一種高純碳化硅原料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種高純碳化硅原料的制備方法，所述方法包括如下步驟：提供高純硅粉和高純碳粉；所述高純硅粉和高純碳粉充分混合后放置于坩堝，于1400-2200℃的高溫爐中形成一次碳化硅料，所述一次碳化硅料壓碎后在氧化爐中經(jīng)過600-1400℃的高溫氧化，形成二次碳化硅料；所述二次碳化硅料在高真空爐中經(jīng)過800-1600℃高溫真空脫氣，形成三次碳化硅料；所述三次碳化硅料經(jīng)過濕法化學(xué)冶金處理，得到高純碳化硅原料。
【專利說明】一種高純碳化娃原料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電子工業(yè)、半導(dǎo)體材料的制備方法，更具體地涉及碳化硅原料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]自從美國(guó)人阿奇遜在1891年發(fā)現(xiàn)SiC材料以來，SiC因其具有許多優(yōu)異的性能，如硬度高、耐磨削、耐高溫、耐氧化、耐腐蝕、高熱導(dǎo)率、高化學(xué)穩(wěn)定性、寬帶隙以及高電子遷移率等，被作為磨料、耐火材料、電熱組件、黑色有色金屬冶煉等應(yīng)用的原料，其中磨料、冶金和高溫承載件是目前碳化硅的主要應(yīng)用領(lǐng)域，現(xiàn)在又被應(yīng)用于機(jī)械工程中的結(jié)構(gòu)件和化學(xué)工程中的密封件等，并且在腐蝕、磨蝕和高溫以及航天等極端條件下具有非常優(yōu)越的性能。傳統(tǒng)上碳化硅是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑(生產(chǎn)綠色碳化硅時(shí)需要加食鹽)等原料在電阻爐內(nèi)經(jīng)高溫冶煉而成，由于傳統(tǒng)碳化硅生產(chǎn)過程中原料、設(shè)備、粉碎等工藝難以進(jìn)行精密控制，生產(chǎn)的碳化硅純度較低，介于95-99%之間，可以滿足一般工業(yè)及生產(chǎn)應(yīng)用。
[0003]以娃為代表的半導(dǎo)體大大推動(dòng)了微電子技術(shù)和光電子技術(shù)的發(fā)展，以改進(jìn)的西門子法為代表的硅提純技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)⒐璧募兌忍岣叩?N (99.9999999%)以上，以高純硅材料為基礎(chǔ)微電子技術(shù)徹底改變了我們的生活面貌和方式。但是由于材料本身性能的限制，其器件應(yīng)用也趨于極限?，F(xiàn)代科技越來越多的領(lǐng)域需要高頻率、大功率、耐高溫、化學(xué)穩(wěn)定性好以及可以在強(qiáng)輻射境中工作的材料，因此以碳化硅為代表的第三代半導(dǎo)體受到了人們極大的關(guān)注。SiC由于具有寬帶隙、聞臨界電場(chǎng)、聞熱導(dǎo)率、聞?shì)d流子飽和漂移速度等特點(diǎn)，在高溫、高頻、大功率、光電子及抗輻射等方面具有巨大的潛力。
[0004]但是，和生產(chǎn)硅晶圓需要高純度的硅材料一樣，生產(chǎn)碳化硅晶圓也需要高純度的碳化硅原料，目前傳統(tǒng)方法由于其工藝固有的缺陷，生產(chǎn)的碳化硅各種雜質(zhì)含量比較高，純度比較低，在作為原料生長(zhǎng)碳化硅晶體時(shí)非常容易產(chǎn)生如多晶、微管道、位錯(cuò)、包裹等缺陷，難以形成高質(zhì)量的碳化硅晶體；而且，由于各種雜質(zhì)尤其是過渡金屬雜質(zhì)的影響，晶體性能嚴(yán)重下降，晶片無法作為器件制作使用。
