一种碳化硅的制备方法和制备装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种碳化硅的制备方法和制备装置，属于半导体材料制备技术领域。本发明专利技术通过在石墨坩埚中增加石墨柱，不仅可以缩短混合原料的径向距离达到缩小温度梯度目的，而且可以很好的将石墨坩埚底部的热量传递到混合原料的芯部，减少混合原料径向温度梯度和轴向温度梯度；本发明专利技术通过支撑部件带动热场以及石墨坩埚旋转，能够避免热场材料和热场缠制带来的温度偏析，有利于提高石墨坩埚内混合原料温度的均匀性；本发明专利技术通过对感应线圈位进行往复提拉，可以将石墨坩埚内部的高温区随着感应线圈的提拉来进行控制，有利于进一步提高石墨坩埚内混合原料温度的均匀性。因此，采用本发明专利技术提供的方法制备的碳化硅产品质量一致性好。提供的方法制备的碳化硅产品质量一致性好。提供的方法制备的碳化硅产品质量一致性好。

【技术实现步骤摘要】
一种碳化硅的制备方法和制备装置


[0001]本专利技术涉及半导体材料制备
，尤其涉及一种碳化硅的制备方法和制备装置。

技术介绍

[0002]碳化硅(SiC)以其禁带宽度大、饱和电子迁移率高、击穿场强大、热导率高等优异特性，成为第三代半导体的热门材料。相比于第一代半导体材料和第二代半导体材料，碳化硅具有更优良的耐高温高压、高功率和高频等特点，被广泛应用于5G通信、新能源汽车和光伏逆变器等产业。
[0003]目前半导体用高纯碳化硅粉料的工业制备方法以物理气相传输(PVT)法居多。PVT法合成高纯碳化硅，是利用PVT炉外部感应线圈加热PVT炉内石墨坩埚产生大量的热量提供反应的动力，但由于集肤效应，热量会集中在石墨坩埚底部和侧壁上，石墨坩埚外部有保温材料防止热量散失，而热量将从石墨坩埚侧壁向内部的合成原料传递，但由于合成原料中具有大量的空隙不能很好的导热，导致合成过程中在原料的径向和轴向上有很大的温度梯度，从而导致产品质量一致性较差。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种碳化硅的制备方法和制备装置，本专利技术提供的方法能够有效解决因温度不均匀造成碳化硅产品质量一致性差的问题，且提高了原料利用率。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种碳化硅的制备方法，包括以下步骤：
[0007](1)提供碳化硅的制备装置，所述碳化硅的制备装置包括石墨坩埚、热场、PVT炉体、支撑部件、旋转电机、感应线圈以及升降电机；
[0008]所述石墨坩埚包括石墨筒、上石墨盖、下石墨盖和石墨柱，所述上石墨盖设置于所述石墨筒的顶部，所述下石墨盖设置于所述石墨筒的底部，所述石墨柱设置于所述石墨筒的内部，且所述石墨柱的顶部与所述上石墨盖相连接，所述石墨柱的底部与所述下石墨盖相连接；
[0009]所述PVT炉体包括石英管、PVT炉下盖和PVT炉上盖，所述PVT炉下盖设置于所述石英管的底部，所述PVT炉上盖设置于所述石英管的顶部；
[0010]所述热场设置于所述石墨筒、上石墨盖以及下石墨盖的外侧；所述石墨坩埚以及热场设置于所述PVT炉体的内部；所述支撑部件设置于所述热场以及PVT炉下盖之间，且所述支撑部件在所述旋转电机的驱动下带动所述热场和石墨坩埚进行旋转；所述感应线圈设置于所述石英管的外侧，且所述感应线圈在所述升降电机的驱动下沿所述石英管的轴向进行往复提拉；
[0011](2)将硅粉和碳粉置于所述石墨坩埚中进行化合反应，得到碳化硅；所述化合反应过程中所述热场进行旋转且所述感应线圈沿所述石英管的轴向进行往复提拉。
[0012]优选地，所述石墨坩埚的材质为等静压石墨，所述等静压石墨的纯度≥99.9998％；所述石墨柱的密度≥1.85g/cm3，所述石墨柱的热导率≥130W/(M
·
K)；所述热场的制备原料的纯度≥99.9995％。
[0013]优选地，所述硅粉与碳粉的纯度≥99.9998％，所述硅粉与碳粉的摩尔比为(1～1.2)：1，所述硅粉的粒度为500～4000μm，碳粉的粒度为10～500μm。
[0014]优选地，所述化合反应的温度为1400～2200℃，时间为10～50h。
[0015]优选地，所述化合反应在压力为0～850mbar条件下进行。
[0016]优选地，升温至所述化合反应的温度的升温速率为10～30℃/min，所述升温的过程中所述热场进行旋转。
[0017]优选地，所述热场的旋转速度≤2r/min。
[0018]优选地，所述升温的过程在压力为0～850mbar条件下进行。
[0019]优选地，所述感应线圈在进行往复提拉的过程中，单次提拉的程序依次包括：下降5～30mm，上升10～50mm，下降回到原位；所述感应线圈的提拉速度为1～4mm/h。
[0020]本专利技术提供了一种碳化硅的制备装置，包括石墨坩埚、热场、PVT炉体、支撑部件、旋转电机、感应线圈以及升降电机；
