一种外延衬底用碳化硅涂层工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种外延衬底用碳化硅涂层工艺，具体涉及碳化硅涂层工艺技术领域，包括步骤一、外延衬底预处理，步骤二、外延衬底清洗，步骤三、碳化硅三电体系电解，步骤四、碳化硅涂层附着。本发明专利技术将二氧化硅和碳的复合材料为原料，对其进行三电极体系对复合材料进行电解操作，在电解反应中能够产生碳化硅复合在外延衬底的表面并生长为结晶体，进而提高外延衬底的强度、耐磨性、耐腐蚀性等性能，适用于电子以及光学产品上的应用，且二氧化硅和碳的复合材料在CaCl2熔盐电解液进行电解后，产生阳离子能够被电解液吸收，减少气体的排放且造成污染，整体工艺环保，减少对环境的污染以及危害气体的排放。气体的排放。气体的排放。

【技术实现步骤摘要】
一种外延衬底用碳化硅涂层工艺


[0001]本专利技术涉及碳化硅涂层工艺
，更具体地说，本专利技术涉及一种外延衬底用碳化硅涂层工艺。

技术介绍

[0002]外延衬底是一种具有特定晶面和适当电学、光学和机械特性的用于生长外延层的洁净单晶薄片，为了提高外延衬底的耐磨性以及使用寿命，需要在外延衬底的表面进行碳化硅涂层，目前针对于碳化硅涂层工艺的方式有多种，使用最常见的为化学气相沉积法。
[0003]专利申请号CN202210601996.6的专利技术专利公开了一种陶瓷表面碳化硅涂层的工艺，该方法包括，(1)预处理：将陶瓷送入沉积炉系统，通过抽真空系统将沉积炉系统内部抽成真空状态；沉积炉系统升温至1200
‑
1400℃；(2)原料准备：将原料甲基三氯硅烷和气化氢气通入原料气化混合系统中得到混合气体；(3)反应沉积：原料气化混合系统将混合气体、氛围氢气、氩气通入到沉积炉系统中反应，即可在陶瓷表面沉积碳化硅涂层，得到成品。
[0004]该工艺利用甲基三氯硅烷在高温、真空中的分解反应，减少陶瓷杂质逸出，提高陶瓷表面纯度，在陶瓷表面沉积一层致密的碳化硅涂层，但是，甲基三氯硅烷在高温反应生成碳化硅的同时，会产生氯化氢有毒气体，还需要配备专门处理装置对氯化氢气体进行处理，工艺难度大且资金投入多，不适合大规模生产，且安全性不高，容易对环境造成一定的影响，鉴于此，本专利技术提出一种外延衬底用碳化硅涂层工艺。