[0005]綜上所述，本領(lǐng)域缺乏使得純度達(dá)到生長(zhǎng)高質(zhì)量碳化硅晶體的要求的工藝方法。因此，本領(lǐng)域迫切需要開發(fā)一種能精確控制原料及過程工藝制作碳化硅，使其純度達(dá)到生長(zhǎng)高質(zhì)量碳化硅晶體的要求的新的工藝方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種獲得高純碳化硅原料的方法，尤其是制備適用于高質(zhì)量碳化硅晶體生長(zhǎng)用高純碳化硅原料的方法。
[0007]在本發(fā)明的第一方面，提供了一種高純碳化硅原料的制備方法，所述方法包括如下步驟:
[0008]提供聞純娃粉和聞純碳粉；[0009]所述高純硅粉和高純碳粉充分混合后放置于坩堝，于1400-2200°C的高溫爐中形成一次碳化娃料，
[0010]所述一次碳化硅料壓碎后在氧化爐中經(jīng)過600-1400°C的高溫氧化，形成二次碳化硅料；
[0011]所述二次碳化硅料在高真空爐中經(jīng)過800-160(TC高溫真空脫氣，形成三次碳化硅料；
[0012]所述三次碳化硅料經(jīng)過濕法化學(xué)冶金處理，得到高純碳化硅原料。
[0013]在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，所述高純碳化硅原料為高純碳化硅原料。
[0014]在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，本發(fā)明的制作高純碳化硅(SiC)原料的方法包括:采用高純硅粉和高純碳粉、充分混合后在放置于坩堝于高溫爐中合成碳化硅，通過控制合成溫度、爐內(nèi)氣氛、壓力等合成疏松狀碳化硅，粉碎后經(jīng)過高溫氧化、高溫真空脫氣、濕法化學(xué)冶金處理，得到高純碳化硅粉體原料。
[0015]在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，所述高真空爐為真空度低于5X10_3Pa的真空爐。
[0016]在本發(fā)明的一個(gè)【具體實(shí)施方式】中，所述一次碳化硅料的形成過程中，避免N元素的引入。
[0017]優(yōu)選地，在所述一次碳化硅料的形成過程中，混合后的高純硅粉和高純碳粉應(yīng)放置于高純氧化鋁、氧化鋯或石墨坩堝中，優(yōu)選石墨坩堝。
[0018]優(yōu)選地，所述高純硅粉和高純碳粉為高純?cè)噭?，純度均?yīng)不小于99.999%。
[0019]發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明通過合理的工藝條件，將N對(duì)晶體的污染降到了最低。
[0020]具體的，所述容器的選擇避免了引入N元素。
[0021 ] 具體的，所述高純?cè)噭┑倪x擇避免了引入N元素以及其他雜質(zhì)。
[0022]在本發(fā)明的一個(gè)【具體實(shí)施方式】中，所述一次碳化硅料的形成過程中，通過控制包括合成溫度、爐內(nèi)氣氛、壓力在內(nèi)的工藝條件而形成疏松狀碳化硅。本發(fā)明合成的具有疏松狀形態(tài)的一次碳化硅，不用進(jìn)行特別粉碎，輕輕壓碎即可，不容易引入雜質(zhì)。
[0023]優(yōu)選地，所述合成溫度為1400-2200° C，更優(yōu)選反應(yīng)溫度為1700-2000° C，且反應(yīng)時(shí)間為3-36小時(shí)。
[0024]優(yōu)選地,爐內(nèi)氣氛為氫氣、IS氣氣氛或其混合氣體，優(yōu)選氫氣氣氛。
[0025]優(yōu)選地，爐內(nèi)氣氛的壓力為l_500Torr，優(yōu)選10-200Torr。
