中國粉體網訊  SiC具有寬帶隙、高臨界擊穿場強、高熱導率、高載流子飽和遷移率等優點，特別適合于制造高頻、大功率、抗輻射、抗腐蝕的電子器件，是半導體材料領域中較有前景的材料之一。

碳化硅的物理化學性能

SiC晶體材料的發展歷史已有一百多年，隨著生長工藝的不斷改進，人們通過多種方法可以獲得更大直徑和較低擴展缺陷密度的SiC晶體。其中，SiC 粉體作為合成原料會直接影響SiC單晶的生長質量和電學性質，制備高純的SiC粉體成為晶體生長的關鍵。

高純SiC粉體合成方法

生長SiC晶體用的SiC粉體純度要求：粒徑約為300~500μm，純度在99.95%~99.9999%之間。在眾多SiC粉合成方法中，氣相法通過控制氣源中的雜質含量可以獲得純度較高的SiC粉體; 液相法中只有溶膠-凝膠法可以合成純度滿足單晶生長需要的SiC粉體；固相法中的改進自蔓延高溫合成法是目前使用范圍最廣，合成工藝最成熟的SiC粉體的制備方法。

CVD法

CVD法合成SiC粉體的Si源一般包括硅烷和四氯化硅等，C源一般選用四氯化碳、甲烷、乙烯、乙炔和丙烷等，而二甲基二氯硅烷和四甲基硅烷等可以同時提供Si源和C源。

采用CVD法，利用有機氣源合成了高純的SiC粉體，但該方法對有機氣源以及內部石墨件的純度要求非常高，增加了生產成本。另外，合成的粉體為納米級的超細粉體，不易收集，同時合成速率較低，目前無法用于生產大批量的高純SiC粉體。

溶膠-凝膠法

溶膠-凝膠法合成的碳化硅粉體最早用于燒結碳化硅陶瓷，隨著工藝的不斷改善，合成粉體的純度也不斷提升，目前溶膠-凝膠法制備的SiC粉體已經可以用于單晶的生長。其制備過程是將無機鹽或醇鹽溶于溶劑( 水或醇) 中形成均勻溶液，得到均勻的溶膠，經過干燥或脫水轉化成凝膠，再經過熱處理得到所需要的超細粉體。

實驗研究表明，溶膠-凝膠法可以制備高純度、超細SiC粉體，但是制備成本較高，合成過程復雜，不適合工業化生產。

自蔓延高溫合成法

自蔓延高溫合成法屬于固相合成法，該方法是在外加熱源的條件下，通過添加活化劑使反應物的化學反應自發持續的進行，然而活化劑的添加勢必會引入其他雜質，為了保證生成物的純度，研究人員選擇提高反應溫度以及持續加熱的方式來維持反應的進行，這種方法被稱為改進的自蔓延高溫合成法。

改進的自蔓延高溫合成法制備過程簡單，合成效率高，在工業上被廣泛用于生產高純SiC粉體。該方法將固態的Si源和C源作為原料，使其在1400～2000℃的高溫下持續反應，最后得到高純SiC粉體。

目前，在改進的自蔓延合成法中，研究人員通過控制起始Si源和C源中雜質含量以及對合成的SiC粉體進行提純處理，可以將大部分雜質如B、Fe、Al、Cu、P 等控制在1×10^－6以下。

然而，為了制備半絕緣SiC單晶襯底，SiC粉體中N元素的含量也必須盡可能降低，而無論是Si粉還是C粉，都極易吸附空氣中大量的N元素，導致合成的SiC粉體中N元素含量較高，無法滿足半絕緣單晶襯底的使用要求。因此，目前改進的自蔓延合成法制備SiC粉體的研究重點在于如何降低SiC粉體中N元素的含量。

中國粉體網將于2024年4月25日在江蘇蘇州舉辦“第三屆半導體行業用陶瓷材料技術研討會暨第三代半導體SiC晶體生長技術交流會”，屆時，福州大學洪若瑜教授將帶來題為《高純度碳化硅清潔生產》的報告。洪教授基于碳化硅粉體的特性、應用領域，將詳細介紹碳化硅粉體的制備方法，并對各種方法進行評述。

來源：

羅昊等：碳化硅單晶生長用高純碳化硅粉體的研究進展

寬禁帶半導體材料：第三代半導體材料之碳化硅（SiC）

（中國粉體網編輯整理/空青）

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