本技术涉及碳化硅粉料合成技术,详细描述了一种碳化硅粉料合成用坩埚及其应用方法。该坩埚由多个结构一致的单层坩埚沿石墨坩埚的中轴线垂直堆叠构成,旨在提高合成效率和质量。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解,而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
碳化硅作为一种典型的宽禁带半导体,凭借其宽带隙、高临界击穿电压、高热导率、高饱和电子迁移率以及卓越的化学稳定性,已在可再生能源发电、高压逆变器、通信与雷达系统及航天航空等多个领域得到了广泛应用,并在这些领域中发挥着关键作用,推动了技术进步和应用发展。
目前,碳化硅晶体生长的主流方法是物理气相传输法(PVT)。在PVT法中,碳化硅粉料的粒径大小和均匀性是关键因素。大粒径且粒径均匀的碳化硅粉料对于提高碳化硅晶体的质量和物理性能具有重要作用。大粒径的碳化硅粉料有助于降低粉料的分解速度,减少粉料碳化速率。而粒径均匀的碳化硅粉料则有助于控制晶体的生长速度,减少晶格缺陷的引入,提高晶体的质量。
在碳化硅粉料的合成过程中,获得大颗粒且粒径均匀的粉料面临着诸多挑战。传统的合成方法通常难以同时实现粒径大以及粒径均匀性。由于坩埚内部各处的温场不同,造成坩埚不同位置的温度出现差异,一般情况下只在粉料表层出现颗粒较大的粉料,而粉料内部颗粒较小。这种不均匀性不仅影响了整体粉料的质量,还可能导致后续晶体生长过程中的不稳定性。
专利CN107640773B公开了一种直接合成大颗粒碳化硅粉的方法,通过利用升华原理,使碳化硅粉在石墨结晶板的孔洞中重新结晶。然而,这种方法受限于温场分布,只有石墨结晶板处的粉料粒径较大,而坩埚内部的粉料粒度仍然较小。这导致整体粉料的粒径分布不均匀,无法满足高质量碳化硅晶体生长对均匀粉料的需求。
专利CN117342561A公开了一种高纯碳化硅粉料的制备方法,将打孔石墨圆筒与碳硅混合原料沿坩埚直径方向交替放置。这种方法虽然通过打孔石墨圆筒改善了温场,但也带来了新的问题。由于粉料分布不连续(被石墨圆筒分隔),会导致不同区域的粉料粒径差异较大,这种不连续性反而不利于整体粉料粒径均匀性的提升。
专利CN117695973A公开了一种碳化硅粉料合成装置,采用倾斜设置的分流板结构,将反应区分为上部反应区和下部回收区,利用分流板对反应生成的碳化硅粉体进行分级筛选,收集粒径均匀的碳化硅粉体。然而,通过分流板进行碳化硅粉料的筛选,可能使得小粒径碳化硅粉料同样进入到收集仓内,从而无法保证整体碳化硅粉料的粒径均匀性。
目前主流的碳化硅粉料合成方法只能在局部得到大粒径碳化硅粉料,且粉料的粒径均匀性无法保证。由于粉料的一致性较差,无法保证生长单晶质量的稳定性。
实现思路