[0026]在本發(fā)明的一個(gè)【具體實(shí)施方式】中，所提供的高純硅粉(純度不小于99.999%)的中位粒徑Dki (中位粒徑D5tl:—個(gè)樣品的累計(jì)粒度分布百分?jǐn)?shù)達(dá)到50%時(shí)所對(duì)應(yīng)的粒徑。它的物理意義是粒徑大于它的顆粒占50%，小于它的顆粒也占50%，D5tl也叫中位粒徑或中值粒徑。D50常用來表示粉體的平均粒度。)在10-1000 μ m之間，典型值在100_500ym之間；高純碳粉(純度不小于99.999%)的中位粒徑D5tl應(yīng)在0.3-300 μ m之間，典型值應(yīng)在10-100 μ m之間
[0027]在本發(fā)明的一個(gè)【具體實(shí)施方式】中，所述高溫爐可以是石墨電阻爐或中頻感應(yīng)爐，更優(yōu)選地，采用中頻感應(yīng)爐。
[0028]優(yōu)選地，所述高溫爐的真空度能夠達(dá)到5X 10_3Pa以下，優(yōu)選值為IX 10_3Pa以下。
[0029]在本發(fā)明的一個(gè)【具體實(shí)施方式】中，形成二次碳化硅料時(shí)，所述高溫氧化過程時(shí)采用高純氧氣(純度不小于99.99%)，爐內(nèi)溫度為600-1500° C，優(yōu)選800-1200 ° C，時(shí)間為.1-24小時(shí)。為了減少雜質(zhì)，發(fā)明人將一次碳化硅在氧化爐中通過高溫氧化處理，去除掉多余的碳，并且，將粉體中少量的金屬氧化，得到二次碳化硅。
[0030]在本發(fā)明的一個(gè)【具體實(shí)施方式】中，在高真空爐中形成三次碳化硅料時(shí)，高溫真空脫氣處理的過程中，爐內(nèi)真空度為5X10_2Pa以下，優(yōu)選值為lX10_3Pa以下，溫度為1200-1700° C，時(shí)間2-24小時(shí)。為了減少雜質(zhì)，發(fā)明人將二次碳化硅通過高溫高真空脫氣處理，將在高溫下容易揮發(fā)的金屬氧化物揮發(fā)，得到三次碳化硅。
[0031]在本發(fā)明的一個(gè)【具體實(shí)施方式】中，濕法化學(xué)冶金處理采用的酸液為HC1、HF、H2S04、HNO3的一種或幾種混合酸浸泡，溫度為20-85° C，時(shí)間不小于6小時(shí)。
[0032]本發(fā)明的第二方面提供一種如本發(fā)明任意一項(xiàng)方法制得的高純碳化硅原料。
[0033]更優(yōu)選的，所述高純碳化硅原料的中位粒徑D5tl在50-800 μ m之間、純度大于99.999%。
[0034]本發(fā)明的第三方面提供一種本發(fā)明所述的高純碳化硅原料用于晶型晶體的生長(zhǎng)。
[0035]優(yōu)選地，所述晶形晶體為3C-SiC、4H-SiC、6H_SiC和15R_SiC晶體中的一種或多種。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0036]圖1為工藝流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037]本發(fā)明人經(jīng)過廣泛而深入的研究，通過改進(jìn)制備工藝，獲得了一種典型的中位粒徑D5tl在50-800 μ m、純度大于99.999%的高純碳化硅原料的制備方法。在此基礎(chǔ)上完成了本發(fā)明。
[0038]本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思如下:
[0039]本方法通過混合的高純硅粉和高純碳粉在高溫中合成碳化硅，通過控制合成溫度、爐內(nèi)氣氛、壓力等參數(shù)合成疏松狀碳化硅，輕輕壓碎后經(jīng)過高溫氧化、高溫高真空脫氣、濕法化學(xué)冶金處理經(jīng)過濕法化學(xué)冶金處理，得到典型的中位粒徑D5tl在50-800 μ m、純度大于99.999%的高純碳化硅原料。
[0040]以下對(duì)本發(fā)明的各個(gè)方面進(jìn)行詳述:
[0041]原料:聞純娃粉和聞純碳粉
