本發(fā)明涉及碳化硅制備，尤其涉及一種碳化硅原料的合成裝置及其利用該合成裝置合成碳化硅原料的方法。

背景技術(shù)：

1、碳化硅作為第三代半導(dǎo)體材料，與前兩代半導(dǎo)體材料相比，以碳化硅制成的器件擁有良好的耐熱性、耐壓性和極低的導(dǎo)通能量損耗，是制造高壓功率器件與高功率射頻器件的理想材料，廣泛應(yīng)用于新能源汽車、充電樁、軌道交通、光伏、風(fēng)電等電力電子領(lǐng)域。

2、目前工業(yè)化生產(chǎn)碳化硅原料的方法大多數(shù)為固相法，存在成本高、產(chǎn)能低、晶粒小、雜質(zhì)多等問題。

3、成本高：碳化硅原料合成的成本構(gòu)成中，原材料占比較大。傳統(tǒng)固相法由于原材料高純碳粉、高純硅粉的成本較高，導(dǎo)致合成的碳化硅原料成本較高。

4、①由于傳統(tǒng)固相法使用的坩堝受材料強(qiáng)度影響，尺寸無法做大。②受固體原料反應(yīng)均勻性的限制，單次放入的原料越多，合成的碳化硅原料均勻性越差。③固相法的原料只能在裝爐時(shí)一次投入，無法在合成過程中持續(xù)添加反應(yīng)原料，導(dǎo)致傳統(tǒng)固相法合成的產(chǎn)能較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，一方面，本發(fā)明提供了一種碳化硅原料的合成裝置，其通過在石墨盤上合成碳化硅原料，產(chǎn)能大、成本低，能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。由于原材料氣源的純度高，合成的碳化硅的純度高且穩(wěn)定。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下的技術(shù)方案：

3、一種碳化硅原料的合成裝置，包括：

4、密閉空間，其由下托盤、圍擋和上蓋圍合而成；

5、若干石墨盤，其設(shè)置于所述密閉空間內(nèi)，且呈上下分層布置；

6、導(dǎo)氣桿，其插入若干所述石墨盤中心，其上開設(shè)有若干輸氣孔；

7、所述下托盤上開設(shè)有進(jìn)氣孔，所述上蓋上開設(shè)有出氣孔，進(jìn)氣管通過所述進(jìn)氣孔與所述導(dǎo)氣桿相連通；

8、所述輸氣孔位于相鄰兩個(gè)石墨盤之間。

9、優(yōu)選地，所述導(dǎo)氣桿的下部與所述進(jìn)氣孔螺接。

10、優(yōu)選地，所述導(dǎo)氣桿與所述石墨盤螺接。

11、優(yōu)選地，位于相鄰兩個(gè)石墨盤之間的輸氣孔的直徑大于1cm，相鄰輸氣孔的間距為0.5-1cm。

12、優(yōu)選地，所述石墨盤的厚度為0.5-2cm，相鄰兩個(gè)石墨盤的間隔大于10cm。

13、優(yōu)選地，所述導(dǎo)氣桿、圍擋、上蓋和下托盤為石墨材質(zhì)。

14、另一方面，本發(fā)明提供了一種利用上述碳化硅原料的合成裝置合成碳化硅原料的方法，包括如下步驟：

15、步驟（1），將所述合成裝置安裝在加熱爐的爐腔內(nèi)，將爐腔抽真空至10-5pa以下，通入反應(yīng)氣體、載氣和緩沖氣體的混合氣體，加熱爐腔至1200℃-1400℃，碳化硅產(chǎn)物開始在石墨盤表面生成；

16、步驟（2），隨著合成時(shí)間的延長，當(dāng)石墨盤上生成的碳化硅的厚度達(dá)到所需要的尺寸后，停止加熱，同時(shí)停止通入反應(yīng)氣體和載氣，保持緩沖氣體通入；

17、步驟（3），等待爐膛內(nèi)的溫度降低至室溫，開爐，將覆蓋有碳化硅產(chǎn)物的石墨盤取出。

18、優(yōu)選地，所述反應(yīng)氣體為ch5clsi，所述載氣為h2，所述緩沖氣體為ar。

19、優(yōu)選地，所述反應(yīng)氣體和所述載氣在通入爐腔前均勻混合，混合溫度為10℃~25℃。

20、優(yōu)選地，步驟（1）中，爐腔內(nèi)壓力控制在50-200mbar。

21、本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下的有益效果：

22、本發(fā)明通過在石墨盤上合成碳化硅原料，與傳統(tǒng)的固相法相比，該方法產(chǎn)能大、成本低，能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。由于原材料氣源的純度高，合成的碳化硅的純度高且穩(wěn)定。

