粉末通过3D打印制得碳化硅晶圆预制体；对所述碳化硅晶圆预置体进行表面抛光处理，制得大尺寸的碳化硅晶圆。可选地，所述二氧化硅水溶液中二氧化硅的粒径为10-100nm。可选地，所述二氧化硅水溶液中所包含的二氧化硅与所述液态丙烯腈低聚物的质量比为0.1-1。可选地，所述喷雾干燥的温度为100-200℃。可选地，所述二氧化硅/液态丙烯腈低聚物复合材料与所述石墨的质量比为0.1-1。基于同样的专利技术构思，还提供有一种大尺寸碳化硅晶圆，其中，采用上述的大尺寸碳化硅晶圆的制备方法制备而成。附图说明图1为本专利技术一种大尺寸碳化硅晶圆的制备方法的流程示意图；图2为本专利技术实施例1中所制备的碳化硅粉末的X-射线粉末衍射图；图3为本专利技术实施例1中所制备的碳化硅粉末的扫描电子显微镜图。具体实施方式为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳实施方式。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本申请的公开内容理解的更加透彻全面。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。碳化硅是第三代半导体材料，与硅半导体材料相比，具有较多的优点，碳化硅单晶材料的禁带宽度为3.26eV，为硅晶的3倍左右，热导率高，约为硅晶的3.3倍，电子饱和迁移率高，约为硅晶的2.5倍，此外，还具有硅晶10倍的击穿电场，因此，碳化硅可以满足现代电子技术对高温、高功率、高压、高频以及抗辐射等恶劣条件的新要求，被称之为革命性半导体材料，在国防、航空、航天、石油勘探、光存储等领域有着重要应用前景，在宽带通讯、太阳能、汽车制造、半导体照明、智能电网等众多战略行业可以降低50％以上的能量损失，最高可以使装备的体积减小75％以上，对人类科技的发展具有里程碑的意义。但商业上主要采用的PVT法对SiC粉体质量要求极高，SiC粉体的质量会对晶体的缺陷、位错密度等指标造成影响，且采用PVT法制备的SiC单晶的生长速率均极其缓慢，约0.1-0.2mm/h。因此，现有的制备SiC晶圆的技术仍有待于改进和发展。基于现有的大尺寸碳化硅晶圆的制备工艺复杂、产量低的技术问题，本专利技术提供了一种大尺寸碳化硅晶圆的制备方法，如图1所示，其包括步骤：S10、提供二氧化硅粉末，在水溶液中对二氧化硅粉末进行球磨，制得二氧化硅水溶液；S20、将所述二氧化硅水溶液与液态丙烯腈低聚物混合，经喷雾干燥，制得二氧化硅/液态丙烯腈低聚物复合材料；S30、将所述二氧化硅/液态丙烯腈低聚物复合材料与石墨进行固相混合，经球磨后，制得二氧化硅/液态丙烯腈低聚物/石墨复合材料；S40、依次在惰性气体的气氛以及空气气氛下，对所述二氧化硅/液态丙烯腈低聚物/石墨复合材料进行热处理，制得碳化硅粉末；S50、将所述碳化硅粉末通过3D打印制得大尺寸碳化硅晶圆。本实施例中，先制备得到高纯的碳化硅粉末，其后，通过3D打印技术，利用所制备的高纯的碳化硅粉末制备得到大尺寸的碳化硅晶圆，其中，所述碳化硅粉末是以二氧化硅水溶液、液态丙烯腈低聚物以及石墨为原料制备而成，首先，将二氧化硅水溶液与液态丙烯腈低聚物混合，经过喷雾干燥后，使得丙烯腈低聚物均匀地包覆在二氧化硅表面，制得二氧化硅/液态丙烯腈低聚物复合材料，优选地，所述二氧化硅为微米级的天然高纯二氧化硅粉末，所述喷雾干燥的温度为100-200℃。进一步地，将所述二氧化硅/液态丙烯腈低聚物复合材料与石墨进行混合，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大尺寸碳化硅晶圆的制备方法，其特征在于，包括步骤：/n提供二氧化硅粉末，在水溶液中对二氧化硅粉末进行球磨，制得二氧化硅水溶液；/n将所述二氧化硅水溶液与液态丙烯腈低聚物混合，经喷雾干燥，制得二氧化硅/液态丙烯腈低聚物复合材料；/n将所述二氧化硅/液态丙烯腈低聚物复合材料与石墨进行固相混合，经球磨后，制得二氧化硅/液态丙烯腈低聚物/石墨复合材料；/n依次在惰性气体的气氛以及空气气氛下，对所述二氧化硅/液态丙烯腈低聚物/石墨复合材料进行热处理，制得碳化硅粉末；/n将所述碳化硅粉末通过3D打印制得大尺寸碳化硅晶圆。/n

【技术特征摘要】
1.一种大尺寸碳化硅晶圆的制备方法，其特征在于，包括步骤：
提供二氧化硅粉末，在水溶液中对二氧化硅粉末进行球磨，制得二氧化硅水溶液；
将所述二氧化硅水溶液与液态丙烯腈低聚物混合，经喷雾干燥，制得二氧化硅/液态丙烯腈低聚物复合材料；
将所述二氧化硅/液态丙烯腈低聚物复合材料与石墨进行固相混合，经球磨后，制得二氧化硅/液态丙烯腈低聚物/石墨复合材料；
依次在惰性气体的气氛以及空气气氛下，对所述二氧化硅/液态丙烯腈低聚物/石墨复合材料进行热处理，制得碳化硅粉末；
将所述碳化硅粉末通过3D打印制得大尺寸碳化硅晶圆。


2.根据权利要求1所述的大尺寸碳化硅晶圆的制备方法，其特征在于，所述依次在惰性气体的气氛以及空气气氛下，对所述二氧化硅/液态丙烯腈低聚物/石墨复合材料进行热处理，制得碳化硅粉末的步骤包括：
在惰性气体的气氛下，对所述二氧化硅/液态丙烯腈低聚物/石墨复合材料进行热处理，得到碳化硅/碳复合材料；
在空气气氛下，对所述碳化硅/碳复合材料进行氧化焙烧，得到碳化硅粉末。


3.根据权利要求2所述的大尺寸碳化硅晶圆的制备方法，其特征在于，对所述二氧化硅/液态丙烯腈低聚物/石墨复合材料进行热处理的温度为1500-1800℃，时间为4-30h。

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【专利技术属性】
技术研发人员：刘剑洪，黎烈武，杨鹏刚，张黔玲，扶勇欢，陈超，
申请(专利权)人：深圳市深源动力高纯硅技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44