[0042]優(yōu)選地，所述高純硅粉和高純碳粉為高純?cè)噭?，純度均?yīng)不小于99.999%。
[0043]在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，所述高純碳化硅原料為高純碳化硅粉體原料。
[0044]在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，所提供的高純(純度不小于99.999%)硅粉的中位粒徑在10-1000 μ m之間，典型值的應(yīng)在100-500 μ m之間；高純(純度不小于99.999%)碳粉的中位粒徑D5tl應(yīng)在0.3-300 μ m之間，典型值的應(yīng)在10-100 μ m之間
[0045]一次碳化硅料的形成
[0046]在本發(fā)明的一個(gè)【具體實(shí)施方式】中，所述一次碳化硅料的形成過程中，避免N元素的引入；
[0047]優(yōu)選地，在所述一次碳化硅料的形成過程中，混合后的高純硅粉和高純碳粉應(yīng)放置于高純氧化鋁、氧化鋯或石墨坩堝中，優(yōu)選石墨坩堝。[0048]發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明通過合理的工藝條件，將N對(duì)晶體的污染降到了最低。
[0049]具體的，所述容器的選擇避免了引入N元素。
[0050]具體的，所述高純?cè)噭┑倪x擇避免了引入N元素以及其他雜質(zhì)。
[0051]為了更加減少污染，所述一次碳化硅料的形成過程中，通過控制包括合成溫度、爐內(nèi)氣氛、壓力在內(nèi)的工藝條件而形成疏松狀碳化娃。
[0052]優(yōu)選地，所述合成溫度為1500-2200° C，更優(yōu)選反應(yīng)溫度為1700-2000° C，且反應(yīng)時(shí)間為3-36小時(shí)。
[0053]優(yōu)選地,爐內(nèi)氣氛為氫氣、IS氣氣氛或其混合氣體，優(yōu)選氫氣氣氛。
[0054]優(yōu)選地，爐內(nèi)氣氛的壓力為l_500Torr，優(yōu)選10_200Torr。
[0055]本發(fā)明合成的具有疏松狀形態(tài)的一次碳化硅，不用經(jīng)過粉碎，輕輕壓碎即可，不容易引入雜質(zhì)。
[0056]在本發(fā)明的一個(gè)【具體實(shí)施方式】中，所述高溫爐可以是石墨電阻爐或中頻感應(yīng)爐，更優(yōu)選地，采用中頻感應(yīng)爐；
[0057]優(yōu)選地，所述高溫爐的真空度能夠達(dá)到5X 10_3Pa以下，優(yōu)選值為IX 10_3Pa以下。
[0058]形成二次碳化硅料
[0059]在氧化爐中形成二次碳化硅料時(shí)，所述高溫氧化過程時(shí)采用高純氧氣(純度不小于99.99%)，爐內(nèi)溫度為600-1500。C，優(yōu)選800-1200。C，時(shí)間為1-24小時(shí)。
[0060]為了減少雜質(zhì)，發(fā)明人將一次碳化硅通過高溫氧化處理，去除掉多余的碳，并且，將粉體中少量的金屬氧化，得到二次碳化硅。
[0061]形成三次碳化硅料
[0062]在本發(fā)明的一個(gè)【具體實(shí)施方式】中，在高真空爐中形成三次碳化硅料時(shí)，高溫真空脫氣處理的過程中，爐內(nèi)真空度為5X10_2Pa以下，優(yōu)選值為lX10_3Pa以下，溫度為1200-1700° C，時(shí)間 2-24 小時(shí)。
[0063]為了減少雜質(zhì)，發(fā)明人將二次碳化硅通過高溫高真空脫氣處理，將在高溫下容易揮發(fā)的金屬氧化物揮發(fā)，得到三次碳化硅。
[0064]濕法化學(xué)冶金處理
[0065]在本發(fā)明的一個(gè)【具體實(shí)施方式】中，濕法化學(xué)冶金處理采用的酸液為HC1、HF、H2S04、HNO3的一種或幾種混合酸浸泡，溫度為20-85° C，時(shí)間不小于6小時(shí)。
