一种用于大尺寸碳化硅晶体的加工方法与流程

本发明涉及碳化硅晶体，更具体地涉及一种用于大尺寸碳化硅晶体的加工方法。

背景技术：

1、碳化硅(sic)晶体是一种由硅和碳元素组成的化合物，具有极高的硬度、耐磨性、热稳定性和化学稳定性。其晶格结构由致密排列的两个亚晶格组成，每个si(或c)原子与周边包围的c(si)原子通过定向的强四面体sp3键结合。由于sic的四面体键很强，但层错形成能量却很低，这决定了sic具有多种多型体，包括立方密排的3c-sic和六角密排的4h、6h-sic等。

2、碳化硅晶体的性能卓越，例如其晶带宽度为si的2-3倍，热导率约为si的4.4倍，临界击穿电场约为si的8倍，电子的饱和漂移速度为si的2倍。这些性能使其成为高频、大功率、耐高温、抗辐照的半导体器件的优选材料，可用于地面核反应堆系统的监控、原油勘探、环境监测及航空、航天、雷达、通讯系统和大功率的电子转换器及汽车马达等领域的极端环境中；

3、碳化硅晶体的制备通常采用热处理的方法，如热压法、等离子体增强化学气相沉积(pecvd)等。这些方法需要控制反应的温度、压力、反应时间等因素，以保证制备的碳化硅具有良好的物理和化学性质；

4、碳化硅晶体的应用领域广泛，包括led固体照明、高频率器件、能源应用、光电子学、汽车行业、电子材料、电子业、电力行业、航空航天和化工行业等。例如，碳化硅晶体可以用于制造硅基光电子学器件和电子光子学器件，这些器件广泛应用于光纤通信、激光和半导体照明等领域。此外，它还可以用于制造汽车发动机、传动系统、刹车系统和燃油喷射器等；

5、现有碳化硅晶体的加工方法在进行加工时其加工出的碳化硅晶体体积较小，在一些需要大尺寸的碳化硅晶体的情况下，往往是通过多个小尺寸的碳化硅晶体进行拼接从而达到碳化硅晶体的尺寸变大，但是在连接处，碳化硅的传输性能会收到一些影响，因此现需要一种大尺寸碳化硅晶体的加工方法。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种用于大尺寸碳化硅晶体的加工方法，以解决上述背景技术中存在的问题。

2、本发明提供如下技术方案：一种用于大尺寸碳化硅晶体的加工方法，包括以下步骤：

3、s1、晶体制备：首先，通过物理气相传输法生长碳化硅晶体，是以高纯碳粉、高纯硅粉为原料合成碳化硅粉，在特殊温场下，采用物理气相传输法生长不同尺寸的碳化硅晶锭；

4、s2、晶锭加工：将制得的碳化硅晶锭使用x射线单晶定向仪进行定向，之后磨平、滚磨，加工成大尺寸的碳化硅晶体；

5、s3、晶体切割：使用多线切割设备，将碳化硅晶体切割成厚度不超过1mm的薄片，切割是将sic晶棒沿着一定的方向切割成晶体薄片的过程，这对于后续的研磨和抛光至关重要；

6、s4、晶片研磨：通过不同颗粒粒径的金刚石研磨液将晶片研磨到所需的平整度和粗糙度，研磨的目的是去除切割过程中造成的sic切片表面的刀痕以及表面损伤层；

7、s5、晶片抛光：通过机械抛光和化学机械抛光方法得到表面无损伤的碳化硅抛光片，抛光后的碳化硅晶片表面应达到一定的光洁度和平整度；

8、进一步的，所述晶体制备的具体流程为：首先将高纯硅粉与高纯碳粉按照1.12：1.22比例混合，然后在2000℃以上的高温下，在反应室内进行碳化反应，以去除吸附在微粉表面的微量杂质，确保按照预定的化学计量比反应生成具有特定晶型和颗粒度的碳化硅颗粒，接着，在接近真空的封闭生长室内，通过感应加热技术，将碳化硅粉料加热至超过2300摄氏度，使其升华并产生多种气相组分(如si、si2c、sic2)，这些气体在生长腔室顶部的碳化硅籽晶表面进行原子沉积，逐渐形成碳化硅单晶。