技术实现思路

[0005]本专利技术技术方案针对现有技术解决方案过于单一的技术问题，提供了显著不同于现有技术的解决方案，为了克服现有技术的上述缺陷，本专利技术提供一种外延衬底用碳化硅涂层工艺，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种外延衬底用碳化硅涂层工艺，该工艺具体包括以下步骤：
[0007]步骤一、预处理，将外延衬底放置在加热台上进行预热处理，期间不断通入惰性气体，使其与外延衬底表面的氧化层以及杂质进行反应，生成反应物排出；
[0008]步骤二、将预处理后的外延衬底放置在喷淋系统中进行清洗，之后对其进行烘干操作，具体为：
[0009]A、首先将外延衬底在70
‑
80℃的三氯乙烯中浸泡3
‑
10min，然后在70
‑
80℃的去离子水中喷淋3
‑
10min，在喷淋的过程中采用边转动边喷淋的方式，提高清洗效果；
[0010]B、将初步清洗后的外延衬底在70
‑
80℃的混合液中浸洗5
‑
8次，每次浸洗时间为2s，然后在70
‑
80℃的去离子水中再次喷淋6
‑
8min，最后在70
‑
80℃的碱液中浸泡3
‑
10min，并采用70
‑
80℃的去离子水浸泡3
‑
10min；
[0011]C、将取出的外延衬底取出并采用常温风进行烘干处理，烘干温度为45
‑
60℃，时间为10
‑
18min；
[0012]步骤三、以二氧化硅和碳的复合材料为原料，以无水的CaCl2的熔盐为电解质，将其分别放置在石墨罐中进行电解操作，具体为：
[0013]A1、采用三电极体系对复合材料进行电解操作，其中以二氧化硅和碳复合材料电极为工作电极，以石墨等惰性电极为辅助电极，以耐高温的Ag/AgCl电极或铂电极为参比电极，以耐高温的金属钼线或银线用于连接工作电极、辅助电极和参比电极的导线；
[0014]B1、将上述分别放置在装有CaCl2电解液的石墨罐中，将石墨罐置入高温合金加工的反应釜内，将连接电极的导线从反应釜顶部密封盖引出，并将反应釜置于热处理炉或加热炉中进行高温加热；
[0015]C1、将连接各电极的导线与加热炉外的电极进行连接，然后向反应釜内不断通入惰性气体，并将反应釜在惰性气体的环境下从常温加热到600
‑
1200℃，期间保持恒温状态，最后对二氧化硅和碳复合材料电极进行电解0.5
‑
24h；
[0016]步骤四、二氧化硅和碳复合材料电极结束后，产生反应物为碳化硅和氧气，氧气能够在CaCl2电解液中被吸收，而碳化硅通过化学沉积法反应在外延衬底的表面，形成碳化硅涂层
[0017]优选地，所述在步骤一中，外延衬底的预处理温度为1000
‑
1400℃，所述惰性气体采用氢气、氨气、氮气、氦气和氩气的任意一种或多种，所述外延衬底表面的氧化层以及杂质在高温下与惰性气体反应成长金属氧化物，达到对外延衬板表面的清洁预处理。
[0018]优选地，所述在步骤二中，所述混合液为重铬酸钾、浓硫酸和水按照比例0.2:0.3:0.5混合而成，其中混合液中重铬酸钾的质量浓度为18
‑
20g/L，浓硫酸的摩尔浓度为10
‑
15mol/L。
[0019]优选地，所述在步骤二中，碱液为磷酸钠、碳酸钠和氢氧化钾的混合水溶液，其中所述磷酸钠、碳酸钠和氢氧化钾的质量比为1:1:1，且混合液中溶质的质量浓度为8～10g/L。
[0020]优选地，所述在步骤三中，所述二氧化硅和碳的复合材料是稻壳经过高温碳化后得到二氧化硅和碳的复合材料，所述无水的CaCl2的熔盐是CaCl2通过260℃高温蒸发脱水，并对其加Kcl和LiCl进行高温熔化，得到电解液，其中CaCl2、Kcl和LiCl之间的配比为1:1:1。
[0021]优选地，所述在步骤三中，所述惰性电极还包括有玻碳电极、铂电极、金电极、银电极、铅电极和导电玻璃电极，所述惰性气体为氮气、氩气、氦气中的一种或者多种混合气体。
[0022]优选地，所述在对二氧化硅和碳复合材料电极进行电解时，采用恒压横流或者脉冲电流技术。
[0023]优选地，在步骤四中，所述碳化硅涂层在外延衬底的沉积厚度为2
‑
15mm，且沉积速率为30
‑
45μm/h。
[0024]本专利技术的技术效果和优点：
[0025]1、通过将二氧化硅和碳的复合材料为原料，对其进行三电极体系对复合材料进行电解操作，在电解反应中能够产生碳化硅复合在外延衬底的表面并生长为结晶体，进而提高外延衬底的强度、耐磨性、耐腐蚀性等性能，适用于电子以及光学产品上的应用，且二氧化硅和碳的复合材料在CaCl2熔盐电解液进行电解后，产生阳离子能够被电解液吸收，减少气体的排放且造成污染，整体工艺环保，减少对环境的污染以及危害气体的排放；
[0026]2、通过对外延衬底进行涂层碳化硅时，采用多种不同混合物的冲洗方式，能够有效去除其表面的氧化层以及有机杂质，对外延衬板的表面起到良好的活化效果，提高碳化硅涂层的附着效果，避免发生脱落的现象。
附图说明
[0027]图1为本专利技术的整体流程图。
具体实施方式
[0028]实施例1、...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种外延衬底用碳化硅涂层工艺，其特征在于：该工艺具体包括以下步骤：步骤一、预处理，将外延衬底放置在加热台上进行预热处理，期间不断通入惰性气体，使其与外延衬底表面的氧化层以及杂质进行反应，生成反应物排出；步骤二、将预处理后的外延衬底放置在喷淋系统中进行清洗，之后对其进行烘干操作，具体为：A、首先将外延衬底在70
‑
80℃的三氯乙烯中浸泡3
‑
10min，然后在70
‑
80℃的去离子水中喷淋3
‑
10min，在喷淋的过程中采用边转动边喷淋的方式，提高清洗效果；B、将初步清洗后的外延衬底在70
‑
80℃的混合液中浸洗5
‑
8次，每次浸洗时间为2s，然后在70
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80℃的去离子水中再次喷淋6
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8min，最后在70
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80℃的碱液中浸泡3
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10min，并采用70
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80℃的去离子水浸泡3
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10min；C、将取出的外延衬底取出并采用常温风进行烘干处理，烘干温度为45
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60℃，时间为10
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18min；步骤三、以二氧化硅和碳的复合材料为原料，以无水的CaCl2的熔盐为电解质，将其分别放置在石墨罐中进行电解操作，具体为：A1、采用三电极体系对复合材料进行电解操作，其中以二氧化硅和碳复合材料电极为工作电极，以石墨等惰性电极为辅助电极，以耐高温的Ag/AgCl电极或铂电极为参比电极，以耐高温的金属钼线或银线用于连接工作电极、辅助电极和参比电极的导线；B1、将上述分别放置在装有CaCl2电解液的石墨罐中，将石墨罐置入高温合金加工的反应釜内，将连接电极的导线从反应釜顶部密封盖引出，并将反应釜置于热处理炉或加热炉中进行高温加热；C1、将连接各电极的导线与加热炉外的电极进行连接，然后向反应釜内不断通入惰性气体，并将反应釜在惰性气体的环境下从常温加热到600
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1200℃，期间保持恒温状态，最后对二氧化硅和碳复合材料电极进行电解0.5
‑...

【专利技术属性】
技术研发人员：王敏，吕秀荣，李成文，任鲁奎，吴玉培，
申请(专利权)人：山东华达新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：