[0066]高純碳化硅原料及其制備方法和用途
[0067]本發(fā)明的所述高純碳化硅原料的中位粒徑D5tl在50-800μπι之間、純度大于99.999%。
[0068]所述高純碳化硅原料的制備方法包括如下步驟:
[0069]提供聞純娃粉和聞純碳粉；
[0070]所述高純硅粉和高純碳粉充分混合后放置于坩堝，于高溫爐中形成一次碳化硅料，
[0071]所述一次碳化硅料粉碎后在氧化爐中經(jīng)過高溫氧化，形成二次碳化硅料；
[0072]所述二次碳化硅料最高真空爐中經(jīng)過高溫真空脫氣，形成三次碳化硅料；
[0073]所述三次碳化硅料經(jīng)過濕法化 學(xué)冶金處理，得到高純碳化硅原料。
[0074]在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，本發(fā)明的制作高純碳化硅(SiC)原料的方法包括:采用高純硅粉和高純碳粉、充分混合后在放置于坩堝于高溫爐中合成碳化硅，通過控制合成溫度、爐內(nèi)氣氛、壓力等參數(shù)合成疏松狀碳化硅，粉碎后經(jīng)過高溫氧化、高溫真空脫氣、濕法化學(xué)冶金處理，得到高純碳化硅粉體原料。
[0075]本發(fā)明所述的高純碳化硅原料用于晶型晶體的生長(zhǎng)；優(yōu)選地，所述晶形晶體為3C-SiC、4H-SiC、6H-SiC 和 15R_SiC 晶體中的一種或多種。
[0076]優(yōu)點(diǎn)
[0077]本發(fā)明采用以下措施，保證合成高純度的碳化硅:
[0078]原料采用99.999%以上硅粉及碳粉，高純度石墨坩堝，能夠達(dá)到高真空度的反應(yīng)爐，將原料、坩堝以及環(huán)境所帶來的污染的可能性降到了最低限度；
[0079]通過合理的工藝條件，將N對(duì)晶體的污染降到了最低，并且合成和具有疏松狀形態(tài)的一次碳化硅，不經(jīng)過粉碎，輕輕壓碎即可，不容易引入雜質(zhì)；
[0080]將一次碳化硅在氧化爐中通過高溫氧化處理，去除掉多余的碳，并且，將粉體中少量的金屬氧化，得到二次碳化硅；
[0081]將二次碳化硅最高真空爐中通過高溫高真空脫氣處理，將在高溫下容易揮發(fā)的金屬氧化物揮發(fā)，得到三次碳化硅；
[0082]將得到的三次碳化硅，通過濕法冶金處理，去離子水過濾，烘干，得到高純度的碳化硅原料。
[0083]根據(jù)本工藝條件制備的碳化硅原料用于碳化硅晶體的生長(zhǎng)，在不摻雜釩的條件下，生長(zhǎng)出了具有良好外形，電阻率在I X `IO7 Ω.Cm以上的晶體。
[0084]如無具體說明，本發(fā)明的各種原料均可以通過市售得到；或根據(jù)本領(lǐng)域的常規(guī)方法制備得到。除非另有定義或說明，本文中所使用的所有專業(yè)與科學(xué)用語與本領(lǐng)域技術(shù)熟練人員所熟悉的意義相同。此外任何與所記載內(nèi)容相似或均等的方法及材料皆可應(yīng)用于本發(fā)明方法中。
[0085]本發(fā)明的其他方面由于本文的公開內(nèi)容，對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是顯而易見的。
[0086]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。下列實(shí)施例中未注明具體條件的實(shí)驗(yàn)方法，通常按照常規(guī)條件，或按照制造廠商所建議的條件進(jìn)行。除非另外說明，否則所有的份數(shù)為重量份，所有的百分比為重量百分比，所述的聚合物分子量為數(shù)均分子量。
[0087]除非另有定義或說明，本文中所使用的所有專業(yè)與科學(xué)用語與本領(lǐng)域技術(shù)熟練人員所熟悉的意義相同。此外任何與所記載內(nèi)容相似或均等的方法及材料皆可應(yīng)用于本發(fā)明方法中。
