(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202011267391.5
(22)申请日 2020.11.13
(71)申请人 湖南中科顶立技术创新研究院有限
公司
地址 410118 湖南省长沙市天心区暮云工
业园顶立科技研发楼
申请人 南昌大学
(72)发明人 戴煜 吴建 王林静 王卓健
(74)专利代理机构 长沙智路知识产权代理事务
所(普通合伙) 43244
代理人 曲超
(51)Int.Cl.
C04B 41/87(2006.01)
(54)发明名称
(57)摘要
本发明公开一种碳化硅涂层石墨基座的制
备方法，该制备方法包括以下步骤：对石墨基座
进行预处理，然后置于石墨分流盘上；进行CVR沉
积：将高纯Si粉末和高纯SiO 2粉末混合，置于真
空炉中，对真空炉进行抽真空处理并在氩气氛围
中升温至1850‑2050℃，保温反应2‑4h，在石墨基
炉温降至1050‑1200℃，然后通入CH 3SiCl 3‑H 2‑Ar
反应气源体系，保温反应10‑30h，在步骤S2所形
成的SiC基体层上形成SiC外层；使用本发明的制
备方法所得碳化硅涂层与石墨基座结合紧密，无
明显分层以及涂层高纯、高致密，从而提高石墨
基座的抗热震性能。权利要求书1页 说明书5页 附图2页CN 112374912 A 2021.02.19
C N 112374912
A
1.一种碳化硅涂层石墨基座的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、对石墨基座进行预处理，然后置于石墨分流盘上；
S2、进行CVR沉积：将Si粉末和SiO 2粉末混合，置于真空炉中，对真空炉进行抽真空处理并在氩气氛围中升温至1850-2050℃，在微正压下保温反应2-4h，在所述石墨基座表面生成SiC基体层；
S3、进行CVD沉积：将真空炉炉温降至1050-1200℃，然后通入MTS -H 2-Ar，其中，MTS由载气氢气载运输入，保温进行反应10-30h，在步骤S2所形成的SiC基体层上沉积形成SiC外层；SiC基体层与SiC外层结合形成SiC涂层；其中，H 2/MTS流量比值为10；所述稀释气体为氢气和氩气。
2.根据权利要求1所述的碳化硅涂层石墨基座的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，Si粉与SiO 2粉末的摩尔比为1:1。
3.根据权利要求2所述的碳化硅涂层石墨基座的制备方法，其特征在于，Si粉的质量比SiO 2质量多5-10％。
4.根据权利要求1所述的碳化硅涂层石墨基座的制备方法，其特征在于，所述载气氢气流速为480ml/min，所述稀释气体流速为600ml/min。
5.根据权利要求1所述的碳化硅涂层石墨基座的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，以10-15℃/min的速率升温至1850-2050℃。
6.根据权利要求1所述的碳化硅涂层石墨基座的制备方法，其特征在于，所述SiC涂层的厚度≥100μm。
7.根据权利要求1所述的碳化硅涂层石墨基座的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，对所述石墨基座进行预处理的步骤为：将所述石墨基座进行表面打磨抛光，然后置于酒精中，用超声波清洗20-40min，最后干燥。
8.一种碳化硅涂层石墨基座，其特征在于，由权利要求1-7任一项所述的制备方法制备而成。
权 利 要 求 书1/1页CN 112374912 A
一种碳化硅涂层石墨基座的制备方法
技术领域
[0001]本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种碳化硅涂层石墨基座的制备方法。
背景技术