[0021]所述石墨坩埚包括石墨筒、上石墨盖、下石墨盖和石墨柱，所述上石墨盖设置于所述石墨筒的顶部，所述下石墨盖设置于所述石墨筒的底部，所述石墨柱设置于所述石墨筒的内部，且所述石墨柱的顶部与所述上石墨盖相连接，所述石墨柱的底部与所述下石墨盖相连接；
[0022]所述PVT炉体包括石英管、PVT炉下盖和PVT炉上盖，所述PVT炉下盖设置于所述石英管的底部，所述PVT炉上盖设置于所述石英管的顶部；
[0023]所述热场设置于所述石墨筒、上石墨盖以及下石墨盖的外侧；所述石墨坩埚以及热场设置于所述PVT炉体的内部；所述支撑部件设置于所述热场以及PVT炉下盖之间，且所述支撑部件在所述旋转电机的驱动下带动所述热场进行旋转；所述感应线圈设置于所述石英管的外侧，且所述感应线圈在所述升降电机的驱动下沿所述石英管的轴向进行往复提拉。
[0024]本专利技术提供了一种碳化硅的制备方法，本专利技术通过在石墨坩埚中增加石墨柱，不仅可以缩短混合原料的径向距离达到缩小温度梯度目的，而且可以很好的将石墨坩埚底部的热量传递到混合原料的芯部，减少混合原料径向温度梯度和轴向温度梯度；本专利技术通过支撑部件带动热场以及石墨坩埚旋转，能够避免热场材料和热场缠制带来的温度偏析，有利于提高石墨坩埚内混合原料温度的均匀性；本专利技术通过对感应线圈位进行往复提拉，可以将石墨坩埚内部的高温区随着感应线圈的提拉来进行控制，有利于进一步提高石墨坩埚内混合原料温度的均匀性。因此，本专利技术提供的方法能够有效解决碳化硅合成过程中因温度不均匀导致石墨坩埚中心位置原料反应不充分从而发黑以及结硬块的问题，碳化硅产品质量一致性好，且提高了原料利用率。
附图说明
[0025]图1为本专利技术中碳化硅的制备装置的结构示意图；图中1为支撑部件，2为PVT炉下盖，3为热场，4为混合原料，5为石墨坩埚，6为石英管，7为感应线圈，8为PVT炉上盖；
[0026]图2为实施例1制备的碳化硅的实物图；
[0027]图3为对比例1制备的碳化硅的实物图。
具体实施方式
[0028]本专利技术提供了一种碳化硅的制备方法，包括以下步骤：
[0029](1)提供碳化硅的制备装置，所述碳化硅的制备装置包括石墨坩埚、热场、PVT炉体、支撑部件、旋转电机、感应线圈以及升降电机；
[0030]所述石墨坩埚包括石墨筒、上石墨盖、下石墨盖和石墨柱，所述上石墨盖设置于所述石墨筒的顶部，所述下石墨盖设置于所述石墨筒的底部，所述石墨柱设置于所述石墨筒的内部，且所述石墨柱的顶部与所述上石墨盖相连接，所述石墨柱的底部与所述下石墨盖相连接；
[0031]所述PVT炉体包括石英管、PVT炉下盖和PVT炉上盖，所述PVT炉下盖设置于所述石英管的底部，所述PVT炉上盖设置于所述石英管的顶部；
[0032]所述热场设置于所述石墨筒、上石墨盖以及下石墨盖的外侧；所述石墨坩埚以及热场设置于所述PVT炉体的内部；所述支撑部件设置于所述热场本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)提供碳化硅的制备装置，所述碳化硅的制备装置包括石墨坩埚、热场、PVT炉体、支撑部件、旋转电机、感应线圈以及升降电机；所述石墨坩埚包括石墨筒、上石墨盖、下石墨盖和石墨柱，所述上石墨盖设置于所述石墨筒的顶部，所述下石墨盖设置于所述石墨筒的底部，所述石墨柱设置于所述石墨筒的内部，且所述石墨柱的顶部与所述上石墨盖相连接，所述石墨柱的底部与所述下石墨盖相连接；所述PVT炉体包括石英管、PVT炉下盖和PVT炉上盖，所述PVT炉下盖设置于所述石英管的底部，所述PVT炉上盖设置于所述石英管的顶部；所述热场设置于所述石墨筒、上石墨盖以及下石墨盖的外侧；所述石墨坩埚以及热场设置于所述PVT炉体的内部；所述支撑部件设置于所述热场以及PVT炉下盖之间，且所述支撑部件在所述旋转电机的驱动下带动所述热场和石墨坩埚进行旋转；所述感应线圈设置于所述石英管的外侧，且所述感应线圈在所述升降电机的驱动下沿所述石英管的轴向进行往复提拉；(2)将硅粉和碳粉置于所述石墨坩埚中进行化合反应，得到碳化硅；所述化合反应过程中所述热场进行旋转且所述感应线圈沿所述石英管的轴向进行往复提拉。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述石墨坩埚的材质为等静压石墨，所述等静压石墨的纯度≥99.9998％；所述石墨柱的密度≥1.85g/cm3，所述石墨柱的热导率≥130W/(M
·
K)；所述热场的制备原料的纯度≥99.9995％。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硅粉与碳粉的纯度≥99.9998％，所述硅粉与碳粉的摩尔比为(1～1.2)：1，所述硅粉的粒度为500～4000μm，碳粉的粒度为10～500μm。4.根据权利要求1所述的制备方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：张文忠，浩瀚，赵新田，罗烨栋，周勋，洪志伟，黄世玺，瞿勇杰，祝真旺，
申请(专利权)人：宁波合盛新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：