[0088]實(shí)施例1
[0089]分別稱量純度不小于99.999%，D50徑在200 μ m的硅粉250克和純度不小于99.999%,D50徑在30 μ m的碳粉100克，放置于潔凈塑料容器或聚四氟乙烯容器中充分均勻混合，將混合后的粉料轉(zhuǎn)移至高純石墨坩堝中，放置于中頻感應(yīng)爐內(nèi)，抽真空至5 X IO-4Pa,然后通入氬氣和氫氣，流量分別為6L/min和lL/min，并控制爐內(nèi)壓力保持在50Torr左右。以800° C/h的速率加熱坩堝至1800° C，保溫12小時(shí)，停止加熱。待爐內(nèi)溫度降到500° C以下時(shí)，停止氬氣和氫氣流量供應(yīng)，冷卻到室溫時(shí)，將石墨坩堝取出，將初步合成的疏松狀碳化硅輕輕壓碎，得到一次碳化硅料。
[0090]將一次碳化硅料放置于一高純氧化鋁坩堝中，放置于氧化爐內(nèi)，在高純氧氣氣氛下加熱至900° C，保溫8小時(shí)，充分對(duì)合成料進(jìn)行氧化處理，得到二次氧化碳化硅料。
[0091]然后將氧化后的二次碳化硅料轉(zhuǎn)移至石墨坩堝中，放置于高真空爐內(nèi)，抽真空至小于lX10_3Pa以下，并加熱至1450° C，保溫10小時(shí)，降溫，得到真空脫氣三次碳化硅料。
[0092]將三次碳化硅料放置于潔凈的聚四氟乙烯容器中，加入800mL濃度為36.5%M0S級(jí)HCl,200mL濃度為40%M0S級(jí)HF，600mL去離子水，將容器密封，放置于80° C水浴鍋中水浴36小時(shí)后過濾，得到約410克碳化硅粉。經(jīng)GDMS (輝光放電質(zhì)譜)測(cè)量，金屬雜質(zhì)總含量在IOppmw以下,SIMS ( 二次離子質(zhì)譜)檢測(cè)N含量在8ppmw以下,激光粒度測(cè)試儀測(cè)試碳化娃粉體中位粒徑D5tl為120 μ m。
[0093]實(shí)施例2[0094]分別稱量純度不小于99.999%，D50徑在200 μ m的硅粉210克和純度不小于99.999%,D50徑在90 μ m的碳粉100克，放置于潔凈塑料容器或聚四氟乙烯容器中充分均勻混合，將混合后的粉料轉(zhuǎn)移至高純石墨坩堝中，放置于中頻感應(yīng)爐內(nèi)，抽真空至5 X IO-4Pa,然后通入氬氣和氫氣，流量分別為10L/min和2L/min，并控制爐內(nèi)壓力保持在IOOTorr左右。以800° C/h的速率加熱坩堝至1900° C，保溫12小時(shí)，停止加熱。待爐內(nèi)溫度降到500° C以下時(shí)，停止氬氣和氫氣流量供應(yīng)，冷卻到室溫時(shí)，將石墨坩堝取出，將初步合成的疏松狀碳化硅輕輕壓碎，得到一次碳化硅料。
[0095]將一次碳化硅料放置于一高純氧化鋁坩堝中，放置于氧化爐內(nèi)，在高純氧氣氣氛下加熱至800° C，保溫10小時(shí)，充分對(duì)合成料進(jìn)行氧化處理，得到二次氧化碳化硅料。
[0096]然后將氧化后的二次碳化硅料轉(zhuǎn)移至石墨坩堝中，放置于高真空爐內(nèi)，抽真空至小于lX10_3Pa以下，并加熱至1600° C，保溫10小時(shí)，降溫，得到真空脫氣三次碳化硅料。
[0097]將三次碳化硅料放置于潔凈的聚四氟乙烯容器中，加入800mL濃度為36.5%M0S級(jí)HCl,200mL濃度為40%M0S級(jí)HF，600mL去離子水，將容器密封，放置于70° C水浴鍋中水浴24小時(shí)后過濾，得到約270克碳化硅粉。經(jīng)GDMS (輝光放電質(zhì)譜)測(cè)量，金屬雜質(zhì)總含量在5ppmw以下，SIMS ( 二次離子質(zhì)譜)檢測(cè)N含量在5ppmw以下,激光粒度測(cè)試儀測(cè)試碳化娃粉體中位粒徑D5tl為200 μ m。