[0002]发光二极管(英文：Light Emitting Diode，简称：LED)是将电能转化成光能的一种半导体二极管。LED光源具有低能耗、适用性强、稳定性强、反应速度快，环保无污染等特点。当今技术不断发展，LED已被广泛地应用于显示器、电视机采光装饰和照明等领域。制作LED时，一个重要工艺是硅外延，在该工艺中，晶片承载在石墨基座上。基座的性能和质量对晶片外延层的质量起着至关重要的作用。碳化硅涂层石墨基座具有独特的优势：高纯度、致密均匀以及优异的抗热震和抗氧化性能，提高了产品质量及工艺效率，从而实现了整体运营成本的降低。碳化硅涂层石墨基座的制备方法目前应用广泛的是化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition，CVD)和化学气相反应法(Chemical Vapor Reaction，CVR)。[0003]化学气相沉积法主要是在一定的沉积温度下，采用三氯甲基硅烷(CH3SiCl3，MTS)作为前驱体，H2作为稀释气体和载气气体，Ar为稀释气体，MTS通过油温加热呈现气体形式，然后通过鼓泡的方式利用载气H2带入到沉积炉内，经过一系列的化学反应变化形成SiC外层，沉积到石墨基座表面，沉积温度为1050～1200℃，利用此方法制备出的SiC外层纯度高、致密度较好，涂层的厚度约为20μm左右，但是生成的SiC外层基体的结合强度较弱。[0004]现有技术中，有公开的文献先利用硅蒸汽和石墨基体表面的碳形成SiC外层，然后利用CVD工艺在CVR碳化硅涂层上高温裂解形成CVD碳化硅涂层，提高了碳化硅涂层与石墨基座的结合强度。但该方法中，因硅沸点较高，通入的硅蒸汽作反应气体极易发生冷凝成为硅单质，导致生成的涂层中掺有一定的杂质而影响涂层的性能，从而影响石墨基座的使用。
发明内容
[0005]基于现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供一种碳化硅涂层石墨基座的制备方法，通过该方法制备的碳化硅涂层与石墨基座结合紧密，无明显分层以及涂层高纯、高致密。
[0006]为了实现上述目的，本发明的目的之一在于提供一种碳化硅涂层石墨基座的制备方法，具体方案如下：
[0007]一种碳化硅涂层石墨基座的制备方法，包括以下步骤：
[0008]S1、对石墨基座进行预处理，然后置于石墨分流盘上；
[0009]S2、进行CVR沉积：将Si粉末和SiO2粉末混合，置于真空炉中，对真空炉进行抽真空处理并在氩气氛围中升温至1850-2050℃，在微正压下保温反应2-4h，在所述石墨基座表面生成SiC基体层；
[0010]S3、进行CVD沉积：将真空炉炉温降至1050-1200℃，然后通入CH3SiCl3(MTS)-H2-Ar 反应气源体系，其中，MTS由载气氢气载运输入，保温进行反应10-30h，在步骤S2所形成的SiC基体层上沉积形成SiC外层；SiC基体层与SiC外层结合形成SiC涂层；其中，稀释气体为
氢气和氩气，H2/MTS流量比值为10；氢气与MTS流量比值中氢气是载气氢气与稀释氢气的总和。
[0011]在一些实施方式中，所述步骤S2中，Si粉与SiO2粉末的摩尔比为1:1；更为优选的，为了保证SiO2粉末反应完全，Si粉的质量比SiO2粉末的质量多5-10％。
[0012]在一些实施方式中，所述载气氢气流速为480ml/min，所述稀释气体流速为600ml/ min。
[0013]在一些实施方式中，所述步骤S2中，以10-15℃/min的速率升温至1850-2050℃。[0014]在一些实施方式中，所述SiC涂层的厚度≥100μm。
[0015]在一些实施方式中，所述步骤S1中，对所述石墨基座进行预处理的步骤为：将所述石墨基座进行表面打磨抛光，然后置于酒精中，用超声波清洗20-40min，最后干燥。[0016]本发明的目的之二在于提供一种碳化硅涂层石墨基座，该碳化硅涂层石墨基座由上述任一实施方式的制备方法制备而成。
[0017]相较于现有技术，本发明的有益效果如下：
[0018]本发明的反应原理在于：在步骤S2中，Si粉和SiO2粉末在高温、微正压(300-500Pa)、氩气氛围下反应生成SiO气体，SiO气体在石墨基座表面与碳反应生成SiC和CO，因SiC基体层由SiO气体与石墨基座表面反应生成，因此纯度高，而且石墨基座与SiC基体层没有明显的界面，二者之间具有良好的相容性和结合力；另外，因基于CVR反应生成的SiC基体层保留了材料的多孔性，因此在步骤S3中，通过通入CH3SiCl3-H2-Ar反应气源体系，在所形成的SiC基体层上进行CVD沉积形成SiC外层，CVD
沉积过程中，生成的部分SiC可填补CVR反应制备中SiC基体层存在的孔隙，SiC基体层中的气孔、气泡等缺陷几乎不存在，一方面可使SiC基体层结构更加致密，从而使SiC涂层整体致密性高，性能优异；另一方面，SiC外层沉积时部分粒子填补在SiC基体层的孔隙中，二者之间形成良好的结合力，进一步增强SiC涂层与所述石墨基座的结合力。