9、进一步的，所述晶锭加工的具体步骤为：

10、s1、炉料装载：将经过处理的硅原料装入炉中，炉子是石英炉或者石英坩埚，需要加热到1800摄氏度，以使硅原料熔化；

11、s2、熔化：在1800摄氏度下，硅原料开始熔化，加热的过程中，向炉子中通入氢气或者氮气，防止氧气与熔化的硅反应，从而避免氧化和杂质生成；

12、s3、除气：一旦熔化完成，需要除去熔体中的气体，以避免在凝固过程中产生气泡，通过真空泵进行真空处理，或者通过通入气体使熔池表面生成气泡并将其移除；

13、s4、铸模准备：在硅熔池准备好之后，需要尺寸较大铸模；

14、s5、凝固：将准备好的铸模浸入硅熔池中，开始凝固过程，凝固过程中，温度控制在500—800摄氏度，且凝固的气氛为氢气或者氮气；

15、s6、破模：当多晶硅晶体完全凝固之后，需要将其从铸模中取出。

16、本发明的技术效果和优点：

17、本发明通过炉料装载：将经过处理的硅原料装入炉中，炉子是石英炉或者石英坩埚，需要加热到1800摄氏度，以使硅原料熔化；熔化：在1800摄氏度下，硅原料开始熔化，加热的过程中，向炉子中通入氢气或者氮气，防止氧气与熔化的硅反应，从而避免氧化和杂质生成；除气：一旦熔化完成，需要除去熔体中的气体，以避免在凝固过程中产生气泡，通过真空泵进行真空处理，或者通过通入气体使熔池表面生成气泡并将其移除；铸模准备：在硅熔池准备好之后，需要尺寸较大铸模；凝固：将准备好的铸模浸入硅熔池中，开始凝固过程，凝固过程中，温度控制在500—800摄氏度中，且凝固的气氛为氢气或者氮气；破模：当多晶硅晶体完全凝固之后，需要将其从铸模中取出，即可制得尺寸较大的碳化硅晶体，可根据实际需要切割出需要尺寸的碳化硅晶体，避免出现较大尺寸碳化硅晶体通过多个小尺寸的碳化硅晶体进行拼接从而达到碳化硅晶体的尺寸变大，但是在连接处，碳化硅的传输性能会受到一些影响的情况出现。

技术特征：

1.一种用于大尺寸碳化硅晶体的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种用于大尺寸碳化硅晶体的加工方法，其特征在于：所述晶体制备的具体流程为：首先将高纯硅粉与高纯碳粉按照1.12：1.22比例混合，然后在2000℃以上的高温下，在反应室内进行碳化反应，以去除吸附在微粉表面的微量杂质，确保按照预定的化学计量比反应生成具有特定晶型和颗粒度的碳化硅颗粒，接着，在接近真空的封闭生长室内，通过感应加热技术，将碳化硅粉料加热至超过2300摄氏度，使其升华并产生多种气相组分(如si、si2c、sic2)，这些气体在生长腔室顶部的碳化硅籽晶表面进行原子沉积，逐渐形成碳化硅单晶。

3.根据权利要求1所述的一种用于大尺寸碳化硅晶体的加工方法，其特征在于：所述晶锭加工的具体步骤为：

技术总结本发明涉及碳化硅晶体技术领域，更具体的公开了一种用于大尺寸碳化硅晶体的加工方法，晶体制备：首先，通过物理气相传输法生长碳化硅晶体，是以高纯碳粉、高纯硅粉为原料合成碳化硅粉，在特殊温场下，采用物理气相传输法生长不同尺寸的碳化硅晶锭，晶锭加工：将制得的碳化硅晶锭使用X射线单晶定向仪进行定向，之后磨平、滚磨，加工成大尺寸的碳化硅晶体；晶体切割：使用多线切割设备，将碳化硅晶体切割成厚度不超过1mm的薄片；本发明可根据实际需要切割出需要尺寸的碳化硅晶体，避免出现较大尺寸碳化硅晶体通过多个小尺寸的碳化硅晶体进行拼接从而达到碳化硅晶体的尺寸变大，但是在连接处，碳化硅的传输性能会受到一些影响的情况出现。技术研发人员：赵丽丽,李铁,张胜涛受保护的技术使用者：哈尔滨科友半导体产业装备与技术研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/4