[0098]實(shí)施例3
[0099]分別稱量純度不小于99.999%，D50徑在200 μ m的硅粉700克和純度不小于99.999%,D50徑在30 μ m的碳粉300克，放置于潔凈塑料容器或聚四氟乙烯容器中充分均勻混合，將混合后的粉料轉(zhuǎn)移至高純石墨坩堝中，放置于中頻感應(yīng)爐內(nèi)，抽真空至5 X IO-4Pa,然后通入氬氣和氫氣，流量分別為10L/min和3L/min，并控制爐內(nèi)壓力保持在80Torr左右。以800° C/h的速率加熱坩堝至2000° C，保溫12小時(shí)，停止加熱。待爐內(nèi)溫度降到500° C以下時(shí)，停止氬氣和氫氣流量供應(yīng)，冷卻到室溫時(shí)，將石墨坩堝取出，將初步合成的疏松狀碳化硅輕輕壓碎，得到一次碳化硅料。
[0100]將一次碳化硅料放置于一高純氧化鋁坩堝中，放置于氧化爐內(nèi)，在高純氧氣氣氛下加熱至900° C，保溫10小時(shí)，充分對(duì)合成料進(jìn)行氧化處理，得到二次氧化碳化硅料。
[0101]然后將氧化后的二次碳化硅料轉(zhuǎn)移至石墨坩堝中，放置于高真空爐內(nèi)，抽真空至小于lX10_3Pa以下，并加熱至1600° C，保溫12小時(shí)，降溫，得到真空脫氣三次碳化硅料。[0102]將三次碳化硅料放置于潔凈的聚四氟乙烯容器中，加入1000mL濃度為36.5%M0S級(jí)HCl，300mL濃度為40%M0S級(jí)HF，600mL去離子水，將容器密封，放置于80° C水浴鍋中水浴36小時(shí)后過濾，得到約950克碳化硅粉。經(jīng)GDMS (輝光放電質(zhì)譜)測(cè)量，金屬雜質(zhì)總含量在Ippmw以下,SIMS ( 二次離子質(zhì)譜)檢測(cè)N含量在2ppmw以下,激光粒度測(cè)試儀測(cè)試碳化硅粉體中位粒徑D5tl為500 μ m。
[0103]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用以限定本發(fā)明的實(shí)質(zhì)技術(shù)內(nèi)容范圍，本發(fā)明的實(shí)質(zhì)技術(shù)內(nèi)容是廣義地定義于申請(qǐng)的權(quán)利要求范圍中，任何他人完成的技術(shù)實(shí)體或方法，若是與申請(qǐng)的權(quán)利要求范圍所定義的完全相同，也或是一種等效的變更，均將被視為涵蓋于該權(quán)利要求范圍之中。
[0104]在本發(fā)明提及的所有文獻(xiàn)都在本申請(qǐng)中引用作為參考，就如同每一篇文獻(xiàn)被單獨(dú)引用作為參考那樣。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明的上述內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種高純碳化硅原料的制備方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟: 提供聞純娃粉和聞純碳粉； 所述高純硅粉和高純碳粉充分混合后放置于坩堝，于1400-2200°c的高溫爐中形成一次碳化硅料， 所述一次碳化硅料壓碎后在氧化爐中經(jīng)過600-1400°C的高溫氧化，形成二次碳化硅料； 所述二次碳化硅料在高真空爐中經(jīng)過800-160(TC高溫真空脫氣，形成三次碳化硅料； 所述三次碳化硅料經(jīng)過濕法化學(xué)冶金處理，得到高純碳化硅原料。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述一次碳化硅料的形成過程中，避免N元素的引入； 優(yōu)選地，在所述一次碳化硅料的形成過程中，混合后的高純硅粉和高純碳粉應(yīng)放置于聞純氧化招、氧化錯(cuò)或石墨樹禍中，優(yōu)選石墨樹禍。 