[0019]进一步地，使用本发明的制备方法，可以使SiC涂层(包括SiC基体层和SiC外层)的厚度可达100μm以上，而且致密性高，进一步提高涂层的抗热震性能。
[0020]与现有的使用硅蒸汽进行沉积制备涂层不同，本发明通过在高温、微正压、氩气氛围下Si粉和SiO2粉末进行化学反应，生成SiO气体，SiO气体沉积在所述石墨基座表面与碳发生反应生成SiC和CO，因CO为气体，石墨基座表面所生成的SiC基体层成分纯度高，不会在沉积形成SiC基体层时出现杂质Si；而且通过SiO与石墨基座表面的碳发生反应，可增加两者的连接强度。另外，进行CVD沉积时，所形成的SiC一部分填充了SiC基体层中的孔隙，一方面提高了SiC基体层的致密性，另一方面SiC外层与SiC基体层之间可具有高的结合力。[0021]通过本发明的制备方法所制备的碳化硅涂层石墨基座，其涂层纯度高、致密性好，涂层厚度可达100μm以上，而且涂层与石墨基座结合紧密，无明显分层。
[0022]进一步地，本发明采用连续性高温沉积炉反应设备，CVR反应和CVD沉积无需在两个设备中进行，既减少了产品表面污染，又节约了生产成本、时间，提高了生产效率。
附图说明
[0023]图1为本发明的工艺流程图；
[0024]图2为本发明实施例1所形成的碳化硅涂层石墨基座断面的SEM图；
[0025]图3为本发明实施例1所形成的SiC涂层表面的SEM图。
具体实施方式
[0026]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
[0027]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
[0028]下述实施例所用的Si粉和SiO2粉，分别为高纯度Si粉和SiO2粉末，且纯度均达99.99％以上。
[0029]实施例1
[0030]如图1所示，本实施例提供一种碳化硅涂层石墨基座的制备方法，具体包括以下步骤：
[0031]S1、石墨基座预处理：将石墨基座进行表面打磨抛光，然后置于酒精中，用超声波清洗20-40min，最后放入烘箱中在100℃温度下干燥30min；预处理完成后，将石墨基座置于真空炉中石墨气体分流盘上方；
[0032]S2、进行CVR沉积：将Si粉和SiO2粉末按摩尔比为1:1比例混合，置于石墨坩埚底部，然后将石墨坩埚放在真空炉中，为防止SiO2粉末残余，Si粉的质量多出6％；对真空炉进行抽真空处理后通入氩气，并在氩气氛围中以10-15℃/min的速率升温至1850℃，然后在微正压下保温反应4h，在石墨基座表面沉积形成SiC基体层；
[0033]S3、进行CVD沉积：将真空炉温度降至1050℃，通入CH3SiCl3-H2-Ar反应气源体系，保温反应20h，在石墨基座表面的SiC基体层沉积生成SiC外层，SiC基体层与SiC外层结合形成SiC涂层；反应完成后，在氩气氛围降温至室温，取出产品；其中，H2/MTS流量比值为10，载气氢气的流速为480ml/min，稀释气体为氢气和氩气，稀释气体流速为600ml/min。[0034]对所生成的产品(碳化硅涂层石墨基座)断面进行SEM分析，以及对生成的SiC外层表面进行SEM分析，分析结果如图2和图3所示；图2中，深部分为石墨基座，浅部分为所形成的SiC涂层。
[0035]如图2，本发明的方法所形成的SiC涂层，涂层结构纯度高，致密性好，通过CVR和CVD沉积形
成的SiC基体层和SiC外层之间没有分层，而且SiC涂层与石墨基座之间结合良好。
[0036]由图3可知，所形成的SiC涂层表面光滑、致密。
[0037]与现有技术中采用采用硅单质在低压高温条件下形成硅蒸汽并与石墨基座反应生成SiC涂层相比，本发明无需低压条件，只要在高温、微正压条件下使Si粉和SiO2粉末发生反应生成SiC气体，SiC气体再与石墨基座表面的碳发生反应沉积生成SiC和CO，使Si粉与SiO2粉末先进行反应，可以使生成的SiC基体层不会掺杂Si杂质，纯度高，机械性能好，使所形成的碳化硅涂层石墨基座在使用时不会因掺有杂质而出现裂纹；另外，基于CVR反应生成的SiC基体层保留了材料的多孔性，使得CVD沉积时所形成的SiC部分填充了SiC基体层的孔隙，一方面使SiC基体层紧密性更高，另一方面，SiC外层与SiC基体层结合力高，二者结合所
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议