23、與固相法相比，本發(fā)明采用氣相法合成碳化硅粉料，由于合成過程中，可以持續(xù)地通入氣體原料，在前期先合成的碳化硅粉體顆粒表面持續(xù)生成碳化硅，從而使合成的粉料晶粒較大。

24、本發(fā)明通過采用高純度的氣體原料，且與傳統(tǒng)的固相法相比，原料混合過程沒有暴露在外界環(huán)境里，能夠減少雜質(zhì)的引入。

25、碳化硅原料合成的成本構(gòu)成中，原材料占比較大。傳統(tǒng)固相法由于原材料高純碳粉、高純硅粉的成本較高，導(dǎo)致合成的碳化硅原料成本較高。而本發(fā)明采用的高純氣體為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中常用的高純氣體，成本較低，能夠有效的降低生產(chǎn)成本。

26、①由于傳統(tǒng)固相法使用的坩堝受材料強(qiáng)度影響，尺寸無法做大。②受固體原料反應(yīng)均勻性的限制，單次放入的原料越多，合成的碳化硅原料均勻性越差。③固相法的原料只能在裝爐時(shí)一次投入，無法在合成過程中持續(xù)添加反應(yīng)原料，導(dǎo)致傳統(tǒng)固相法合成的產(chǎn)能較低。而本發(fā)明采用的氣相法不使用反應(yīng)坩堝，沒有坩堝材料的限制，反應(yīng)爐中的石墨盤可以做到1米以上，且原料可以持續(xù)通入，所以氣相法可以解決產(chǎn)能低的問題。

技術(shù)特征：

1.一種碳化硅原料的合成裝置，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳化硅原料的合成裝置，其特征在于，所述導(dǎo)氣桿的下部與所述進(jìn)氣孔螺接。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳化硅原料的合成裝置，其特征在于，所述導(dǎo)氣桿與所述石墨盤螺接。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳化硅原料的合成裝置，其特征在于，位于相鄰兩個(gè)石墨盤之間的輸氣孔的直徑大于1cm，相鄰輸氣孔的間距為0.5-1cm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳化硅原料的合成裝置，其特征在于，所述石墨盤的厚度為0.5-2cm，相鄰兩個(gè)石墨盤的間隔大于10cm。

6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的一種碳化硅原料的合成裝置，其特征在于，所述導(dǎo)氣桿、圍擋、上蓋和下托盤為石墨材質(zhì)。

7.一種利用權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的一種碳化硅原料的合成裝置合成碳化硅原料的方法，其特征在于，包括如下步驟：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的合成碳化硅原料的方法，其特征在于，所述反應(yīng)氣體為ch5clsi，所述載氣為h2，所述緩沖氣體為ar。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的合成碳化硅原料的方法，其特征在于，所述反應(yīng)氣體和所述載氣在通入爐腔前均勻混合，混合溫度為10℃~25℃。

10.根據(jù)權(quán)利要求7-9中任一項(xiàng)所述的合成碳化硅原料的方法，其特征在于，步驟（1）中，爐腔內(nèi)壓力控制在50-200mbar。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種碳化硅原料的合成裝置，屬于碳化硅制備技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明包括密閉空間，由下托盤、圍擋和上蓋圍合而成；若干石墨盤，設(shè)置于密閉空間內(nèi)，且呈上下分層布置；導(dǎo)氣桿，其插入若干石墨盤中心，其上開設(shè)有若干輸氣孔；下托盤上開設(shè)有進(jìn)氣孔，上蓋上開設(shè)有出氣孔，進(jìn)氣管通過進(jìn)氣孔與導(dǎo)氣桿相連通；輸氣孔位于相鄰兩個(gè)石墨盤之間。本發(fā)明通過在石墨盤上合成碳化硅原料，產(chǎn)能大、成本低，能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：魏汝省,馬康夫,李天,張辰宇,陳琪,李剛,許正
受保護(hù)的技術(shù)使用者：山西爍科晶體有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10