優(yōu)選地，所述高純硅粉和高純碳粉為高純?cè)噭兌染鶓?yīng)不小于99.999%。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于， 所述一次碳化硅料的形成過程中，通過控制包括合成溫度、爐內(nèi)氣氛、壓力在內(nèi)的工藝條件而形成疏松狀碳化硅； 優(yōu)選地，所述合成溫度為1400-2200° C，更優(yōu)選反應(yīng)溫度為1700-2000° C，且反應(yīng)時(shí)間為3-36小時(shí)；` 優(yōu)選地，爐內(nèi)氣氛為氫氣氣氛、気氣氣氛或其混合氣體，優(yōu)選氫氣氣氛； 優(yōu)選地，爐內(nèi)氣氛的壓力為l_500Torr，優(yōu)選10_200Torr。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所提供的高純硅粉的中位粒徑D5tl在10-1000 μ m之間，典型值在100-500 μ m之間；高純碳粉的中位粒徑D5tl應(yīng)在0.3-300 μ m之間，典型值在10-100 μ m之間。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述高溫爐是石墨電阻爐或中頻感應(yīng)爐，更優(yōu)選地，采用中頻感應(yīng)爐； 優(yōu)選地，所述高溫爐的真空度能夠達(dá)到5X10_3Pa以下，優(yōu)選值為lX10_3Pa以下。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于， 形成二次碳化硅料時(shí)，所述高溫氧化過程時(shí)采用純度不小于99.99%的高純氧氣，爐內(nèi)溫度為600-1500° C，優(yōu)選800-1200° C，時(shí)間為1-24小時(shí)。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在高真空爐中形成三次碳化硅料時(shí)，高溫真空脫氣處理的過程中，爐內(nèi)真空度為5X10_2Pa以下，所述真空度的優(yōu)選值為lX10_3Pa以下，溫度為1200-1700° C，時(shí)間2-24小時(shí)。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述濕法化學(xué)冶金處理中，采用的酸液為HC1、HF、H2SO4, HNO3的一種或幾種混合酸浸泡，溫度為20-85° C，時(shí)間不小于6小時(shí)。
9.一種如權(quán)利要求1~8任意一項(xiàng)方法制得的高純碳化娃原料； 更優(yōu)選的，所制得的高純碳化硅原料的中位粒徑D5tl在50-800 μ m之間、純度大于99.999%。
10.一種如權(quán)利要求9所述的高純碳化硅原料用于晶型晶體的生長(zhǎng)； 優(yōu)選地，用于晶型晶體的生長(zhǎng)3C-SiC、4H-SiC、6H-SiC和15R_SiC晶體中的一種或多種。
【文檔編號(hào)】C01B31/36GK103508454SQ201210202086
【公開日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2012年6月19日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月19日
【發(fā)明者】陳建軍, 王輝, 孔海寬, 忻雋, 劉熙, 肖兵, 楊建華, 施爾畏 申請(qǐng)人:上海硅酸鹽研究所中試基地, 中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所